淺談變電站接地網(wǎng)故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀

王詩(shī)雅　王幫亮　高淑萍

【摘 要】維持電力系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按要求利用接地引下線將電氣設(shè)備和接地網(wǎng)連接起來(lái)，保障接地網(wǎng)運(yùn)行性能的良好，供應(yīng)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行?；诖税踩缘囊螅疚氖紫确治鲎冸娬窘拥鼐W(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，容易造成的實(shí)質(zhì)性危害情況，接著立足于此深入分析比較典型的變電站接地網(wǎng)故障檢測(cè)方法，最終在分析變電站接地網(wǎng)故障診斷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，談?wù)勚饕收显\斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀。

【關(guān)鍵詞】變電站；接地網(wǎng)故障；故障診斷技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）14-0156-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.071

0 引言

近些年來(lái)，隨著社會(huì)生產(chǎn)力水平的持續(xù)走高，國(guó)內(nèi)對(duì)于電力系統(tǒng)的建設(shè)取得了前所未有的顯著成就，同時(shí)還對(duì)接地網(wǎng)的安全性和可靠性提出了更高的要求。相對(duì)于國(guó)內(nèi)目前的大型變電站或者發(fā)電廠來(lái)講，接地網(wǎng)屬于比較隱蔽的支持裝置，通常以獨(dú)立的形式被埋于地下，直接影響到變壓器、斷路器、電壓互感器等多項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行情況，一旦引發(fā)接地網(wǎng)故障，所造成的社會(huì)不良影響往往難以在短時(shí)間內(nèi)消解。

1 變電站接地網(wǎng)故障造成的實(shí)質(zhì)性危害

1.1 導(dǎo)致停電事故的發(fā)生

一旦變電站的接地網(wǎng)出現(xiàn)了故障問(wèn)題，極容易導(dǎo)致變電站停電事故的發(fā)生。像是廣西合山電廠的110kV開(kāi)關(guān)站，先是A相出現(xiàn)了接地故障問(wèn)題，此后逐步引發(fā)了兩相短路甚至三相短路事故，最終導(dǎo)致整個(gè)電廠出現(xiàn)了停電事故，究其事故的主要原因，正是因?yàn)榈孛嬉韵碌慕拥鼐W(wǎng)接地引下線，出現(xiàn)了大段的嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象。

1.2 加劇接地網(wǎng)腐蝕程度

曾經(jīng)有一次，廣東省的中試所在檢測(cè)站內(nèi)120多座已經(jīng)運(yùn)行了至少十年的變電站時(shí)，主要采用了開(kāi)挖檢測(cè)故障的方式，結(jié)果在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)至少存在60座變電站的接地網(wǎng)出現(xiàn)了故障現(xiàn)象。其中尤為明顯的故障問(wèn)題，主要在于變現(xiàn)站接地網(wǎng)的虛焊、漏焊或者腐蝕情況，導(dǎo)致其中幾座已經(jīng)運(yùn)行了將近20年的變電站，接地網(wǎng)位置均壓導(dǎo)體總面積的80%甚至已經(jīng)被嚴(yán)重腐蝕掉。除此之外，另有一些設(shè)備導(dǎo)體存在著多處斷裂點(diǎn)，一些接地網(wǎng)均壓導(dǎo)體的圓鋼材料，甚至已經(jīng)被故障腐蝕成細(xì)條形狀，嚴(yán)重影響了變電站的運(yùn)行安全。

1.3 損壞接地網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備

很多時(shí)候，在變電站接地網(wǎng)出現(xiàn)電氣連接不良問(wèn)題的基礎(chǔ)上，都會(huì)導(dǎo)致接地網(wǎng)的局部散流性能逐漸降低，最終反而容易使得變電站接地故障造成的危害進(jìn)一步擴(kuò)大。一些變電站出現(xiàn)的接地故障問(wèn)題，往往在于系統(tǒng)發(fā)生了兩相短路接地故障，導(dǎo)致接地點(diǎn)和異相異點(diǎn)接地出現(xiàn)短路現(xiàn)象，招致故障電流燒壞了少數(shù)接地連接母線，加劇了電氣設(shè)備的過(guò)電壓程度。最終，隨著接地網(wǎng)故障時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)，變電站主控室的設(shè)備面臨著被故障損壞的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步加劇接地網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備的損壞程度。

2 典型的變電站接地網(wǎng)故障檢查測(cè)試方法

2.1 自然電場(chǎng)檢測(cè)方法

自然電場(chǎng)檢測(cè)方法屬于物理檢測(cè)方法的主要類(lèi)型，能夠直接測(cè)量金屬管道的腐蝕情況，從而在得到自然電位信息的情況下，盡快確定導(dǎo)致接地網(wǎng)出現(xiàn)故障問(wèn)題的具體腐蝕位置。這種檢測(cè)方法的好處在于出錯(cuò)率較小，此后隨著研究的深入出現(xiàn)了以金屬管道作為傳輸信號(hào)的電位自動(dòng)測(cè)量方法，一定程度上能夠提高檢測(cè)接地網(wǎng)故障的效率，只是面臨著一些研究方面的瓶頸難題[1]。

2.2 電阻率的檢測(cè)方法

如今對(duì)于電阻率法的研究逐漸多了起來(lái)，主要在于電阻率法的檢測(cè)效果非常明顯。這種檢測(cè)技術(shù)能夠利用對(duì)稱(chēng)四極方法，直接檢測(cè)土壤所含的電阻率，再結(jié)合得到的測(cè)量結(jié)果檢測(cè)接地網(wǎng)的實(shí)際腐蝕程度。只是該技術(shù)的研究多集中在對(duì)于接地網(wǎng)故障的診斷方面，目前還難以做到利用該檢測(cè)技術(shù)，準(zhǔn)確判斷接地體的具體故障情況，尤其對(duì)于水平網(wǎng)格狀均壓導(dǎo)體故障的檢測(cè)效果更不明顯。

2.3 極化阻抗檢測(cè)方法

對(duì)于一些像是管道圖層出現(xiàn)了破損點(diǎn)的變電站接地故障情況，使用極化阻抗檢測(cè)方法的檢測(cè)效果比較明顯，只是無(wú)法直接診斷接地網(wǎng)的故障情況。隨著研究程度的深入，技術(shù)人員往往可以直接向管道施加激勵(lì)脈沖，測(cè)量金屬在正常情況下以及腐蝕故障情況下的電導(dǎo)率變化情況，從而對(duì)電磁參數(shù)的穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)量，最終在得知磁導(dǎo)率以及電導(dǎo)率診斷數(shù)據(jù)的前提下，就可以直接對(duì)變電站的接地網(wǎng)進(jìn)行有效的故障診斷，未來(lái)對(duì)于該技術(shù)的研究還將取得進(jìn)一步的突破，使其能夠?yàn)樽冸娬窘拥鼐W(wǎng)故障的診斷提供更具客觀性的參考。

3 變電站接地網(wǎng)故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀

3.1 電阻抗掃描成像技術(shù)的研究現(xiàn)狀

變電站接地網(wǎng)屬于非常關(guān)鍵的具有輸變電功能的設(shè)備，能夠幫助電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與地面的安全連接，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供零電位參考點(diǎn)，因此可以有效保護(hù)電力系統(tǒng)所含設(shè)備以及相關(guān)人員的安全性。一般來(lái)說(shuō)，接地網(wǎng)的主體結(jié)構(gòu)均壓導(dǎo)體被鋪設(shè)在地面以下，容易受到土壤腐蝕、焊接不良等因素的影響，加劇接地網(wǎng)導(dǎo)體和接地引線的腐蝕程度，逐漸演變成容易導(dǎo)致電氣連接不良的潛在故障隱患。電阻抗掃描成像技術(shù)正是當(dāng)前引起廣泛關(guān)注的新型變電站接地網(wǎng)故障診斷技術(shù)，主要原理基于接地網(wǎng)可以被等效視為純電阻網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)計(jì)算能夠檢測(cè)到接地網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)體每部分支路的電阻數(shù)值，經(jīng)過(guò)比較就可以得知接地網(wǎng)出現(xiàn)腐蝕或者斷裂現(xiàn)象的具體位置。立足于電阻抗掃描成像技術(shù)，可以將接地網(wǎng)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)視為一項(xiàng)參考點(diǎn)，向每個(gè)點(diǎn)注入激勵(lì)電流源即可得知任意點(diǎn)和參考點(diǎn)之間的電壓數(shù)值，此后便可以運(yùn)用正則化技術(shù)根據(jù)靈敏度構(gòu)建的矩陣，輪換測(cè)試接地網(wǎng)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，繼而通過(guò)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，順利檢測(cè)到接地網(wǎng)的電阻抗，打造能夠檢測(cè)接地網(wǎng)故障的診斷裝置，準(zhǔn)確測(cè)量出接地網(wǎng)的腐蝕斷點(diǎn)位置[2]。

3.2 電磁場(chǎng)分析檢測(cè)接地網(wǎng)腐蝕斷點(diǎn)

就目前而言，技術(shù)人員使用電磁場(chǎng)分析的方法，檢測(cè)變電站接地網(wǎng)的腐蝕斷點(diǎn)故障，屬于研究較為廣泛的一項(xiàng)接地網(wǎng)故障診斷技術(shù)。這種接地網(wǎng)故障診斷技術(shù)，主要的診斷依據(jù)是電磁感應(yīng)原理，能夠通過(guò)向接地網(wǎng)注入正弦波激勵(lì)電流的形式，檢測(cè)出地面磁感應(yīng)的大致分布規(guī)律，此后再逐步根據(jù)地面腐蝕程度的差異，率先考量出地面磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布情況，通過(guò)與接地網(wǎng)正常情況下的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布規(guī)律進(jìn)行對(duì)比，能夠有效診斷接地網(wǎng)的腐蝕情況。例如，首先可應(yīng)用CDEGS仿真模型，率先建立起類(lèi)似于接地網(wǎng)運(yùn)行情況的仿真模型，以便評(píng)估接地網(wǎng)運(yùn)行基礎(chǔ)上電力系統(tǒng)的安全性能。接著，此后再逐漸對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、接地網(wǎng)網(wǎng)格導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、電流注入位置，這三種容易對(duì)接地網(wǎng)地面磁感應(yīng)強(qiáng)度情況的因素構(gòu)建仿真模型，之后再與接地網(wǎng)導(dǎo)體在受到局部腐蝕影響下的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況進(jìn)行對(duì)比，有效診斷接地網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)是否處于正常[3]。此后，再逐漸利用Matlab軟件對(duì)程序進(jìn)行編寫(xiě)，計(jì)算接地網(wǎng)在不同腐蝕程度影響下，磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布規(guī)律，繼而針對(duì)性的得到有關(guān)于接地網(wǎng)狀態(tài)的科學(xué)診斷結(jié)果。

3.3 以診斷方程檢測(cè)變電站接地腐蝕

在正常情況下，接地網(wǎng)主要被埋設(shè)在地面以下，通過(guò)扁鋼或者水平圓鋼的相互連接，構(gòu)建成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在剛設(shè)計(jì)完畢之初可以直接根據(jù)導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積以及土壤電阻率等指標(biāo)，計(jì)算最為初始的電阻數(shù)值。但是，在接地網(wǎng)運(yùn)行多年時(shí)間以后，一部分導(dǎo)體支路會(huì)逐漸出現(xiàn)腐蝕或者斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致部分支路所產(chǎn)生的導(dǎo)體電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原始數(shù)值。結(jié)合接地網(wǎng)受到腐蝕前后的狀態(tài)來(lái)看，明顯能夠發(fā)現(xiàn)存在兩種具有相似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不同導(dǎo)體支路電阻的接地網(wǎng)電阻網(wǎng)絡(luò)，在這種情況下可以直接根據(jù)電網(wǎng)絡(luò)理論原理，得到每個(gè)端口電阻的具體數(shù)值。這時(shí)，接地網(wǎng)已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象，再加上接地網(wǎng)和變電站電氣設(shè)備主要靠接地引來(lái)連接，因此在測(cè)量接地引下線之間的電阻值，可以直接了解到在接地網(wǎng)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象前后，每個(gè)端口電阻數(shù)值的實(shí)際變化情況。根據(jù)特勒根定理，能夠發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)支路電阻和端口電阻之間的變化關(guān)系，此時(shí)可以建立故障診斷方程，根據(jù)計(jì)算得到的接地網(wǎng)腐蝕前后的支路導(dǎo)體電阻值數(shù)據(jù)，檢測(cè)到接地網(wǎng)各支路的腐蝕程度。

3.4 接地網(wǎng)故障智能診斷系統(tǒng)的研究

目前各行各業(yè)的生產(chǎn)模式都在逐步向現(xiàn)代化、智能化進(jìn)行轉(zhuǎn)變，在接地故障診斷技術(shù)的研究方面，逐漸出現(xiàn)了接地網(wǎng)故障智能診斷系統(tǒng)技術(shù)，具有劃時(shí)代的意義。接地網(wǎng)故障智能診斷系統(tǒng)的運(yùn)行原理，主要在于主測(cè)量控制系統(tǒng)，能夠幫助把控電流激勵(lì)源的具體注入位置，向變電站接地網(wǎng)傳輸穩(wěn)定的電流激勵(lì)信號(hào)，使其能夠保證測(cè)量系統(tǒng)的正常運(yùn)行。接著，測(cè)量系統(tǒng)能夠收集到接地網(wǎng)接地引線附近的電位值情況，直接將其與未發(fā)生故障時(shí)接地引下線節(jié)點(diǎn)的電位值進(jìn)行對(duì)比，得到詳細(xì)的對(duì)比參數(shù)之后，就可以直接判斷接地網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，從而有效衡量接地網(wǎng)裝置出現(xiàn)腐蝕情況的具體位置以及實(shí)際腐蝕程度，極大的提高了接地網(wǎng)故障的檢測(cè)效率。這項(xiàng)接地網(wǎng)故障智能診斷系統(tǒng)的運(yùn)行，主要依賴(lài)于PC平臺(tái)的正常作業(yè)，之后便可以利用PC平臺(tái)里面高性能的軟件系統(tǒng)資源，設(shè)計(jì)能夠檢測(cè)接地網(wǎng)故障情況的硬件電路，直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量作業(yè)進(jìn)行收集、輸送以及把控，利于直接利用軟件系統(tǒng)以及硬件結(jié)構(gòu)的智能化優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于接地網(wǎng)故障的詳細(xì)分析與診斷。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著電力能源在社會(huì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)地位的提高，社會(huì)公眾對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性提出了新的要求，使得變電站頻發(fā)的接地網(wǎng)故障情況，引起了社會(huì)公眾的廣泛關(guān)注。結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究資料來(lái)看，對(duì)于變電站接地網(wǎng)故障的診斷技術(shù)，很大程度上還停留在理論研究的層面，可有效應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的故障診斷新技術(shù)實(shí)屬不多見(jiàn)，因此還需進(jìn)一步探索研究有效的診斷技術(shù)，全力提高故障診斷效率。

【參考文獻(xiàn)】

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