變電站接地網(wǎng)接地性能及其故障診斷成像系統(tǒng)研究.pdf

1、接地網(wǎng)是變電站的重要組成，對變電站的接地安全起到至關(guān)重要的作用。IEEE/GB制定了接地安全參數(shù)以及接地網(wǎng)設(shè)計指南來規(guī)范和指導(dǎo)變電站接地安全建設(shè)。變電站接地安全參數(shù)包括接地電阻、地電位升、跨步電壓和接觸電壓等；接地電阻用來保護變電站中二次設(shè)備免受故障電流或者雷電流損壞和維護變電站的正常運行，其它參數(shù)則為了保證變電站內(nèi)工作人員的安全。許多我國早期設(shè)計建設(shè)的以及重污染地區(qū)的變電站接地網(wǎng)，受土壤中微電池和宏電池共同作用產(chǎn)生了嚴重腐蝕、甚至斷裂

2、現(xiàn)象，亟需進行大范圍的改造；為了適應(yīng)現(xiàn)階段變電站接地網(wǎng)改造工程的要求，開發(fā)出準確定位接地網(wǎng)腐蝕支路的故障診斷方法有非常重要的現(xiàn)實意義。本論文結(jié)合變電站接地性能分析和接地網(wǎng)故障診斷理論研究來綜合分析變電站接地網(wǎng)并開發(fā)接地網(wǎng)故障診斷成像平臺：推導(dǎo)和建立了基于復(fù)鏡像展開的水平多層土壤參數(shù)反演模型，提出了采用鄰居拓撲結(jié)構(gòu)來研究接地網(wǎng)未知拓撲重構(gòu)算法，開發(fā)了一整套包含硬件裝置和軟件系統(tǒng)的變電站接地網(wǎng)故障診斷平臺，最后利用該接地網(wǎng)故障診斷成像平臺綜

3、合分析了鐘管變電站接地網(wǎng)。
　　論文的主要創(chuàng)新性工作包括以下幾點：
　　①采用改進粒子群算法反演基于復(fù)鏡像展開的水平多層土壤模型：為了克服鏡像法在求解土壤參數(shù)時計算效率較低的問題，結(jié)合復(fù)鏡像法推導(dǎo)了基于等距四電極法的視在電阻率快速計算模型；為了避免牛頓拉夫遜算法中遞推公式推導(dǎo)過程復(fù)雜、迭代過程中雅克比矩陣條件數(shù)過大和不收斂等情況的出現(xiàn)，提出了采用改進粒子群算法的水平多層土壤參數(shù)反演的數(shù)值方法，為水平多層土壤參數(shù)反演提供了一種

4、精度更高的土壤參數(shù)反演手段。
　?、跒榱嗽诮拥鼐W(wǎng)故障診斷中引入電阻抗成像新方法，需要對接地網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)完整性進行預(yù)處理。首次引入鄰居拓撲對變電站接地網(wǎng)未知拓撲進行重構(gòu)，設(shè)置2條鄰居互連規(guī)則和3條的補充規(guī)則，來分析接地引下線足夠多、接地引下線不足以及接地引下線位置發(fā)生偏移等3種情況；提出了選定接地網(wǎng)節(jié)點的電壓測量值與其拓撲可行解對應(yīng)的節(jié)點電壓計算值間的均方根誤差為目標函數(shù)的接地網(wǎng)未知拓撲重構(gòu)算法。
　?、坩槍诰W(wǎng)絡(luò)場模型和電阻抗

5、成像原理推導(dǎo)出的接地網(wǎng)故障診斷逆問題存在的病態(tài)性，提出了基于Tikhonov正則化處理的牛頓拉夫遜法來改善故障診斷效果；根據(jù)接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特殊性，給出了適合接地網(wǎng)故障診斷成像的三種修改算法：1）提出了基于容斥原理的自動生成選擇激勵電流對的方法；2）對中大型變電站接地網(wǎng)進行了分區(qū)故障診斷定位和識別；3）首次提出了通過新增節(jié)點和新增支路的方式來考慮接地引下線偏移對接地網(wǎng)故障診斷的影響。上述三種方法能夠有效提高選擇激勵電流對的效率和提高變電站接

6、地網(wǎng)節(jié)點電壓測量精度和故障定位的準確性，使電阻抗成像技術(shù)能夠在變電站接地網(wǎng)故障診斷中實施。
　?、芑陔娮杩钩上裨硌邪l(fā)了變電站接地網(wǎng)故障診斷成像平臺：硬件系統(tǒng)可以實現(xiàn)四電極16通道自動循環(huán)測量，提供32位高精度的接地網(wǎng)節(jié)點電壓數(shù)據(jù)，避免了接觸電阻對節(jié)點電壓測量數(shù)據(jù)的干擾，以及提高了測量效率和測量精度；軟件系統(tǒng)可以實現(xiàn)接地網(wǎng)故障支路定位和標注、土壤參數(shù)反演和接地網(wǎng)未知拓撲重構(gòu)等功能。采用該平臺綜合分析了鐘管變電站接地網(wǎng)，結(jié)論符合實