碩士學(xué)位論文__接地網(wǎng)腐蝕的診斷方法研究

1、接地網(wǎng)腐蝕的診斷方法研究學(xué)科專業(yè)：電氣工程摘 要接地網(wǎng)是變電站實(shí)現(xiàn)良好接地的必要設(shè)施，但接地網(wǎng)的接地引線和水平均壓 導(dǎo)體常因多年的土壤腐蝕使接地性能不能滿足熱穩(wěn)定性的要求，導(dǎo)致發(fā)生接地故 障時(shí)接地短路電流可能燒壞地網(wǎng)、擴(kuò)大事故并危及設(shè)備和人身安全。由于接地網(wǎng) 埋設(shè)在地下，工程上一般通過大而積開挖查找接地網(wǎng)斷點(diǎn)和腐蝕段，這種方法帶 冇盲目性、工作量極大，影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行。為此，本論文較為系統(tǒng)地分析了 接地網(wǎng)腐蝕診斷的基礎(chǔ)理論，捉出了一套新的診斷方法。診斷方法運(yùn)用故障診斷理論（模擬電路故障診斷理論）的基本理論和方法， 在經(jīng)過必要的簡化和假設(shè)建立接地網(wǎng)模型后，利用特勒根定理生成故障診斷方程, 并用

2、數(shù)值迭代和最小二乘法的數(shù)學(xué)方法求解方程。在這些基礎(chǔ)上，在matlab上編 寫了計(jì)算診斷程序，對(duì)小型電阻網(wǎng)絡(luò)和接地網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的各種故障情況進(jìn)行了仿真計(jì) 算和模擬實(shí)驗(yàn)，并分析了現(xiàn)場環(huán)境對(duì)診斷的影響。之后，到變電站進(jìn)行了現(xiàn)場試 驗(yàn)。模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)屮，對(duì)接地引線間電阻的精密測量使用qj-44型直流雙 電橋，并用四端鈕連接消除測量連接接觸電阻的影響。在診斷過程屮，本文采取 分步逼近診斷的方法，先測量810組接地引線間的電阻，利用診斷程序做初步 診斷，初步診斷雖不能準(zhǔn)確診斷出故障，但可以指明故障的大概區(qū)域，接著在這 些區(qū)域加測一些接地引線再診斷確定故障。本文的研究結(jié)果表明：（1）本文方法 可以比較方便的診

3、斷出接地網(wǎng)的腐蝕情況，包括腐蝕的位置（區(qū)域）和腐蝕的程 度。（2）測量用接地引線的選取對(duì)診斷冇重要的影響，根據(jù)接地網(wǎng)在土壤中的腐 蝕機(jī)理，最好先分析可能腐蝕的區(qū)域、重點(diǎn)保障的設(shè)備的區(qū)域、接地引線的位置 分布等實(shí)際情況，再?zèng)Q定選取接地引線測量；測量的接地引線太少時(shí)可能會(huì)冇較 大的診斷偏差，最終需測量的引線數(shù)量經(jīng)本文總結(jié)大概需總節(jié)點(diǎn)數(shù)的10%。（3）腐 蝕支路的電阻增大的計(jì)算值與實(shí)際值呈一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，本文通過模糊診斷規(guī)則 判斷接地網(wǎng)的腐蝕情況；要較精確的求得腐蝕支路的腐蝕程度，需加測它的兩端 節(jié)點(diǎn)間電阻，再用診斷程序計(jì)算得出。關(guān)鍵詞：接地網(wǎng)，接地引線，腐蝕，故障，診斷abstractthe gr

4、ound grid is necessary to substation grounding, but the ground lead and conductor often corroded by the soil for many years makes the performance fall down and the grid would not meet the heat stability. when the system occur the ground fault, the great short current would burnout the grid, spread t

5、he emergency and damage the equipment and staff. because the grid is under ground, to find the corrosion of the grid, large area cutting is adopted in the engineering but the method is blind, large and influence the system operating. this paper systematically analyses the theories of the grounding g

6、rid corrosion diagnosis, and put forward a novel method to diagnosis. on these bases, miniature resistance and ground grid modes are simulated and tested, and some conclusions are extracted and proved, followed by the research of the influencing factors. in the last, the diagnosis method is used to

7、the field of substations.through the research, some ideas can be obtained: (1) the election of nodes has important influence on the result of diagnosis. so it is necessary to analyse possible fault area, key equipment, the distribution of ground lead etc, before measured. the nodes are too few to ma

8、ke the diagnosis departure, and the total of nodes measured need reach 10% of all nodes of the ground grid. (2) the tentative diagnosis sometimes cannot diagnose the real fault, but it is near the real, so the real can be accelerated diagnosing by the result and thought of nearby nodes measured, and

9、 the idea of many motivations confirm the real fault. (3) the calculation are not always equal to the real values, though they are monotony. the gap of them will be greater when the corrosion of branch become heavier, and the calculation will be more accurate when measuring the go-and-return nodes o

10、f the fault branches. (4) when there is rosin joints in the grid, the tentative fault would be diagnosed near the rosin joints. after adding measured nodes, the real corrosion branch will be diagnosed(5) the corrosion of ground lead may influence the result of diagnosis. if ground lead corroded is r

11、ight in the corrosion branch, the stage of corrosion of the fault will be heavier; if not, there are maybe errors though the real fault also can be diagnosed. (6) in the ground grid corrosion diagnosis, there are some influencing foctors such as the length of measuring conductors, the departure of m

12、esh, the connection site between ground lead and grid conductor, fragmentary that would effect the result. these factors can be exclused by the method of nearby nodes measured and the thought of many motivations.keywords： ground grid, ground lead, corrosion, fault, diagnosis目錄中文摘要i英文摘要ii1緒論11.1問題的提出

13、及研究意義11.1.1問題的提出11.1.2研究的意義21.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.2.1接地引線腐蝕檢測的研究31.2.2接地網(wǎng)腐蝕和斷點(diǎn)檢測的研究61.3本文研究的方法和內(nèi)容101.4預(yù)期結(jié)果和意義102理論分析122.1概述122.2理論基礎(chǔ)122.2.1接地網(wǎng)在土壤中的腐蝕機(jī)理122.2.2故障診斷理論132.2.3模擬故障診斷理論142.2.4數(shù)學(xué)方法142.3故障診斷方程的建立152.3.1基本思想152.3.2特勒根定理的簡介162.3.3故障診斷方程的建立212.4計(jì)算方法的介紹402.4.1基本思想402.4.2詳細(xì)步驟412.5小結(jié)423仿真計(jì)算523.1概述523.2仿真計(jì)

14、算的步驟和測量點(diǎn)的優(yōu)化方案523.2.1仿真計(jì)算的步驟523.2.2測量優(yōu)化方案603.3小型網(wǎng)絡(luò)的仿真計(jì)算873.3.1單支路故障的診斷873.3.2兩支路故障的診斷873.3.3三支路故障的診斷873.4變電站接地網(wǎng)的仿真計(jì)算873.4.1單支路腐蝕873.4.2雙支路腐蝕873.4.3三支路腐蝕873.5小結(jié)884模擬實(shí)驗(yàn)884.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?84.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)過程874.3測試方法及裝置 874.3.1直流雙電橋874.3.2四端鈕連線法874.4小電阻網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)874.4.1單支路腐蝕874.4.2雙支路腐蝕874.4.3三支路腐蝕874.5接地網(wǎng)的模擬實(shí)驗(yàn)874.5.1接地網(wǎng)單支

15、路腐蝕的診斷874.5.2接地引線故障的診斷874.5.3接地網(wǎng)節(jié)點(diǎn)虛焊（或漏焊）的診斷874.6小結(jié)875影響因素885.1測量引線的影響 875.2接地引線連接位置的影響 875.3接地網(wǎng)網(wǎng)格偏移的影響875.4接地網(wǎng)殘缺875.5小結(jié)876結(jié)論與展望1516.1主要結(jié)論1526.2后續(xù)研究工作的展望154致謝156參考文獻(xiàn)157附：a.作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄164b. matlab計(jì)算程序1641緒論1.1問題的提出及研究意義l. 1.1問題的提出接地是在電氣設(shè)備和大地z間實(shí)現(xiàn)確定的電氣連接，它使電氣設(shè)備的所冇部 分，在任何時(shí)候都能通過捉供的低阻抗途徑，均衡整個(gè)系統(tǒng)的能量并

16、排泄入地， 按正常規(guī)定公差保存在同一電位。1變電站內(nèi)集屮了重要的電氣設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器等，為實(shí)現(xiàn)良好 的接地，需要滿足三個(gè)方而的要求:2（1）工作接地。這是根據(jù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式的需要而接地。例如，將三 相系統(tǒng)的屮性點(diǎn)接地。（2）保護(hù)接地。這是為了保證人身的安全，將高壓電氣設(shè)備的金屈外殼接地。（3）防雷接地。這是針對(duì)防雷保護(hù)的需要，以降低雷電流通過時(shí)的地電位升 i； > j c.變電站接地是工作接地、保護(hù)接地和防雷接地三者的統(tǒng)一，一般的作法是敷設(shè) 接地網(wǎng)，然后再避雷針和避雷器下加設(shè)集屮接地體。其屮，接地網(wǎng)常用4x40mm 的扁鋼或20mm的圓鋼水平敷設(shè)，排列成長孔型或方孔型

17、，埋入地下（0.608）m,其而積大體與發(fā)電廠和變電站的而積相同，變電站的電氣設(shè)備通過接地引線與 接地網(wǎng)相連。但是由于接地網(wǎng)埋設(shè)在地下，常因土壤多年的嚴(yán)重腐蝕，接地網(wǎng)均 壓導(dǎo)體和接地引線變細(xì)或斷裂，使接地網(wǎng)接地性能變壞，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地短路故 障時(shí)，可能發(fā)生接地故障。3一旦發(fā)生接地故障，將帶來嚴(yán)重的危害，其表現(xiàn)主要如下:1（1）沿大地表而的危險(xiǎn)電位梯度。（2）由于過電壓上升而造成的電力設(shè)備絕緣損壞。（3）電力系統(tǒng)的屮性點(diǎn)的偏移。（4）電力繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)。（5）通過管線和低壓電路等裝置的高壓轉(zhuǎn)移。（6）電力設(shè)備機(jī)殼上的危險(xiǎn)電壓。（7）接地體周圍的土壤風(fēng)干。從上而列舉的情況可以看出，如果變電站發(fā)生

18、接地故障，可能帶來巨大的經(jīng)濟(jì) 損失和社會(huì)影響，特別是我國而臨日益緊張的用電需求，電力系統(tǒng)規(guī)模和容量的 迅速增長，接地短路電流越來越大，對(duì)接地技術(shù)的要求越來越嚴(yán)格，不但接地電 阻值耍低，而且均壓效果必須良好，維護(hù)水平更要捉高，否則，變電站發(fā)生接地 故障時(shí)，就會(huì)燒毀電氣設(shè)備，造成慘重?fù)p失。4例如1985年3月13 h在胡集變電站和1986年4月25日在潛江變電站發(fā)生的 接地故障，都因35rv小電流接地系統(tǒng)發(fā)生兩相短路接地與異相異點(diǎn)接地形成短路, 使接地網(wǎng)部分或整個(gè)接地網(wǎng)通過大電流，燒斷接地引線和部分接地連接母線。設(shè) 備外殼和端子箱上出現(xiàn)工頻高壓，造成工頻高壓進(jìn)入主控室損壞設(shè)備，使直流保 險(xiǎn)熔斷大大

19、延長短路故障的切除時(shí)間，造成主變壓器損壞。這兩個(gè)變電站都是70 年代建設(shè)的，接地網(wǎng)的接地引線和母線截而設(shè)計(jì)值為4x40mm和4><25im,已經(jīng)偏 小，但實(shí)際敷設(shè)接地引線為6伽，連接接地母線為8mm,使接地留下嚴(yán)重隱患, 從而使事故擴(kuò)大。5許多變電站在運(yùn)行管理上，往往只重視接地網(wǎng)接地電阻的測量值，忽略了對(duì)設(shè) 備接地引線和接地連接母線截而的檢查和熱穩(wěn)定校驗(yàn)。6例如，云南省電力試驗(yàn) 研究所專業(yè)技術(shù)人員，歷時(shí)一年多對(duì)集團(tuán)公司所屈的24個(gè)220kv及以上變電站,88 個(gè)110kv變電站的接地網(wǎng)進(jìn)行了調(diào)查。發(fā)現(xiàn)的問題主要冇:7(1) 大部分運(yùn)行年限在10年以上的變電站，由于接地網(wǎng)所用材料當(dāng)時(shí)

20、未 采取任何防腐蝕措施、接地網(wǎng)所處土壤環(huán)境腐蝕性、投運(yùn)時(shí)間較長等 原因，因而存在不同程度的腐蝕，嚴(yán)重者多處出現(xiàn)斷裂現(xiàn)彖。(2) 部分發(fā)電廠、變電站的接地引下線存在截而偏小和腐蝕較嚴(yán)重現(xiàn)彖。 而國內(nèi)很多發(fā)電廠、變電站事故擴(kuò)大的主要原因是由于接地裝置缺陷 造成的，如：熱穩(wěn)定不滿足要求而將接地裝置熔斷，應(yīng)引起高度重視。從上而兩個(gè)例子，我們可以知道，由于許多變電站原設(shè)計(jì)考慮的裕度已不夠充 分，不能滿足短路電流熱穩(wěn)定的耍求，加上接地網(wǎng)的嚴(yán)重腐蝕，時(shí)間一長，銹層 逐漸加厚，截而逐漸減少，結(jié)果在事故發(fā)生時(shí)造成接地引線或接地連接母線的燒 斷，導(dǎo)致事故的擴(kuò)大。由于接地網(wǎng)埋設(shè)于地下，工程上對(duì)接地網(wǎng)接地性能好壞的檢

21、測一般通過接地電 阻的大小來間接判斷，但無法了解接地網(wǎng)的腐蝕情況，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)接地電阻測試 方法屮，只要測量處的接地體不發(fā)生斷路，即使在接地網(wǎng)被嚴(yán)重腐蝕，接地電阻也 容易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。所以工程上一般都是在發(fā)現(xiàn)地網(wǎng)接地電阻不合格或發(fā)生地網(wǎng) 引起的事故后，通過大而積開挖查找接地網(wǎng)斷點(diǎn)和腐蝕段，這種方法帶冇盲目性、 工作量極大，述影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行。1.1.2研究的意義為此，本文研究一種新的接地網(wǎng)診斷方法，能在不停電和不對(duì)地網(wǎng)大而積開 挖的情況下，通過測量接地引線z間的電阻變化，利用一些理論和方法，對(duì)地網(wǎng) 的腐蝕情況進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，防止由于接地不良造成的危害，保障 電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。1

22、.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀為了監(jiān)視接地網(wǎng)的運(yùn)行狀況，相關(guān)領(lǐng)域的許多前輩做了很多冇益的工作，下而 主要分析冇代表性的兩種方法：1.2.1接地引線腐蝕檢測的研究劉寶成低電壓大電流法檢測接地網(wǎng)技術(shù)研究英測試原理是在兩接地引線間注入大電流（交流），用電壓表測量端口的電壓 大小，若接地網(wǎng)狀況良好，電壓表讀數(shù)應(yīng)很小；如兩接地引下線z間的接地體已 被腐蝕變細(xì)或斷開，電壓表讀數(shù)將會(huì)出現(xiàn)異常，從而了解接地網(wǎng)的運(yùn)行狀況。8優(yōu)點(diǎn)：可冇效測量接地體的通流能力，可以重點(diǎn)測量可能通過較大故障電流的 地方和設(shè)備，比如變壓器中性點(diǎn)，斷路器外殼，架構(gòu)及避雷器底座等，從而一定 程度上排除事故隱患。缺點(diǎn)：a.這種測量方式由于缺乏必要的理論

23、分析和數(shù)據(jù)處理，沒有判斷的量化 標(biāo)準(zhǔn)，不能對(duì)接地網(wǎng)腐蝕情況做出全而和綜合的判斷；（分析可見3.4.1, p）b. 變電站的電壓干擾（如電力系統(tǒng)的不平衡電流在被測地網(wǎng)上的壓降）、 測量連接導(dǎo)線的電阻和測量線與接地引線的接觸電阻無法消除或消弱，數(shù)據(jù)的準(zhǔn) 確性難以評(píng)估，限制了這種方法的工程應(yīng)用。1.2.2接地網(wǎng)腐蝕和斷點(diǎn)檢測的研究王旭東、張曉玲 變電站接地網(wǎng)腐蝕和斷點(diǎn)檢測王旭東、張曉玲首次捉出對(duì)電力系統(tǒng)變電站的接地網(wǎng)的腐蝕情況進(jìn)行研究， 其原理是將接地網(wǎng)等效為電阻性網(wǎng)絡(luò)，將接地引線作為可測點(diǎn)，進(jìn)而判斷接地網(wǎng) 的斷點(diǎn)和腐蝕情況。他們都一定程度上從理論、仿真計(jì)算以及模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)檢測的 方法做了研究，這些為

24、本文進(jìn)行更深入的研究打下了基礎(chǔ)，但還存在以下問題：a. 對(duì)方程的求解時(shí)，計(jì)算程序得出的結(jié)果與實(shí)際值冇較大的差異，無判 據(jù)對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕和斷點(diǎn)情況進(jìn)行判斷；b. 沒冇研究接地引線間電阻大小和腐蝕的關(guān)系；c. 由于接地引線間的電阻很小，大概只冇幾十十幾mq,此大小與測量 時(shí)的連接接觸電阻的大小同一數(shù)量級(jí)，因此測量接地引線間的電阻時(shí) 必須釆取合適的測量方法和設(shè)備，削弱和消除它們的影響；d. 為運(yùn)用于工程實(shí)際，必須要有較為簡單的選取接地引線的方法和試驗(yàn) 步驟。選取接地引線的原則、數(shù)量以及耍求達(dá)到診斷的精度（包括腐 蝕位置和腐蝕程度的判斷）沒冇論述。e現(xiàn)場試驗(yàn)可能遇到很多問題，比如設(shè)計(jì)施工和改造的圖紙不

25、全，接地 引線的故障，網(wǎng)格偏移其至接地網(wǎng)殘缺等影響因數(shù)，這些情況的存在對(duì)診斷的精度的影響還需進(jìn)一步的研究。9 10 111.3本文研究的方法和內(nèi)容（1）數(shù)學(xué)模型接地網(wǎng)埋在地下，相當(dāng)于一個(gè)黑匣子，只知道它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和支路的標(biāo)稱值, 其上冇許多通到地而上的接地引線，這些接地引線是了解接地網(wǎng)狀態(tài)的唯一 “通 道”。這樣可以把接地網(wǎng)等效成多端口電阻網(wǎng)絡(luò)，通過測量運(yùn)行多年后的接地網(wǎng)接 地引線間的電阻（即網(wǎng)絡(luò)的端口電阻），與腐蝕前的端口電阻理論值做比較，得出 端口電阻變化量，運(yùn)用電路理論和特勒根定理，建立端口電阻變化量和支路導(dǎo)體 電阻變化量的數(shù)學(xué)方程。（2）計(jì)算方法因?yàn)楣收显\斷方程是以較少的已知量去求較多

26、的未知量，方程是欠定的，為解 決方程的欠定問題，本文運(yùn)用數(shù)值迭代和非負(fù)最小二乘法，較好的解決方程的欠 定問題；（3）仿真計(jì)算為了驗(yàn)證接地網(wǎng)腐蝕診斷的基本理論和方法的正確性和可行性，并總結(jié)和歸納 出故障診斷規(guī)則和規(guī)律，本文對(duì)兩個(gè)接地網(wǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算，兩個(gè)接地網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、支路電阻的大小都冇較大的區(qū)別，這樣可以較全而的驗(yàn)證理論和 方法的正確性和可行性，計(jì)算的內(nèi)容冇：單支路腐蝕、多支路腐蝕。仿真計(jì)算的 情況和總結(jié)的規(guī)律將指導(dǎo)冇以后的模擬實(shí)驗(yàn)，并為模擬實(shí)驗(yàn)所證明。（4）測量方法為測量出接地引線間的小電阻，從而求岀計(jì)算程序需要的接地引線間的電阻變 化量，必須釆用精確的測量設(shè)備和合適的方法減少干

27、擾和誤差。本文使用qj44 型直流雙電橋，接線釆用四端鈕連接。同時(shí)由于診斷程序需要測量一組（幾個(gè)或 十幾個(gè)）接地引線間的電阻，需要研究如何選取接地引線以更好的診斷出接地網(wǎng) 的腐蝕情況。從理論上來說，數(shù)據(jù)越多診斷精度越高，診斷精度包括腐蝕定位的 精度和腐蝕程度的精度，但在工程上意味著工作量的加大，因此耍研究如何合理 選取接地引線的原則和方法，既保證診斷的精度，又減少工作量。在本文屮采用 分步逼近診斷的方法：先初步選擇一些測量接地引線，這些接地引線的選擇是為 了兼顧接地網(wǎng)重點(diǎn)診斷的要求，計(jì)算和判斷岀故障可能岀現(xiàn)的支路（或區(qū)域），這 時(shí)偽故障可能掩蓋了真實(shí)故障支路；然后再對(duì)這些初步診斷岀的故障支路進(jìn)

28、行驗(yàn) 證，驗(yàn)證的方法是測量這些故障支路的兩端節(jié)點(diǎn)間的電阻，再計(jì)算從而排除偽故 障的影響，正確的找到真實(shí)故障支路。(5) 模擬實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證理論和方法的正確性，本文構(gòu)造兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，和仿真計(jì)算相結(jié)合對(duì)接地網(wǎng) 的各種情況進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，比較各個(gè)時(shí)候的計(jì)算值和測量值，彼此驗(yàn)證測量方法 和計(jì)算程序的準(zhǔn)確性。并對(duì)接地網(wǎng)的影響因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。由丁仿真計(jì)算和模 擬實(shí)驗(yàn)的模型是理想狀態(tài)下的接地網(wǎng)，與現(xiàn)場實(shí)際情況有較大的差異，如：接地 引線因腐蝕導(dǎo)致的電阻變化對(duì)測量和診斷的影響；當(dāng)初接地網(wǎng)施工時(shí)由于疏失的 造成的虛焊和漏焊問題；自然接地體的引入如設(shè)備構(gòu)架、電纜溝等引起網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 的變化以及接地網(wǎng)網(wǎng)格偏移等。為了了解這些因

29、素對(duì)準(zhǔn)確診斷的影響，本文進(jìn)行 了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和分析。(6) 現(xiàn)場試驗(yàn)對(duì)幾個(gè)不同的變電站進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證理論的可行性，并解決存在的問題。1.4預(yù)期結(jié)果和意義本文研究電力系統(tǒng)發(fā)、變電站的接地網(wǎng)的腐蝕診斷，將接地網(wǎng)等效為電阻性網(wǎng) 絡(luò)，將接地引線作為可測節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而把接地網(wǎng)的腐蝕診斷問題，轉(zhuǎn)化為根據(jù)端口 測量值確定網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部參數(shù)的問題，通過理論分析、模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)，建立一 個(gè)用于接地網(wǎng)腐蝕診斷的實(shí)用程序。本文完成后，將為電力系統(tǒng)變電站捉供一個(gè)簡單可靠的接地網(wǎng)診斷工具，實(shí)現(xiàn) 在不停電和不對(duì)接地網(wǎng)大而積開挖的情況下，對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕情況進(jìn)行檢測，指 導(dǎo)工程技術(shù)人員對(duì)接地網(wǎng)的開挖檢查，減少工作的盲目性和工作量，從

30、而保障電 力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。2理論基礎(chǔ)2.1概述木章主要介紹接地網(wǎng)腐蝕診斷的理論和方法，首先重點(diǎn)介紹方法的理論基礎(chǔ), 包括故障診斷理論、模擬電路故障診斷理論、接地網(wǎng)在土壤中的腐蝕機(jī)理、電路 原理和數(shù)學(xué)方法。并在這些理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合本文的fi的和接地網(wǎng)的實(shí)際情況, 做出一些必要的分析。然后在這些理論分析z后，對(duì)接地網(wǎng)做出一些必要的簡化和假設(shè)，建立數(shù)學(xué) 模型，并運(yùn)用特勒根定理建立故障方程。因?yàn)楣收戏匠淌且粋€(gè)欠定方程，一般情 況下多解，木文將詳細(xì)的介紹方程的求解思想和過程，計(jì)算程序?qū)⒘杏诟戒洝?. 2理論基礎(chǔ)接地網(wǎng)的腐蝕診斷，涉及許多理論和方法，有金屬的腐蝕理論、故障診斷理 論、電路原理、數(shù)學(xué)方法

31、等，下面對(duì)這些理論和方法做簡要的介紹和分析： 2. 2. 1接地網(wǎng)在土壤中的腐蝕機(jī)理目前接地網(wǎng)人多采用扁鋼、角鋼或鋼管，因而接地網(wǎng)的腐蝕實(shí)際上就是金屬 鋼在土壤中的腐蝕。金屬在土壤中的腐蝕按機(jī)理的不同分為下列幾種：化學(xué)腐蝕、 電化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕，實(shí)際證明，屯化學(xué)腐蝕對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕最嚴(yán)重。下面 主要介紹電化學(xué)腐蝕的機(jī)理：12土壤是rti固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種物質(zhì)構(gòu)成的復(fù)雜混合物，土壤膠體帶有電荷, 并吸附一定數(shù)量的陰離子，當(dāng)土壤中存在少量水分時(shí)，土壤水即成為一種屯解質(zhì) 溶液，土壤中的部分氧氣溶解在水中，與接地體構(gòu)成一個(gè)氧化還原電池。陽極（接 地體）逐漸失去電子，變成鐵銹，從而引起了接地網(wǎng)的腐蝕

32、。由于土壤組成、結(jié)構(gòu) 和性質(zhì)的不均勻性，接地網(wǎng)在土壤中的腐蝕主要表現(xiàn)為局部腐蝕。如接地體穿越 不同松緊的十壤時(shí)，土壤緊的區(qū)域缺氧，形成陽極，接地體較土壤松的區(qū)域腐蝕 嚴(yán)重，這樣就形成接地網(wǎng)局部腐蝕。本文認(rèn)為局部腐蝕可以從兩個(gè)方面來理解： 從接地網(wǎng)的整體考查，接地網(wǎng)局部區(qū)域發(fā)生嚴(yán)重腐蝕；另一方面，從接地網(wǎng)的某 段均壓導(dǎo)體考查，這一段的某一部分發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。因此在接地網(wǎng)的故障診斷中, 對(duì)接地網(wǎng)的同部腐蝕耍重點(diǎn)研究。報(bào)告13表明，因我國接地網(wǎng)所用材質(zhì)主要為普通碳鋼，接地網(wǎng)投運(yùn)后碳鋼通 常呈現(xiàn)局部腐蝕形態(tài)，并在腐蝕后變脆、起層、松散、甚至斷裂，造成接地性能 不能滿足熱穩(wěn)定性的耍求，導(dǎo)致發(fā)生接地故障時(shí)接

33、地短路電流可能燒壞地網(wǎng)、擴(kuò) 大事故并危及設(shè)備和人身安全。還冇在變電詁屮，隨時(shí)可能冇入地的不平衡電流和雜散電流引起的電化學(xué)腐 蝕，電流流出端為陽極，被腐蝕。雜散電流對(duì)金屈的腐蝕機(jī)理同電解原理是一致 的，即陽極為正極，陰極為負(fù)極進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。雜散電流又分為直流雜散電流 和交流朵散電流兩類。一般交流雜散電流腐蝕的危害性要比直流腐蝕小，在同樣 的電流密度下交流腐蝕量比直流的要小，但是交流電的集屮腐蝕性強(qiáng)。1我國電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程sdj879中建議“敷設(shè)在腐蝕性較強(qiáng)場 所的接地裝置，應(yīng)根據(jù)腐蝕的性質(zhì)采取熱鍍錫、熱鍍鋅等防腐蝕措施，或適當(dāng)加 大截而o" 14但文獻(xiàn)12表明，同種金屈材料其

34、與接地網(wǎng)連接時(shí)的腐蝕速率較不與接地網(wǎng)連 接時(shí)的腐蝕速率高，原因是接地網(wǎng)連接的試片除了要受到土壤自然腐蝕作用外， 還要受到變電站接地網(wǎng)泄流時(shí)的電流電解腐蝕；與接地網(wǎng)不連接的試片僅受到土 壤自然腐蝕作用。鍍鋅層已經(jīng)被電解腐蝕掉；未與接地網(wǎng)連接的鍍鋅鋼材料表而 鍍鋅層完好。從上可以看岀，鍍鋅鋼用作接地網(wǎng)材料時(shí)莫耐蝕性能較普通碳鋼捉 高不大，故其對(duì)于延長接地網(wǎng)使用壽命無實(shí)際意義。鍍鋅鋼接地材料在接地網(wǎng)雜 散電流的作用下，其表而的鋅鍍層很快就被電解掉，對(duì)延長接地網(wǎng)使用壽命作用 不大。所以在接地網(wǎng)的腐蝕診斷中，對(duì)那些常出現(xiàn)泄漏電流和故障電流的區(qū)域和設(shè) 備，如變壓器屮性點(diǎn)、避雷器下的接地網(wǎng)區(qū)域，要重點(diǎn)檢測。

35、2. 2. 2故障診斷理論故障診斷的基本思想是利用各種傳感器及測量手段收集被監(jiān)測和診斷的對(duì)象 運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)，通過診斷系統(tǒng)確定故障的部位與嚴(yán)重程度，并對(duì)它們是否繼續(xù) 運(yùn)行，是否維修作出決策。15所以故障診斷通常冇三個(gè)環(huán)節(jié)：16（1）正確選用各種傳感器及測量手段，檢測或監(jiān)測被測對(duì)象的種種特性，采 集各種特性參數(shù)；（2）對(duì)原始的雜亂信息加以分析處理（數(shù)據(jù)處理），去除干擾，提取反映被測 對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)中最敏感、最冇效的特征參數(shù)；（3）根據(jù)提取的特征參數(shù)，參照相關(guān)的診斷規(guī)則進(jìn)行識(shí)別、判斷，從而對(duì)故 障的情況做出預(yù)測和判斷。根據(jù)上述故障診斷的三個(gè)環(huán)節(jié)，結(jié)合本文研究的是接地網(wǎng)的腐蝕診斷，分析 如下：測量接地

36、網(wǎng)的參數(shù)，一般是通過接地引線測量其電阻和電壓，考慮到接地網(wǎng) 的材料是鋼，電阻率較小，要求測量設(shè)備能在強(qiáng)干擾下正確測量出小信號(hào)，合適 的選取測量設(shè)備和測量方法十分重要。如果選擇測量電阻，可以用直流雙電橋測 量；若選擇測量電壓，需大電流電源、前置放大器和濾波電路，防止干擾方而也 比較困難，從測量設(shè)備來看，測量電阻的方案更容易實(shí)施。但測量電阻的方案會(huì) 加入接地引線的影響，電壓方案則不會(huì)，同時(shí)考慮到接地網(wǎng)的腐蝕診斷一個(gè)重要 方而是對(duì)接地引線的故障的診斷，而電阻的方案可以考慮到這一點(diǎn)，綜上所述， 本文選擇電阻方案。故障診斷中故障特征的抽取方法一般冇信號(hào)處理、模式識(shí)別、參數(shù)辨識(shí)等方 法，考慮到接地網(wǎng)的復(fù)雜

37、情況，如容差和施工質(zhì)量，本文選擇的方法是|參數(shù)辨識(shí)。由于故障的特征和狀態(tài)一般不是一一對(duì)應(yīng)的，因而要根據(jù)研究結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)， 建立一定的診斷規(guī)則。目前診斷規(guī)則冇邏輯診斷、模糊診斷和統(tǒng)計(jì)診斷。接地網(wǎng) 的腐蝕診斷，要求判斷出接地網(wǎng)腐蝕的位置和腐蝕的嚴(yán)重程度，根據(jù)這個(gè)要求， 邏輯診斷只能判斷“冇、無腐蝕”，過于簡化，i佃統(tǒng)計(jì)診斷過于復(fù)朵，只冇|模糊診 憫較為合適。例如腐蝕“嚴(yán)重”、“較嚴(yán)重”、“一般”、“輕微”、“無”等，然后按 支路電阻增大的倍數(shù)確定歸入某一類別。最好建立可以量化的標(biāo)準(zhǔn)，以便應(yīng)用于 工程實(shí)踐。17對(duì)于診斷系統(tǒng)最基本的要求是防止誤診，診斷系統(tǒng)的誤診可細(xì)分為以下幾種 情形:16（1）a類故障

38、被誤診為b類故障；（2）冇故障被誤診為無故障；（3）無故障被誤診為冇故障；本文是對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕診斷，根據(jù)以上的三點(diǎn)要求，可理解為：（1）a支路的腐蝕不能誤診為b支路的腐蝕；（2）冇腐蝕不能被誤診為無腐蝕；（3）無腐蝕不能被誤診為冇腐蝕；所以本文對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕診斷的理論和方法進(jìn)行仿真計(jì)算和模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，都 是假設(shè)接地網(wǎng)發(fā)生單支路、雙支路和三支路腐蝕,看診斷系統(tǒng)是否會(huì)發(fā)生誤診。表1.1分析、綜合與診斷table 1.1 analysis, synthesis and diagnosis類別已知耍求解分析激勵(lì)、網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)總是唯綜合激勵(lì)、響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)很少唯一診斷激勵(lì)、拓?fù)洹㈨憫?yīng)兀件值冇時(shí)唯一上表l1是分析、綜

39、合與診斷三者的關(guān)系，可以看出診斷通常是多解，對(duì)于故 障診斷方程的多解問題，一般采用多種激勵(lì)的方法，即在不同的激勵(lì)下，故障參 數(shù)保持不變的那一組解為所求解。因?yàn)楫?dāng)改變激勵(lì)端點(diǎn)、測量端點(diǎn)或激勵(lì)電流電 壓大小時(shí)，可得到更多的診斷信息。16在本文屮，通過改變激勵(lì)端點(diǎn)(測量端點(diǎn)) 的方法，腐蝕支路的位置和電阻增大倍數(shù)保持不變的那一組解為所求解。2.2.3模擬電路故障診斷理論埋在地下的接地網(wǎng)的水平均壓導(dǎo)體彼此相連構(gòu)成電路網(wǎng)絡(luò)，忽略土壤因素的 影響，接地網(wǎng)可以看成純屯阻網(wǎng)絡(luò)，因此接地網(wǎng)腐蝕故障診斷屬于模擬電路故障 診斷。模擬電路故障診斷的方法主要冇：故障字典法，故障參數(shù)識(shí)別法，k故障 診斷，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系

40、統(tǒng)、模糊理論等。木文中丄要運(yùn)用故障參數(shù)識(shí)別法,k 故障診斷冇些原理和定理也將用到。下面主要對(duì)參數(shù)識(shí)別法做主要介紹。故障參數(shù)識(shí)別法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)已知的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與標(biāo)稱參數(shù)，輸入激勵(lì)和輸出響 應(yīng)，估計(jì)岀網(wǎng)絡(luò)所有的參數(shù)(或參數(shù)增量)，最后依照每個(gè)參數(shù)的允許容差以確定 網(wǎng)絡(luò)中的故障元件。16之所以選擇故障參數(shù)識(shí)別法，主要因?yàn)槿莶顔栴}。元件的容差將帶來電壓或 電阻的容差，以致使各組值交叉；測量時(shí)有誤差，測量值不會(huì)等丁理論計(jì)算值。 在模擬電路故障診斷中，曲于元件容差的影響，以及元件變化與輸出增量之間的 非線性關(guān)系，使得實(shí)際的診斷過程非常復(fù)雜和圖難。因此元件容差問題是模擬電 路故障診斷中的一個(gè)困難問題，而在各種故

41、障診斷方法中，參數(shù)識(shí)別法可避免元 件容差問題，因?yàn)檫@一方法中，屯路各元件參數(shù)均可計(jì)算出來，偏差超出容差范 圍者為故障元件。由于模擬電路一般都很復(fù)雜因而得出的識(shí)別方程的階數(shù)很高， 因此有必耍采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助分析。本文中用工程計(jì)算語言matlab進(jìn)行分析 和計(jì)算的。18模擬電路診斷應(yīng)完成下述三個(gè)方面的工作：16(1) 故障檢測(fault dectection)根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)以及已知的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與標(biāo)稱參數(shù)，判斷網(wǎng)絡(luò)是否存 在故障；對(duì)于本文而言，根據(jù)測量接地引線上的電壓和電阻，以及已知的網(wǎng)絡(luò)拓 撲結(jié)構(gòu)和標(biāo)稱參數(shù)，判斷接地網(wǎng)是否存在故障(腐蝕)。(2) 故障辨識(shí)(fault identific

42、ation)確定存在的故障數(shù)，各故障元件在電路中的物理位置(location),以及相關(guān)參 數(shù)(fault evaluation)；對(duì)丁本文而言，耍確定腐蝕支路和區(qū)域的位置和腐蝕程度。（3）故障預(yù)報(bào)（faultforecast）對(duì)診斷結(jié)果進(jìn)行分析，看腐蝕后的接地網(wǎng)能否滿足接地網(wǎng)的性能要求。2. 2.4數(shù)學(xué)方法通過將接地網(wǎng)等效為電阻性網(wǎng)絡(luò)，建立數(shù)學(xué)模型后，可以導(dǎo)出故障診斷方程。 故障診斷方程一般可以歸納為以下的矩陣：ax =b其中，a是一個(gè)mxb的矩陣，x是b x 1的列訶量。由tm<b,方程為欠定方程，為了求解方程，使|4*-創(chuàng)2最小，這就涉及最 小二乘問題；同時(shí)，接地網(wǎng)腐蝕后支路屯阻變

43、大，因此方程求解又變成有約束的 最小二乘問題，即非負(fù)最小二乘解。本文中的數(shù)學(xué)求解，都在matlab數(shù)學(xué)軟件 上進(jìn)行。19r22由于方程是非線性方程，為能夠?qū)崿F(xiàn)上述的簡化處理，必須將一些量簡化（以 后將提到，這里為了文章的完整性先提出）使方程線性化，在本文中首先將腐蝕 后接地網(wǎng)的支路電流等丁腐蝕前的支路電流，利用方程求出支路電阻增人的倍數(shù), 再求岀此時(shí)的支路電阻；然后利用此時(shí)求岀的支路電阻求出支路電流，重復(fù)上 步，百到此次求出的電阻增人倍數(shù)與上次的相差很小，通過迭代實(shí)現(xiàn)數(shù)值的逼 近。2.3故障診斷方程的建立以上介紹了本文用到的基本理論和方法，這些為模型的建立和故障診斷方程 的建立、仿真計(jì)算、模擬

44、實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)打下了基礎(chǔ)，下面介紹接地網(wǎng)腐蝕診斷 模型的建立和診斷方程的建立以及求解。2. 3. 1基本思想埋在地下的接地網(wǎng)的水平均壓導(dǎo)體彼此相連構(gòu)成電路網(wǎng)絡(luò)，忽略土壤因索的 影響，接地網(wǎng)可以看成純電阻網(wǎng)絡(luò)。地網(wǎng)竣工之后，由于各段導(dǎo)體的長度、截面 積和電阻率已確定，可得出它們的原始屯阻值（標(biāo)稱參數(shù)）；當(dāng)接地網(wǎng)運(yùn)行多年后 某些導(dǎo)體出現(xiàn)腐蝕或者發(fā)生斷裂時(shí)，此時(shí)的支路電阻與原始值相比變?nèi)?。這樣就 得到兩個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，支路電阻不同的電阻網(wǎng)絡(luò)。其中原先的網(wǎng)絡(luò)端口電阻（即 接地引線間的電阻，下同）因拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支路電阻已知，可以根據(jù)屯網(wǎng)絡(luò)理論計(jì) 算得到；而腐蝕后接地網(wǎng)的端口電阻值，因變電站電氣設(shè)備都冇和接

45、地網(wǎng)相連接 的接地引線，可以通過接地引線測量腐蝕后接地網(wǎng)的端口電阻值。這樣就口j以得 到了端口電阻變化值，利用特勒根定理可以求出端口電阻變化值和支路屯阻變化 值的關(guān)系，再應(yīng)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法，可以從節(jié)點(diǎn)電阻變化值推岀接地網(wǎng)支路的電 阻變化值，從而判斷地網(wǎng)腐蝕及斷點(diǎn)情況。其如圖1。23圖2.1接地網(wǎng)連接圖fig.2diagram of a grounding grid2. 3. 2特勒根定理的簡介對(duì)一個(gè)具有n+1個(gè)節(jié)點(diǎn)和b條支路的網(wǎng)絡(luò)，特勒根定理有兩種表現(xiàn)形式：在 任一瞬間所右支路吸收功率的代數(shù)和為零，即：24（1）特勒根定理的表現(xiàn)形式一：功率守恒h工ujh （2.1）式（2.1）中，s代表支路k

46、的電壓，人代表支路k的電流，代表支hyukik =o路k的電功率，則z代表了該電路的功率。特勒根定理的表現(xiàn)形式一所陳述的正是大家所熟悉的功率守恒。功率守恒成立的前提條件是，“點(diǎn)支路電壓滿足由該電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所決定的 kvl約束，人支路電流滿足由該電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所決定的kcl約束，同時(shí)，支 路電壓與支路電流還要滿足該支路k的支路方程。（2）特勒根定理的表現(xiàn)形式二：似功率守恒設(shè)具有相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電路n和且對(duì)應(yīng)的支路和節(jié)點(diǎn)取相同的編號(hào)，對(duì) 應(yīng)支路的參考方向相同，則冇：b£以嚴(yán)0（2.2）日（2.3）式中，人、久分別為電網(wǎng)絡(luò)“的支路電流和支路屯壓，人、-分別為電 網(wǎng)絡(luò)n的支路電流和支路電壓。

47、由上式可以清楚地看到：特勒根定理的表現(xiàn)形式二中的兩個(gè)等式不再具冇支 路功率的物理含義，但式中各項(xiàng)具有功率的量綱，很多教材中將此等式稱之“似 功率守恒”以區(qū)別于功率守恒。2. 3.3故障診斷方程的建立數(shù)學(xué)模型是對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的某一特定對(duì)彖，為了某個(gè)特定目的，根據(jù)特冇的 奶在規(guī)律，做出一些必要的簡化和假設(shè)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具得到的一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié) 構(gòu)。變電站的接地網(wǎng)一般由外緣閉合屮間敷設(shè)若干均壓導(dǎo)體相互相連成網(wǎng)狀電極 并與若干垂直接地極（體）相連。252627實(shí)際變電站的接地網(wǎng)比較復(fù)雜，為 方便數(shù)據(jù)的輸入和數(shù)學(xué)方程的建立，本文對(duì)接地網(wǎng)做以下處理和假設(shè)：（1）不考慮接地網(wǎng)的自然接地體，如自來水管，配電裝置構(gòu)

48、架基礎(chǔ)，引入到 配電裝置構(gòu)架上的架空避雷線、電纜支架及電纜的金屈外皮等。（2）假設(shè)測量的接地引線與接地網(wǎng)的連接點(diǎn)都是在接地網(wǎng)水平支路的節(jié)點(diǎn) 上；圖2. 2接地網(wǎng)的模型圖fig 2.2 the illustrator of model of grounding grid如圖2.2是經(jīng)簡化的接地網(wǎng)。假設(shè)接地網(wǎng)有n+1個(gè)節(jié)點(diǎn)，b條支路，m條接 地引線，忽略土壤因素的影響，可以將接地網(wǎng)看成一電阻網(wǎng)絡(luò)。（1）原網(wǎng)絡(luò)端口電阻的求得2829假設(shè)在該網(wǎng)絡(luò)的第i, j端口加上一個(gè)電流源，其電流值為io,定義：a選定一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)后網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)矩陣；yh 支路導(dǎo)納矩陣；打節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；厶為支路電流矩陣；為節(jié)點(diǎn)電壓列向

49、量；/“為節(jié)點(diǎn)的電流源列向量（非激勵(lì)接點(diǎn)的電流值為0）；根據(jù)電路原理:(2.4)出關(guān)聯(lián)矩陣a表示的kcl和kvl方程為aih=0(2.5)us(2.6)可以得到y(tǒng)nun = in(2.7)從而得到端口電阻心：r廠u爲(wèi)h(2.8)由電路原理可知，對(duì)任意_“端網(wǎng)絡(luò)，如果能已知網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和支路的電阻, 以及激勵(lì)情況，那么，根據(jù)節(jié)點(diǎn)分析法，就可求岀端口電阻。但對(duì)丁故障診斷來 說，是由/?,求接地網(wǎng)的支路的電阻rk ,可以看岀它是電路計(jì)算的逆問題。(2)帀障診斷方程的建立上而將腐蝕前的接地網(wǎng)模型圖視為一個(gè)具冇b+1條支路，n+1個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò) no其中，第b+1條支路連接在接地網(wǎng)的i, j端。在該接地網(wǎng)上

50、的第i, j端口加 上一個(gè)電流源，其電流值為io,可以根據(jù)電路原理求出心；當(dāng)接地網(wǎng)發(fā)生腐蝕后的模型圖視為網(wǎng)絡(luò)仍在其i, j端加電流源，電流值 為/()。求出勺；可知網(wǎng)絡(luò)n和網(wǎng)絡(luò)m拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)支路k發(fā)生腐蝕或斷裂時(shí)，其支路電阻他變?yōu)??；, b|j：a7?a =r； -rk(2.9)此時(shí)網(wǎng)絡(luò)的端口電阻傀變?yōu)橛茫琤p：a/?. = r1. - r.(2.10)根據(jù)特勒根定理：b+1工(2.11)工 uj；=o(2.12)k=因?yàn)閮删W(wǎng)絡(luò)的在i, j端的第b+1條支路的電流都為/。，即：人+1 =/；+ =/0u血u爲(wèi)=-r：人代入式（2.11）和式（2.12）得:bk=bk=式（2.16）減

51、去式（2.17）,得：bbk=*=1jt=lb二工隠尺）iik*=1將式（2.9）和式（2.10）代入式（2.18）得：hk=a/?廠k=/（23）（24）（2.15）（26）（2.17）（2.18）（29）（2.20）這樣就得到了端口電阻變化值和支路電阻變化值的關(guān)系，但述不能直接由端 口電阻變化值得到支路電阻變化值，因?yàn)橹冯娮璧淖兞總€(gè)數(shù)冇b個(gè)，所以需測 量一系列的端口電阻從而得出一組方程：b山口1）=工2人（1）厶（1）ah從甘=工a&/r（2）人（2k=kb心（加）0（2.21）k=/ 其中，加是測量的端口個(gè)數(shù)，人可以由心得到。而由/?；決定，但&未知，所 以此吋方程仍不

52、能解出。2. 4計(jì)算方法的介紹2. 4. 1基本思想從式(2.21)中可以看出方程組屬于非線性方程，無法直接求解。為解決問題, 引入迭代方法。首先，令/；. (0) = ik,方程組變成線性方程組，但m<b方程組欠定, 需用優(yōu)化方法求解，本文屮用的是非負(fù)最小二乘法。這樣就求出rk (0)和&(0), 接著用&(0)計(jì)算出然后用/；(1)計(jì)算&。重復(fù)上面的計(jì)算，直到求出的 電阻增量滿足要求，得到最后的計(jì)算結(jié)果。2.4. 2詳細(xì)步驟下面是整個(gè)計(jì)算過程的詳細(xì)步驟：(1) 從設(shè)計(jì)圖得到接地網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和支路電阻心；根據(jù)電路原理計(jì)算出人， 選取一些測量節(jié)點(diǎn)組求出理論節(jié)點(diǎn)間電

53、阻rij(s) (s = 1m)；(2) 測量端口電阻隔，計(jì)算端口電阻變化值比論產(chǎn)叫一 ;(3) 令人($)(°)=人($)；(4) 用方程組2.21結(jié)合優(yōu)化方法計(jì)算出(t = 0,l,., t是迭代次數(shù))；然 后計(jì)算出穢,m+mj-a/?一 a7? 0_,) < s(5) 如果而口 a “，那么停止迭代計(jì)算，認(rèn)為& 為最后結(jié)果，£為設(shè)定的常數(shù)；否則繼續(xù)下一步；q,(f+l)(6) 用人 計(jì)算兒($)；重復(fù)第4步。因?yàn)榉匠探M(2.21)屮未知量的個(gè)數(shù)是b,耍得到這些變量的精確值，方程數(shù) 的個(gè)數(shù)應(yīng)為b,但b的數(shù)值很大，因?yàn)橐话阕冸娬窘拥匾€的數(shù)量小于接地網(wǎng)的支

54、路數(shù)量，在工程上要完成這些多次的測量不可能。為了得到較好的精確值，需要 用到最優(yōu)化技術(shù)：$勻(2.22)s.t. 0邊""護(hù)+心(k=i,2,.,b)但在計(jì)算程序小，這一優(yōu)化技術(shù)并沒有應(yīng)用，因?yàn)橛?jì)算程序小的非負(fù)最小二 乘法已包含了這一優(yōu)化思想，這里特別說明。30本文屮所冇計(jì)算程序，包括仿真計(jì)算、故障診斷和畫圖都是在matlab運(yùn)行的, 主耍的計(jì)算程序列于附錄。matlab是美國mathworks公司fi20世紀(jì)80年代屮期推 岀的數(shù)學(xué)軟件，具冇優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算能力和卓越的數(shù)據(jù)可視化能力。根據(jù)matlab 多種方法的選擇和驗(yàn)證，本文屮最優(yōu)化思想選用matlab6.0屮的非負(fù)最小

55、二乘法 (lsononneg),較好的解決了方程組的欠定問題，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況較好的相符。2. 5小結(jié)本章的內(nèi)容主要包括兩部分，第一部分是接地網(wǎng)的腐蝕診斷的理論基礎(chǔ)，它包 括接地網(wǎng)在土壤中的腐蝕機(jī)理、故障診斷理論、模擬電路故障診斷理論，這些理 論是以后診斷方法的基礎(chǔ)；第二部分是選取合適的數(shù)學(xué)模型，建立故障診斷方程 并相應(yīng)的數(shù)學(xué)方法。從接地網(wǎng)的腐蝕機(jī)理可以了解到接地網(wǎng)發(fā)生腐蝕的主要原因是電化學(xué)腐蝕， 接地網(wǎng)腐蝕的主耍農(nóng)現(xiàn)形式是同部腐蝕，所以在接地網(wǎng)的腐蝕診斷中，對(duì)那些常 出現(xiàn)泄漏電流和變電站關(guān)鍵的區(qū)域和設(shè)備，要重點(diǎn)檢測。根據(jù)故障診斷的基本知識(shí)，本文腐蝕診斷的測量方案選擇電阻方式，即通過 測量接

56、地引線間的屯阻作為計(jì)算的基礎(chǔ)；故障特征的抽取方法本文選擇故障參數(shù) 識(shí)別法，即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)已知的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與標(biāo)稱參數(shù)，輸入激勵(lì)和輸出響應(yīng)，估計(jì)出 網(wǎng)絡(luò)所冇的參數(shù)(或參數(shù)增量)，確定網(wǎng)絡(luò)中的故障元件；診斷規(guī)則選擇模糊診斷, 將接地網(wǎng)腐蝕的情況分:腐蝕“嚴(yán)重”、“較嚴(yán)重”、“一般”、“輕微”、“無”;其具 體量化標(biāo)準(zhǔn)曲變電站的短路電流大小和保護(hù)等具體情況決定。對(duì)于故障診斷方程 的多解問題，一般采用多種激勵(lì)的方法，在本文中，通過改變激勵(lì)端點(diǎn)(測量端 點(diǎn))的方法，腐蝕支路的位置和電阻增大倍數(shù)保持不變的那一組解為所求解。在理論分析之后，本章用特勒根定理建立了故障診斷方程，由于方程是欠定的, 為求解出符合實(shí)際的解

57、，本章選擇數(shù)值迭代和非負(fù)最小二乘法求解方程，并詳細(xì) 介紹了計(jì)算過程。本文的計(jì)算都是在matlab程序上運(yùn)行的。3仿真計(jì)算3.1概述前二章闡述了接地網(wǎng)腐蝕診斷的基本理論和方法，木章的任務(wù)是通過仿真計(jì) 算驗(yàn)證診斷模型和方法，通過對(duì)接地網(wǎng)的可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行仿真計(jì)算，一方面 驗(yàn)證理論和方法的正確性和可行性，另一方面探索診斷的規(guī)律，以指導(dǎo)模擬實(shí)驗(yàn) 和現(xiàn)場試驗(yàn)。根據(jù)前面的理論分析，為突出重點(diǎn)減少肓目性，對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕診斷要重點(diǎn) 檢測與變電站的重要設(shè)備相連的接地網(wǎng)區(qū)域，還有對(duì)那些常出現(xiàn)泄漏電流和故障 電流的區(qū)域和設(shè)備，也耍重點(diǎn)檢測。這樣本文可以假設(shè)一些診斷區(qū)域，在區(qū)域周 圍和內(nèi)部選擇幾個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行初步診斷，根據(jù)初步診斷的結(jié)果再有冃的增加測量 點(diǎn)，再診斷再增加測量點(diǎn)，直到診斷出真實(shí)結(jié)果為止，從而判斷接地