接地网故障诊断方法范文

接地网是变电中非常重要的设备，对保障电网的正常运行，保证人员和变电站设备的安全有十分重要的意义。然而，接地网深埋地下，有可能发生腐蚀或断裂故障，从而引发电力系统故障并造成巨大的经济损失。国内外学者对接地网故障诊断的研究已经取得了很多成果，诊断方法也很多，主要分为以下三类：一类是基于电磁场理论的方法进行诊断，一类是基于超声波方法进行诊断，还有一类是采用电网络的方法进行诊断测量。本文基于电网络理论，将接地网抽象为一个纯电阻网络。同时，为了减少接地网电感及电容耦合的影响，选择直流电流源作为输入电源。利用能量最低原理，建立故障诊断方程，构建接地网诊断程序，最后用MATLAB求解，最终得到接地网每条支路电阻值变化量。为验证本文方法，用康铜丝搭建模拟了接地网，设置了单支路和多支路腐蚀与断裂故障，通过对比仿真与模拟结果，验证了本文接地网故障诊断方法的有效性和实用性。

1基本原理

1.1接地网模型由于土壤电阻率远远大于接地网电阻率，忽略土壤对接地网的影响，接地网可视为纯电阻网络，接地引线就是该网络的可及节点，可以看成一个多端口网络，如图1所示。假设接地网有n+1个节点，b条支路，m+1个可及节点，为消除电容耦合及电感耦合的干扰，测量中针对图1地网中两节点施加直流电流激励。规定地网各段电流方向后得到其有向图，进而可以得到网络节点关联矩阵A，根据电网络理论可得。其中I为节点的电流源列向量；Y为支路导纳矩阵；U为节点的电压列向量；Y为节点导纳矩阵。由式(1)可推导出单个支路电阻R的变化对节点电压值U的影响。依次计算出R(j=1,2,…,b)变化对n个节点电压的影响值，得到全灵敏度矩阵U。上述方法求得网络的全灵敏度矩阵为U，U是从U中取出的与m根可测量引线有关行向量组成的新灵敏度矩阵。

1.2建立故障诊断方程设m个可及节点电压在地网支路电阻为标称值时的理论计算值为U，地网腐蚀后从m根引线上所测值为U，节点电压增量为ΔU。式（3）即为故障诊断方程，X是b维列向量，x（j=1,2,…,b）代表第j段导体电阻增加的倍数。因实际地网可测引线数m总是小于接地网支路数b，故障诊断方程是欠定方程，无唯一解，要得到实际地网的准确诊断结果就必须求出唯一解，所以必须引入目标函数和约束条件来求解。这是一非线性函数，所需约束条件是前面的故障诊断方程和接地网各段导体在发生不同程度腐蚀后，电阻值只会增大，即电阻增量的非负性。得到约束条件为：至此便构建出了良好的数学模型。利用合适的优化算法解数学模型就能得到各段导体电阻值的增大倍数x，从而判断其是否发生腐蚀或断裂。

2接地网仿真故障诊断

根据上一章介绍诊断方法，先求得ΔU，然后按如下步骤进行求解：①选择接地网一个节点为公共点，生成接地网的关联矩阵A和支路导纳矩阵Y；②选择接地网的另两个节点，在这两个节点中施加恒定电流源，由电网络理论计算出节点电压值U；③生成R与节点电压的全灵敏度矩阵U；④假设某一支路或几条支路发生腐蚀或断裂，其支路电阻变大。选择测量节点，计算出其相对于公共点的电压值U；⑤由ΔU=U-U，建立故障诊断方程；⑥对目标函数进行优化计算，得到各个支路电阻的变化值，分析结果。现对一3×3小型接地网进行仿真。电路拓扑图如图2所示，正常支路电阻为0.05Ω，假设5号支路发生故障，电阻变为5Ω，图中“”为可及节点，仿真结果如图3所示。由图3可以看出，最终准确诊断出5号支路发生故障。

3结论

本文基于电网络理论和故障诊断理论，建立了接地网故障诊断方程，并通过MATLAB优化算法解诊断方程。通过仿真计算和接地网模拟试验验证了本文方法的有效性和实用性。

作者：傅晨钊 司文荣 苏磊 单位：国网上海市电力公司电力科学研究院