專利名稱：一種基于地表電位異頻比較的接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中發(fā)、變電站接地網(wǎng)的缺陷辨識(shí)方法，更具體的，是一種利用地表電位異頻比較來(lái)判斷接地網(wǎng)是否存在缺陷并對(duì)缺陷進(jìn)行定位的方法。
背景技術(shù)：
發(fā)、變電站接地網(wǎng)是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要措施之一。在電力系統(tǒng)發(fā)生各類故障、異常出現(xiàn)過(guò)電壓或過(guò)電流時(shí)，良好的接地能使大電流迅速散入大地中，避免故障擴(kuò)大導(dǎo)致設(shè)備損壞或人身傷亡。變電站接地網(wǎng)投運(yùn)后常年埋于地中，導(dǎo)體常因土壤電化學(xué)腐蝕作用、接地短路電流的電動(dòng)力作用等原因發(fā)生不同類型的腐蝕，導(dǎo)致接地網(wǎng)導(dǎo)體變細(xì)甚至斷裂，破壞接地網(wǎng)原有結(jié)構(gòu)，降低接地網(wǎng)的接地散流性能，進(jìn)而導(dǎo)致電力系統(tǒng)遭受雷擊或發(fā)生短路故障時(shí)事故擴(kuò)大，危及電力系統(tǒng)設(shè)備安全和工作人員的人身安全。因此，研究有效的接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)或故障診斷方法具有十分重要的意義。中國(guó)發(fā)明專利CN1245898中公布了一種發(fā)、變電站接地網(wǎng)腐蝕及斷點(diǎn)的診斷方法及其測(cè)量、診斷系統(tǒng)，它通過(guò)測(cè)量接地引線之間的入端電阻，利用入端電阻計(jì)算得到各導(dǎo)體的支路電阻，與理論值比較，判斷各段導(dǎo)體的腐蝕情況。中國(guó)發(fā)明專利CN101216523中公布了一種變電站接地網(wǎng)缺陷診斷方法及裝置，它通過(guò)在接地引下線間注入異頻(電力系統(tǒng)中選擇異頻電流注入是為了避開(kāi)50Hz工頻干擾，一般多選擇45/55HZ)的正弦波激勵(lì)源，測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度在地表的分布，與仿真值相比較，根據(jù)兩者的差異，診斷接地網(wǎng)腐蝕或斷裂的具體位置及程度。上述兩種方法均需要利用接地網(wǎng)圖紙計(jì)算出支路電阻或地表磁感應(yīng)強(qiáng)度的理論值，故障診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上依賴于計(jì)算值的有效性。而實(shí)際地網(wǎng)物理模型復(fù)雜，計(jì)算模型的真實(shí)度和有效性并不能保證，因此診斷精度有限；且在接地網(wǎng)實(shí)際施工與圖紙相比有變動(dòng)，或運(yùn)行年久圖紙遺失的情況下不適用。中國(guó)發(fā)明專利CN101034129中公開(kāi)了一種發(fā)變電站接地網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)方法及裝置，它利用埋于接地網(wǎng)所在區(qū)域土壤中的狀態(tài)傳感器，監(jiān)測(cè)傳感器電極間的腐蝕電位，并計(jì)算接地電極的腐蝕速率，由此得到地網(wǎng)導(dǎo)體的腐蝕深度及幾何尺寸，并計(jì)算出接地網(wǎng)的電氣參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。中國(guó)實(shí)用新型專利CN202075207U中公布了一種接地網(wǎng)接地弓I下線腐蝕檢測(cè)傳感器，可利用電化學(xué)方法對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕程度進(jìn)行快速檢測(cè)和評(píng)價(jià)。中國(guó)發(fā)明專利CN101655469中公布了一種智能變電站接地網(wǎng)防腐蝕及監(jiān)控系統(tǒng)，也是利用電化學(xué)方法監(jiān)測(cè)地網(wǎng)導(dǎo)體的腐蝕速率和狀態(tài)。中國(guó)發(fā)明專利CN101571566中公布了一種電力系統(tǒng)接地網(wǎng)故障診斷定位系統(tǒng)，它測(cè)量接地網(wǎng)中可測(cè)節(jié)點(diǎn)的電壓，上傳至主機(jī)系統(tǒng)中，進(jìn)行分析和故障報(bào)警。由于金屬導(dǎo)體的腐蝕速率與其本征尺寸參數(shù)之間的聯(lián)系并不是固定、唯一的，且地網(wǎng)是由多根金屬導(dǎo)體組成的，結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜；通過(guò)測(cè)量電極的腐蝕速率判斷電極的尺寸參數(shù)，具有一定難度。因此，上述這三種方法只能對(duì)接地網(wǎng)腐蝕狀態(tài)進(jìn)行定性評(píng)估和縱向比較，即便是定位，也是相當(dāng)粗略的。中國(guó)發(fā)明專利CN101881799A中公布了一種接地網(wǎng)分布探測(cè)儀，它利用線圈發(fā)射電磁波信號(hào)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理來(lái)查找接地網(wǎng)的分布，屬于探地雷達(dá)方法的具體應(yīng)用。但這種方法和裝置只能應(yīng)用于結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，周圍金屬構(gòu)架少的桿塔接地網(wǎng)的探測(cè)分布；發(fā)、變電站接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，站內(nèi)金屬構(gòu)架多，利用這種方法難以有效發(fā)現(xiàn)埋于地中的接地網(wǎng)導(dǎo)體分布；且這種方法并的缺陷辨識(shí)精度并不高。它更適用于工程中探測(cè)地網(wǎng)的大致走向分布的應(yīng)用場(chǎng)合。中國(guó)發(fā)明專利CN102288533A中公布了一種基于SHO波的接地網(wǎng)導(dǎo)體腐蝕檢測(cè)裝置，屬于無(wú)損檢測(cè)方法在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，它利用SHO波對(duì)地下金屬導(dǎo)體進(jìn)行探測(cè)。但利用這種方法進(jìn)行腐蝕或細(xì)微缺陷探測(cè)，仍需進(jìn)一步完善相關(guān)方法和裝置，提高探測(cè)精度。目前，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到利用接地網(wǎng)地表電位異頻響應(yīng)的區(qū)別來(lái)辨識(shí)地網(wǎng)故障的方法，也沒(méi)有相應(yīng)的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于地表電位異頻比較的接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)方法，利用接地網(wǎng)在不同頻率電流激勵(lì)下，地表電位響應(yīng)之間的差異進(jìn)行比較，進(jìn)而辨識(shí)地網(wǎng)缺陷或故障，與現(xiàn)有方法相比，具有操作簡(jiǎn)單、探測(cè)方便、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
一種基于地表電位異頻比較的接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)方法，包括以下步驟( I)確定測(cè)試頻點(diǎn)和參考頻點(diǎn)通過(guò)軟件建立待辨識(shí)接地網(wǎng)模型，在模型中設(shè)定故障點(diǎn)以及電流測(cè)試頻段；在接地網(wǎng)引下線處注入電流測(cè)試頻段內(nèi)的電流，同時(shí)在設(shè)定的故障點(diǎn)檢測(cè)地表電位；將電流測(cè)試頻段內(nèi)各頻率對(duì)應(yīng)的地表電位分別與電流測(cè)試頻段的最低頻率對(duì)應(yīng)的地表電位進(jìn)行比較，選取兩者地表電位相差最大的頻率作為測(cè)試頻點(diǎn)，并將電流測(cè)試頻段的最低頻率作為參考頻點(diǎn)； (2)計(jì)算異頻地表電位差在實(shí)際待辨識(shí)接地網(wǎng)的任意一個(gè)接地網(wǎng)引下線分別注入?yún)⒖碱l點(diǎn)電流和測(cè)試頻 點(diǎn)電流，并檢測(cè)多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)參考頻點(diǎn)電流和測(cè)試頻點(diǎn)電流的地表電位，計(jì)算各觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩頻點(diǎn)電流的地表電位差值即為異頻地表電位差；(3)辨識(shí)缺陷點(diǎn)繪制異頻地表電位差-觀測(cè)點(diǎn)變化曲線，依據(jù)該曲線通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)算法或模糊聚類算法獲取異頻地表電位差過(guò)小或過(guò)大的觀測(cè)點(diǎn)即為缺陷點(diǎn)。進(jìn)一步地，在所述步驟(I)中還選取測(cè)試頻點(diǎn)以及與其臨近的頻點(diǎn)一起構(gòu)成測(cè)試頻點(diǎn)集，按照步驟(2) (3)的方式測(cè)試得到測(cè)試頻點(diǎn)集中各頻點(diǎn)電流對(duì)應(yīng)的候選缺陷點(diǎn)，若某候選缺陷點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)在較多測(cè)試頻點(diǎn)的缺陷點(diǎn)測(cè)試結(jié)果中，則該候選缺陷點(diǎn)被確認(rèn)為最終缺陷點(diǎn)。一種實(shí)現(xiàn)所述接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)方法的裝置，包括正弦變頻交流電源、測(cè)量回路和控制中心；正弦變頻交流電源用于根據(jù)來(lái)自控制中心的控制指令命令輸出相應(yīng)頻率的電流；測(cè)量回路用于檢測(cè)多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)參考頻點(diǎn)電流和測(cè)試頻點(diǎn)電流的地表電位并反饋給控制中心；控制中心用于將電流測(cè)試頻段內(nèi)各頻率對(duì)應(yīng)的地表電位分別與電流測(cè)試頻段的最低頻率對(duì)應(yīng)的地表電位進(jìn)行比較，選取兩者地表電位相差最大的頻率作為測(cè)試頻點(diǎn)，并將電流測(cè)試頻段的最低頻率作為參考頻點(diǎn)，分別向正弦變頻交流電源發(fā)出包含測(cè)試頻點(diǎn)和參考頻點(diǎn)的控制指令；接收測(cè)量回路反饋的對(duì)應(yīng)參考頻點(diǎn)電流和測(cè)試頻點(diǎn)電流的地表電位，計(jì)算各觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩頻點(diǎn)電流的地表電位差值即異頻地表電位差；繪制異頻地表電位差-觀測(cè)點(diǎn)變化曲線，依據(jù)該曲線通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)算法或模糊聚類算法獲取異頻地表電位差過(guò)小或過(guò)大的觀測(cè)點(diǎn)即為缺陷點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在本發(fā)明利用測(cè)試 頻率點(diǎn)和參考低頻點(diǎn)進(jìn)行接地網(wǎng)地表電位異頻測(cè)試，以一定的采樣間隔測(cè)得接地網(wǎng)的地表電位分布，取兩者差值對(duì)比曲線進(jìn)行分析，曲線中異常的點(diǎn)即可認(rèn)為是地網(wǎng)可能存在的缺陷點(diǎn)。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、便捷，擺脫傳統(tǒng)的支路電阻法或電磁響應(yīng)法對(duì)地網(wǎng)圖紙的依賴；與利用土壤腐蝕速率判斷腐蝕情況的方法相比，又能根據(jù)異頻響應(yīng)變化在空間上的分布，定位到缺陷區(qū)域或故障點(diǎn)；與無(wú)損探測(cè)方法或探地雷達(dá)方法相比，具有操作簡(jiǎn)單、探測(cè)方便、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明方法流程圖；圖2為本發(fā)明裝置原理圖；圖3為本發(fā)明在實(shí)施例中各個(gè)地表采樣點(diǎn)的位置示意圖；圖4為本發(fā)明在實(shí)施例中的地表電位異頻比較曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明提供一種基于地表電位異頻比較的接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)方法，利用接地網(wǎng)在不同頻率電流激勵(lì)下，地表電位響應(yīng)之間的差異進(jìn)行比較，進(jìn)而辨識(shí)地網(wǎng)缺陷或故障。本質(zhì)上來(lái)講，它利用的是地網(wǎng)導(dǎo)體在完好和發(fā)生缺陷兩種情況下，對(duì)不同頻率的外加電流激勵(lì)具有不同的響應(yīng)來(lái)區(qū)分和辨識(shí)缺陷所在。完好導(dǎo)體在不同頻率的注入電流下，由于金屬趨膚效應(yīng)和電感互感的影響，導(dǎo)致地網(wǎng)導(dǎo)體內(nèi)部電流分布發(fā)生變化；而當(dāng)某處存在缺陷時(shí)，可認(rèn)為該處的金屬導(dǎo)體由銹蝕產(chǎn)物或土壤取代，對(duì)頻率的響應(yīng)與原先的金屬導(dǎo)體存在著差異。這種差異會(huì)影響地網(wǎng)內(nèi)部電流的分布，進(jìn)而改變地表電位的分布。因此，可以通過(guò)接地網(wǎng)在不同頻率激勵(lì)下地表電位的分布與變化來(lái)反推地網(wǎng)結(jié)構(gòu)的缺陷。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)步驟如下( I)確定測(cè)試頻點(diǎn)和參考頻點(diǎn)如圖I所示，本發(fā)明首先對(duì)選定的接地網(wǎng)進(jìn)行頻域仿真分析。所述接地網(wǎng)的頻域仿真，是在地網(wǎng)導(dǎo)體的頻域特性和土壤的頻域特性及分層模型的基礎(chǔ)上，利用接地分析軟件CDEGS或有限元分析軟件ANSYS建立接地網(wǎng)的電磁場(chǎng)頻域分析模型。由于本發(fā)明測(cè)量的是接地網(wǎng)注入一定電流時(shí)地表電位的分布，因此注入電流頻率最高只到MHz級(jí)別。過(guò)高頻率的電流注入接地網(wǎng)中，并不能有效散流，地表電位分布多集中在注入點(diǎn)，不能在整個(gè)場(chǎng)域內(nèi)形成規(guī)律的、較穩(wěn)定的電磁場(chǎng)分布。地網(wǎng)導(dǎo)體為普通的金屬碳鋼導(dǎo)體，其頻域特性在MHz內(nèi)可依據(jù)導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)與電感效應(yīng)計(jì)算。而土壤的頻率特性，可根據(jù)地質(zhì)勘探相關(guān)學(xué)科的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定；土壤的分層模型可利用禁忌反演算法或接地分析軟件確定。在一定頻率(例如IMHz)內(nèi)，接地網(wǎng)靠近激勵(lì)電流注入點(diǎn)的地方，由于高頻電流的“集中”效應(yīng)，電流注入點(diǎn)附近的地表觀測(cè)點(diǎn)的電位會(huì)隨著頻率升高而升高；而遠(yuǎn)離電流注入點(diǎn)的地表觀測(cè)點(diǎn)的電位會(huì)隨著頻率升高而降低。根據(jù)接地網(wǎng)頻域分析的結(jié)果，可確定地表電位異頻法辨識(shí)缺陷所采用的最佳測(cè)試頻率點(diǎn)，具體方式為通過(guò)軟件建立待辨識(shí)接地網(wǎng)模型，在模型中設(shè)定故障點(diǎn)以及電流測(cè)試頻段；在任意一個(gè)接地網(wǎng)引下線注入電流測(cè)試頻段內(nèi)的電流，同時(shí)在設(shè)定的故障點(diǎn)檢測(cè)地表電位；將電流測(cè)試頻段內(nèi)各頻率對(duì)應(yīng)的地表電位分別與電流測(cè)試頻段的最低頻率對(duì)應(yīng)的地表電位進(jìn)行比較，選取兩者地表電位相差最大的頻率作為測(cè)試頻點(diǎn)，并將電流測(cè)試頻段的最低頻率(一般可選30 80Hz)作為參考頻點(diǎn)。具體操作中，可繪制地表電位隨頻率變化曲線，選擇地表電位隨頻率變化曲線中斜率最陡的點(diǎn)作為測(cè)量頻點(diǎn)。為提高辨識(shí)精度，測(cè)量頻點(diǎn)亦可由某一頻段內(nèi)的多個(gè)離散頻點(diǎn)綜合構(gòu)成，選擇時(shí)可選擇地表電位隨頻率變化曲線中斜率較陡的一段均勻取點(diǎn)，或選擇曲線中的拐點(diǎn)，將這組頻率點(diǎn)綜合起來(lái)作為測(cè)量頻點(diǎn)。
(2)計(jì)算異頻地表電位差將測(cè)量頻點(diǎn)錄入控制中心，根據(jù)接地網(wǎng)的規(guī)模和地面覆蓋狀況，選擇合適的、盡量均勻的地表采樣觀測(cè)點(diǎn)，并將這些觀測(cè)點(diǎn)的地理位置或標(biāo)示信息記錄下來(lái)。將地表電位測(cè)試圓盤覆于這些觀測(cè)點(diǎn)處，連接好測(cè)試回路。由控制中心控制信號(hào)源分別輸出參考低頻和選定的測(cè)量頻點(diǎn)的正弦激勵(lì)電流，注入地網(wǎng)，在地中建立電磁場(chǎng)。測(cè)試回路通過(guò)圓盤采集每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的地表電位信號(hào)。采樣、濾波、放大電路對(duì)采集得到的地表電位信號(hào)進(jìn)行處理，并經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后提交給控制中心?？刂浦行挠?jì)算各觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩頻點(diǎn)電流的地表電位差值即異頻地表電位差。(3)辨識(shí)缺陷點(diǎn)控制中心根據(jù)參考低頻和選定測(cè)量頻率點(diǎn)的地表電位對(duì)比信號(hào)，繪制地表電位異頻比較曲線，提交給故障辨識(shí)模塊。故障辨識(shí)模塊通過(guò)地表電位異頻比較曲線，采用模糊診斷和灰色關(guān)聯(lián)算法獲取異頻地表電位差過(guò)小或過(guò)大的異常觀測(cè)點(diǎn)。接地網(wǎng)故障辨識(shí)的實(shí)際應(yīng)用對(duì)象多為有局部缺陷的地網(wǎng)，這些缺陷所占比重并不會(huì)太大，否則在接地網(wǎng)常規(guī)電氣參數(shù)測(cè)量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)接地電阻嚴(yán)重超標(biāo)的情況，表明接地網(wǎng)導(dǎo)體中大多數(shù)已被腐蝕，此時(shí)進(jìn)行故障辨識(shí)已無(wú)實(shí)際意義。因此，可以認(rèn)為在接地網(wǎng)地表電位測(cè)試時(shí)，大多數(shù)的觀測(cè)點(diǎn)的電位值是正常的。而與大多數(shù)觀測(cè)點(diǎn)取值相比，某些觀測(cè)點(diǎn)的取值過(guò)大或過(guò)小，則可視作異常觀測(cè)點(diǎn)。從所有的觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)中篩選出過(guò)大或過(guò)小的觀測(cè)點(diǎn)，利用現(xiàn)有技術(shù)中的灰色關(guān)聯(lián)算法或模糊聚類算法即可實(shí)現(xiàn)，灰色關(guān)聯(lián)算法可參考文獻(xiàn)“林云，司錫才，周若琳，楊慧.改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)算法在輻射源識(shí)別中的應(yīng)用.通信學(xué)報(bào)，2010年”、“祁春清，索跡，陸春妹.電力電子器件故障檢測(cè)的灰色理論方法探討.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011年”，模糊聚類算法可參考文獻(xiàn)“蔣德瓏，李盛.模糊聚類分析系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2011年，33 (2)”、“劉福才，樸春俊.模糊模型辨識(shí)中模糊聚類方法應(yīng)用分析.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2002年，24(5)”，在此不做贅述。這些異常觀測(cè)點(diǎn)可能是由于測(cè)量時(shí)各種誤差導(dǎo)致的，也有可能正是因?yàn)榈鼐W(wǎng)缺陷導(dǎo)致的。對(duì)于測(cè)量誤差，可采用在步驟(2)選擇的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)多次重復(fù)測(cè)量取平均值來(lái)消除。對(duì)異常故障點(diǎn)進(jìn)行分類處理，將位置上相鄰的點(diǎn)歸置到一起。理論上分析，在靠近電流注入點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)，頻率變化對(duì)金屬導(dǎo)體和對(duì)土壤或銹蝕后的導(dǎo)體的影響不一樣。因此，不同頻率下，若觀測(cè)點(diǎn)下方是完好導(dǎo)體，則其地表電位的異頻比較曲線中的電位差值會(huì)較高；反之，若觀測(cè)點(diǎn)下方是缺陷或斷裂導(dǎo)體，則地表電位的異頻比較曲線中的電位差值會(huì)較低。因此，在異常故障點(diǎn)中選取異頻地表電位差過(guò)小的異常點(diǎn)確作為缺陷點(diǎn)。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，并不能排除某些地區(qū)的土壤在某些頻率激勵(lì)下的激電效應(yīng)或其他突發(fā)極化、導(dǎo)電效應(yīng)。土壤的這種特征會(huì)使得其對(duì)激勵(lì)源頻率的敏感程度大大提高，甚至可能會(huì)比金屬導(dǎo)體對(duì)激勵(lì)源頻率的敏感程度更高。此類情況下，辨識(shí)地網(wǎng)缺陷的方法與前述正好相反，即將異常點(diǎn)中選取異頻地表電位差過(guò)大的異常故障點(diǎn)確定為缺陷點(diǎn)。因此，本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要充分掌握土壤和金屬的頻率特性的區(qū)別，依據(jù)金屬導(dǎo)體與土壤或銹蝕產(chǎn)物對(duì)頻率的敏感程度和響應(yīng)方式的不同，靈活調(diào)節(jié)缺陷辨識(shí)的判據(jù)和算法。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于大規(guī)模地網(wǎng)，可將地網(wǎng)劃分成不同的小區(qū)域，分別在每個(gè)區(qū)域中心注入不同頻率的電流，測(cè)量地表電位的分布于變化，辨識(shí)故障區(qū)域；然后將各個(gè)區(qū)域的辨識(shí)結(jié)果綜合起來(lái)，得到整個(gè)接地網(wǎng)的缺陷辨識(shí)結(jié)果。
根據(jù)上述技術(shù)方案和具體實(shí)施方式
，開(kāi)發(fā)了接地網(wǎng)異頻電流激勵(lì)下地表電位分布的測(cè)量裝置，如圖2所示，包括正弦變頻交流電源、測(cè)量回路和控制中心。測(cè)量回路主要包括電流采樣電路、電壓采樣電路、放大濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路?？刂浦行脑诮邮盏綔y(cè)量命令后，根據(jù)選定的測(cè)試頻率點(diǎn)和設(shè)定的參考低頻點(diǎn)，控制信號(hào)源由Cl和C2兩個(gè)端子輸出相應(yīng)頻率的正弦電流，供外接測(cè)量回路用。電流輸出端Cl和C2控制向地網(wǎng)注入電流；其中，Cl端為電流注入點(diǎn)，一般定在所測(cè)量區(qū)域的中心；C2端為電流回流點(diǎn)，理論上應(yīng)設(shè)置在無(wú)窮遠(yuǎn)的地中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，選取接地網(wǎng)對(duì)角線5-10倍遠(yuǎn)處作為等效無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)。電壓采集端子Pl和P2用于采集地表電位，一個(gè)端子通過(guò)圓盤連接采樣點(diǎn)，另一端子連接電位參考點(diǎn)，一般選取電流回流點(diǎn)的0. 618處的電壓零點(diǎn)作為參考點(diǎn)，可濾除接地網(wǎng)場(chǎng)區(qū)內(nèi)的干擾。電流采樣電路通過(guò)采樣回路(如采樣電阻、線圈等)測(cè)量實(shí)際輸出電流，經(jīng)過(guò)放大、濾波后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路；電壓采樣電路采集電壓信號(hào)，同樣經(jīng)過(guò)放大、濾波后輸入A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換電路將采集到的電壓、電流信號(hào)提交給控制中心?？刂浦行母鶕?jù)測(cè)量得到的信號(hào)，比較各采樣點(diǎn)的異頻地表電位分布與變化，繪制地表電位異頻比較曲線，提交給故障辨識(shí)模塊，進(jìn)行分析和計(jì)算處理。實(shí)施例為使本發(fā)明的內(nèi)容更為清晰直觀，對(duì)某一個(gè)簡(jiǎn)單地網(wǎng)，利用本發(fā)明提供的方法和裝置進(jìn)行地網(wǎng)缺陷的辨識(shí)。該簡(jiǎn)單地網(wǎng)僅由并列布置的兩段5m*50mm2*5mm的水平碳鋼(Q235鋼)導(dǎo)體構(gòu)成。兩段導(dǎo)體可由地表引線控制是否接入測(cè)試回路，土壤為薄層腐殖層覆蓋的泥質(zhì)土壤。在實(shí)驗(yàn)中，未接入測(cè)試回路的那段導(dǎo)體即可被認(rèn)為是故障或缺陷導(dǎo)體。根據(jù)地質(zhì)勘探學(xué)科的實(shí)際探測(cè)數(shù)據(jù)，可判斷該實(shí)施例中，土壤的電阻率、介電常數(shù)在IMHz內(nèi)隨頻率變化不明顯。而地網(wǎng)導(dǎo)體由于材料的電阻率、電感隨頻率變化，導(dǎo)致在不同頻率激勵(lì)下，電流分布有較大差異。由此，可認(rèn)為，金屬導(dǎo)體對(duì)頻率的敏感性比土壤要高。測(cè)量土壤電阻率，得到該區(qū)域內(nèi)土壤為兩層水平分層模型，上層土壤電阻率為10 Q . m，高度為2. 5m，下層土壤電阻率為30Q.m。利用⑶EGS仿真軟件，得到此地網(wǎng)的地表電位隨頻率的變化趨勢(shì)在lkHz-5kHz最為明顯，3kHz為斜率最大點(diǎn)。因此，選擇3kHz作為測(cè)試頻率點(diǎn)，選擇工頻50Hz作為參考頻率點(diǎn)。
利用本發(fā)明提供的裝置進(jìn)行地表電位的異頻測(cè)量。為使結(jié)果更為直觀，選擇導(dǎo)體上方的從左至右6個(gè)等距點(diǎn)作為采樣觀測(cè)點(diǎn)，如圖3所示。分別將測(cè)試用的電壓圓盤依次接到這6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)處，測(cè)量它們?cè)谡?0Hz和3kHz電流激勵(lì)下的地表電位。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，依次控制地表引線的開(kāi)斷，模擬接地網(wǎng)出現(xiàn)的兩種不同類型的故障。地表引線不同的開(kāi)斷情況分別對(duì)應(yīng)著方案I-方案4 :方案I和方案2均為完整地網(wǎng)；方案3為右邊一段導(dǎo)體斷裂，對(duì)應(yīng)著地表觀測(cè)點(diǎn)為點(diǎn)4、點(diǎn)5、點(diǎn)6 ;方案4為左邊一段導(dǎo)體斷裂，對(duì)應(yīng)的地表觀測(cè)點(diǎn)為點(diǎn)I、點(diǎn)2、點(diǎn)3。為消除測(cè)量誤差的影響，測(cè)量每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的地表電位時(shí)，測(cè)量三次取平均值作為測(cè)量結(jié)果。根據(jù)測(cè)量結(jié)果繪制的地表電位異頻比較曲線如圖4所示。由前述的頻域仿真可知，在本實(shí)施例中，金屬導(dǎo)體對(duì)頻率的敏感性比土壤更為明顯。因此，可判斷，在不同的頻率下，金屬導(dǎo)體上方的觀測(cè)點(diǎn)的電位值隨頻率的變化比土壤上方的觀測(cè)點(diǎn)隨頻率的變化要明顯。即地表電位異頻比較曲線中，金屬導(dǎo)體上方的觀測(cè)點(diǎn)的差值比土壤上方觀測(cè)點(diǎn)的差值 要大。利用灰色關(guān)聯(lián)算法，可提取出圖4中的異常點(diǎn)，分別為方案3中的點(diǎn)4、點(diǎn)5、點(diǎn)6，方案4中的點(diǎn)I、點(diǎn)2、點(diǎn)3。同時(shí)，可觀測(cè)到這些異常點(diǎn)的取值比正常點(diǎn)的值要小，結(jié)合本實(shí)施例中金屬導(dǎo)體與土壤的頻率特性，可判斷這些觀測(cè)點(diǎn)下方?jīng)]有金屬導(dǎo)體，亦為接地網(wǎng)缺陷所在。根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷的接地網(wǎng)缺陷所在與實(shí)際情況吻合，由此可證明，本發(fā)明提供的技術(shù)方法和測(cè)量裝置在實(shí)施例中取得了較好的效果。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于地表電位異頻比較的接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)方法，包括以下步驟 (1)確定測(cè)試頻點(diǎn)和參考頻點(diǎn) 通過(guò)軟件建立待辨識(shí)接地網(wǎng)模型，在模型中設(shè)定故障點(diǎn)以及電流測(cè)試頻段；在接地網(wǎng)引下線處注入電流測(cè)試頻段內(nèi)的電流，同時(shí)在設(shè)定的故障點(diǎn)檢測(cè)地表電位；將電流測(cè)試頻段內(nèi)各頻率對(duì)應(yīng)的地表電位分別與電流測(cè)試頻段的最低頻率對(duì)應(yīng)的地表電位進(jìn)行比較，選取兩者地表電位相差最大的頻率作為測(cè)試頻點(diǎn)，并將電流測(cè)試頻段的最低頻率作為參考頻點(diǎn)； (2)計(jì)算異頻地表電位差 在實(shí)際待辨識(shí)接地網(wǎng)的任意ー個(gè)接地網(wǎng)引下線分別注入?yún)⒖碱l點(diǎn)電流和測(cè)試頻點(diǎn)電流，并檢測(cè)多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)參考頻點(diǎn)電流和測(cè)試頻點(diǎn)電流的地表電位，計(jì)算各觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩頻點(diǎn)電流的地表電位差值即為異頻地表電位差； (3)辨識(shí)缺陷點(diǎn) 繪制異頻地表電位差-觀測(cè)點(diǎn)變化曲線，依據(jù)該曲線通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)算法或模糊聚類算法獲取異頻地表電位差過(guò)小或過(guò)大的觀測(cè)點(diǎn)即為缺陷點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于地表電位異頻比較的接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)方法，其特征在于，在所述步驟(I)中還選取測(cè)試頻點(diǎn)以及與其臨近的頻點(diǎn)一起構(gòu)成測(cè)試頻點(diǎn)集，按照步驟(2) (3)的方式測(cè)試得到測(cè)試頻點(diǎn)集中各頻點(diǎn)電流對(duì)應(yīng)的候選缺陷點(diǎn)，若某候選缺陷點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)在較多測(cè)試頻點(diǎn)的缺陷點(diǎn)測(cè)試結(jié)果中，則該候選缺陷點(diǎn)被確認(rèn)為最終缺陷點(diǎn)。
3.ー種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述的接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)方法的裝置，包括正弦變頻交流電源、測(cè)量回路和控制中心； 正弦變頻交流電源用于根據(jù)來(lái)自控制中心的控制指令命令輸出相應(yīng)頻率的電流； 測(cè)量回路用于檢測(cè)多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)參考頻點(diǎn)電流和測(cè)試頻點(diǎn)電流的地表電位并反饋給控制中心； 控制中心用于將電流測(cè)試頻段內(nèi)各頻率對(duì)應(yīng)的地表電位分別與電流測(cè)試頻段的最低頻率對(duì)應(yīng)的地表電位進(jìn)行比較，選取兩者地表電位相差最大的頻率作為測(cè)試頻點(diǎn)，并將電流測(cè)試頻段的最低頻率作為參考頻點(diǎn)，分別向正弦變頻交流電源發(fā)出包含測(cè)試頻點(diǎn)和參考頻點(diǎn)的控制指令；接收測(cè)量回路反饋的對(duì)應(yīng)參考頻點(diǎn)電流和測(cè)試頻點(diǎn)電流的地表電位，計(jì)算各觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩頻點(diǎn)電流的地表電位差值即異頻地表電位差；繪制異頻地表電位差-觀測(cè)點(diǎn)變化曲線，依據(jù)該曲線通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)算法或模糊聚類算法獲取異頻地表電位差過(guò)小或過(guò)大的觀測(cè)點(diǎn)即為缺陷點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于地表電位異頻比較的接地網(wǎng)缺陷辨識(shí)方法，在待辨識(shí)接地網(wǎng)的任意一個(gè)接地網(wǎng)引下線分別注入?yún)⒖碱l點(diǎn)電流和測(cè)試頻點(diǎn)電流，并檢測(cè)多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)兩頻點(diǎn)電流的地表電位，計(jì)算各觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩頻點(diǎn)電流的地表電位差值即為異頻地表電位差；繪制異頻地表電位差-觀測(cè)點(diǎn)變化曲線，依據(jù)該曲線通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)算法或模糊聚類算法獲取異頻地表電位差過(guò)小或過(guò)大的觀測(cè)點(diǎn)即為缺陷點(diǎn)。本發(fā)明還提供實(shí)現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，包括正弦變頻交流電源、測(cè)量回路和控制中心。本發(fā)明利用接地網(wǎng)在不同頻率電流激勵(lì)下，地表電位響應(yīng)之間的差異進(jìn)行比較，進(jìn)而辨識(shí)地網(wǎng)缺陷或故障，與現(xiàn)有方法相比，具有操作簡(jiǎn)單、探測(cè)方便、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/08GK102735992SQ20121019295
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者吳志威, 周吳, 張丹丹, 張蓬鶴, 賀家慧 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)