CN103323694B - 一种变电站接地网导体缺失检测方法 - Google Patents

一种变电站接地网导体缺失检测方法 Download PDF

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Abstract

一种变电站接地网导体缺失检测方法，该方法首先获取被检测变电站接地网拓扑结构和接地网导体单位长度电阻率，然后对接地网拓扑结构中的节点进行编号，测量接地网与变电站设备连接引线直接的直流电阻，记录直流电阻值和节点编号，通过接地引线直接测量直流电阻与接地网拓扑结构参考直流电阻的变化得到接地网导体支路电阻的变化，根据接地网导体支路电阻的变化情况判断接地网导体是否存在缺失。本发明可方便地对变电站接地网导体的缺失情况进行检测，可及时发现接地网导体缺失带来的安全隐患，为接地网验收时除电气参数外提供一种对接地网物理完整性验收的手段，保证接地网运行后实际拓扑结构与施工图一致，为运行维护服务。

Description

一种变电站接地网导体缺失检测方法
技术领域
本发明涉及一种变电站接地网导体缺失检测方法，特别是涉及一种新建变电站地网交接验收时，对施工过程中是否有偷工减料，有导体未敷设导致导体缺失的情况进行检测，属于电力检测领域。
背景技术
接地网在变电站运行中起到非常重要的作用，接地网不仅要满足工频短路短路电流的要求，而且要满足雷电冲击的要求，在保证故障情况下的跨步电压和接触电压对运行人员和检修人员没有危害。随着电网的发展，特别是变电站内电子设备越来越多，越来越精密，对接地网的要求越来越高。对于整个接地网而言，要满足工频短路电流的要求，一般需要接地电阻满足一定的要求，而接地电阻主要与接地网面积的大小和土壤电阻率有关，接地电阻越小，工频短路情况下地电位升越小，就保证了电气设备和人生的安全。接地网内的导体支路主要起到均压的作用，减少跨步电压和接触电压，在接触电压或者跨步电压不能满足相关规程规定的要求时，一般采用在变电站地面敷设一层鹅卵石，沥青等电阻率大的材料来降低接触电压或者跨步电压，但是导体的缺失毕竟是一个安全隐患，在极端故障情况下会导致局部电位的升高，除给运行和检修人员的安全带来危险外，还可能由于地电位的异常导致二次设备的绝缘受损，检测和控制设备发生拒动或者误动，使得故障范围面积扩大，带来巨大的经济损失和不良的社会影响。
接地网本身属于隐蔽工程，在施工完成后在不大面积开挖的情况下很难发现地下地网真实的拓扑结构。运行经验表明，相当多的实际电网结构与施工图纸存在严重的不符的情况，普遍存在随意连接，不按图施工，在设备少或者设备相对不重要的区域接地网导体缺失的情况严重的情况。在传统的接地网交接验收时一般采用测量接地阻抗、跨步电压、接触电压、接地网导通性等电气参数，地网少量导体的缺失对接地阻抗没有影响，在变电站表层敷设高土壤电阻率材料后，跨步电压和接触电压基本也不受影响，基本不能也发现不了接地网导体缺失的情况;在接地网导通性测试时，由于接地网采用铜或者扁钢等材质，电阻率非常低，如果没有出现漏焊的情况，接地网导通性测试结果也在合格的范围内。对于接地网物理拓扑结构的完整性，目前在交接验收时没有强制性要求进行测量，相关的学者主要针对接地网在运行后出现腐蚀时，对腐蚀的情况进行诊断，腐蚀诊断的结果也受到实际的地网与图纸一致性情况的影响，为规范接地网的施工，保证接地网与施工图一致，为地网的运行维护提供技术支持，因此有必要寻找一种不大面积开挖地网，而又有效的技术手段和方法来对接地网导体的缺失情况进行检测。
发明内容
本发明的目的主要是为地网进行交接验收时提供一种除测量接地电阻、接触电压、跨步电压等电气参数之外对地网物理完整性进行检测的方法。该方法可以在不停电情况下就能发现地网是否有导体的缺失情况，可对地网的施工质量进行检测，可减少变电站运行中接地网的安全隐患。
本发明实质是利用地网导体缺或者施工不规范，会导致导体支路电阻的变化，最终会导致设备接地引下线之间直流电阻的变化，因此通过引下线之间直流电阻的测量值与参考值之间进行比较，最终得到导体支路电阻的变化，从而发现地网导体支路是否有缺失或者施工不规范等情况。该方法是对地网这种隐蔽工程除电气参数之外的一种检测方法。该检测方法在接地网进行常规的接地网导通性测量之前对地网导体进行编号，测量数据可以采用接地导通性的数据，之后的检测可由计算机完成，与地网常规的检测同时进行，增加的工作量很少。
本发明根据所述技术原理，其解决技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
第一步，获取被检测变电站接地网参数，包括接地网拓扑结构和接地地网导体单位长度电阻率。
第二步，根据第一步的接地网拓扑结构，对接地网导体节点进行编号，建立接地网坐标体系，对节点编号时保证最大的编号节点位于地网拓扑结构图的右下角。
第三步，选取变电站内地网与设备连接引线，测量两引线之间的直流电阻并记录节点编号，对于110kV电压等级的变电站可以选用6×6大小的网格进行测量，对于220kV及以上电压等级的变电站，可以选用8×8大小的网格进行测量，同时对各区域之间设备接地引下线之间的直流电阻进行测量，同时选择具有双臂电桥功能的直流电阻仪，直流电阻仪具备输出5安培以上的直流电流功能。
第四步，根据第三步的测量结果以及第一步变电站地网拓扑结构，对变电站接地网导体缺失情况进行检测，其检测依据为：通过测量引线之间的直流电阻得到的地网导体支路检测直流电阻Jb与第一步中根据地网资料得到的参考直流电阻Rb相比，如果变化的倍数较大，如10倍即Jb>10Rb，则认为对应的第b条支路存在导体缺失。
接地网导体支路参考直流电阻Rb算式为：
Rb=ρ*lb（1）
式中，ρ为接地网导体的单位长度电阻率，lb第b条支路接地导体的长度。
接地网导体支路检测直流电阻Jb为：
根据特勒跟定理，可以得到：
I 1 ( 1 ) I 1 ( 2 ) . . . I 1 ( m ) I 2 ( 1 ) I 2 ( 2 ) . . . I 2 ( m ) . . . . . . . . . . . . I b ( 1 ) I b ( 2 ) . . . I b ( m ) ▿ r 1 ▿ r 2 . . . ▿ r b = ▿ R ( 1 ) ▿ R ( 2 ) . . . ▿ R ( m ) - - - ( 2 )
式中Ib（m）为第m次测量时注入电流在第b条支路上的电流值，▽r(b)为第b条支路的电阻变化值，▽r(b)=J(b)-R(b)，若该项值变化倍数较大，则认为该支路导体缺失。▽R(m)为地网两引线间直流电阻的变化值，其值等于测量值与根据网络拓扑结构得到的对应节点编号之间的参考直流电阻值的差值。由于在第二步中测量直流电阻值时，不可能对所有的端口进行测量，因此需要采用一定的优化方法得到▽r(b)。其优化求解步骤为：①假设▽r(b)=0；②计算矩阵I和▽R；③根据式1得到▽ri(b)；④▽i+1(b)=▽ri(b)+R(b)；⑤重复2～4，直到▽ri(b)-▽ri-1(b)<ε,ε为允许的误差值。
本发明具有如下积极的技术效果：可为新建变电站接地网提供一种除电气参数测量外的地网物理完整性的检测方法，可在进行接地网导通性测量时同时进行，增加的工作量不大，同时适用于运行变电站接地网是否存在接地网导体缺失缺陷的检测。
下面结合附图和实施例进一步阐述本发明。
附图说明
图1为本发明某220kV变电站地网示意图。
具体实施方式
一种变电站接地网导体缺失检测方法，本发明包括如下步骤：
第一步，获取被检测变电站接地网参数，包括接地网拓扑结构和接地地网导体单位长度电阻率；
第二步，根据第一步的接地网拓扑结构，对接地网导体节点进行编号，建立接地网坐标体系；
第三步，选取变电站内地网与设备连接引线，测量两引线之间的直流电阻并记录节点编号；
第四步，根据第三步的测量结果以及第一步变电站地网拓扑结构，对变电站接地网导体缺失情况进行检测，其检测方法为：通过测量引线之间的直流电阻得到的地网导体支路检测直流电阻Jb与第一步中根据地网资料得到的参考直流电阻Rb相比，如果变化的倍数较大，如10倍即Jb>10Rb，则认为对应的第b条支路可能存在导体缺失。
本发明所述第二步中对接地网导体编号时，保证最大的编号节点位于地网拓扑结构图的右下角。
本发明所述第三步中对接地引线间直流电阻值进行测量时，选择具有双臂电桥功能的直流电阻仪，直流电阻仪具备输出5安培以上的直流电流功能。
本发明所述第三步中选取测量引下线时，对于110kV电压等级的变电站可以选用6×6大小的网格进行测量，对于220kV及以上电压等级的变电站，可以选用8×8大小的网格进行测量，同时对各区域之间设备接地引下线之间的直流电阻进行测量。
本发明所述第4步中导体支路直流电阻的确定方法为：
接地网导体支路参考直流电阻Rb算式为：
Rb=ρ*lb
式中，ρ为接地网导体的单位长度电阻率，lb第b条支路接地导体的长度，
接地网导体支路检测直流电阻Jb为：
根据特勒跟定理，可以得到：
I 1 ( 1 ) I 1 ( 2 ) . . . I 1 ( m ) I 2 ( 1 ) I 2 ( 2 ) . . . I 2 ( m ) . . . . . . . . . . . . I b ( 1 ) I b ( 2 ) . . . I b ( m ) &dtri; r 1 &dtri; r 2 . . . &dtri; r b = &dtri; R ( 1 ) &dtri; R ( 2 ) . . . &dtri; R ( m )
式中Ib（m）为第m次测量时注入电流在第b条支路上的电流值，▽r(b)为第b条支路的电阻变化值，▽r(b)=J(b)-R(b)，若该项值变化倍数较大，则认为该支路导体缺失；▽R(m)为地网两引线间直流电阻的变化值，其值等于测量值与根据接地网拓扑结构得到的对应节点编号之间的参考直流电阻值的差值；由于在第二步中测量直流电阻值时，不可能对所有的端口进行测量，因此采用一定的优化方法得到▽r(b)；其优化求解步骤为：①假设▽r(b)=0；②计算矩阵I和▽R；③根据式1得到▽ri(b)；④▽i+1(b)=▽ri(b)+R(b)；⑤重复2～4，直到▽ri(b)-▽ri-1(b)<ε,ε为允许的误差值。
实施例：一种变电站接地网导体缺失检测方法，一种变电站接地网导体缺失检测方法，本发明包括如下步骤：
第一步，获取被检测变电站导体接地网参数，该地图的拓扑结构如附图1所示，地网导体单位长度电阻率为0.675mΩ；
第二步，根据第一步的接地网拓扑结构，对接地网导体节点和支路进行编号，建立接地网坐标体系，对接地网导体编号时，保证最大的编号节点位于地网拓扑结构图的右下角。
第三步，该变电站为220变电站，采用8×8大小的网格，测量设备选为HSXZR-10A直流电阻测试仪，该直流电阻测试仪具有双臂电桥功能，可以输出10A的直流电流，对地网与设备引线之间的端口直流电阻进行了测量，同时记录了节点的编号。
第四步，结合第一步和第三步的数据，对该接地网导体缺失情况进行了检测，结果表明27号支路（节点56和节点50之间），28号支路（节点38和节点50之间），89号支路（节点141和节点146之间），92号支路（节点91和节点108之间），98号支路（节点144和节点125之间）电阻变化倍数在10倍以上。
采用所述方法发现了地网导体支路的缺失情况，由于现场部分支路存在导体埋设在变电站道路或者电缆沟下面，不具备现场开挖条件，根据该变电站的实际情况，对27和28号支路所在位置进行了开挖检查。为寻找该支路，在现场沿着该支路经过路段进行纵向开挖，纵向开挖长度为8m，深度为1.1m，但仍未找到27号和28号支路，从而可以判断出主地网存在27和28号支路缺失的情况。由于92号支路附近没有接地引下线，为尽快找到92号支路，在靠近导体支路地方选择一个点，从这个点出发顺着垂直于地网导体的两个方向开挖，开挖长度为3.9m，开挖深度为0.83m，但仍未找到92号支路。从而可以判断出主地网92号支路导体缺失情况。通过该实施例，可以看出该方法可以检测出导体的缺失情况，可为地网在验收时除检查电气参数外提供一种检测地网物理完整性的检测方法。

Claims (1)

1.一种变电站接地网导体缺失检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，获取被检测变电站接地网参数，包括接地网拓扑结构和接地地网导体单位长度电阻率；
第二步，根据第一步的接地网拓扑结构，对接地网导体节点进行编号，建立接地网坐标体系；
第三步，选取变电站内地网与设备连接引线，测量两引线之间的直流电阻并记录节点编号；
第四步，根据第三步的测量结果以及第一步变电站地网拓扑结构，对变电站接地网导体缺失情况进行检测，其检测方法为：通过测量引线之间的直流电阻得到的地网导体支路检测直流电阻Jb与第一步中根据地网资料得到的参考直流电阻Rb相比，如果变化的倍数较大，如10倍即，则认为对应的第b条支路可能存在导体缺失；
所述第二步中对接地网导体编号时，保证最大的编号节点位于地网拓扑结构图的右下角；
所述第三步中对接地引线间直流电阻值进行测量时，选择具有双臂电桥功能的直流电阻仪，直流电阻仪具备输出5安培以上的直流电流功能；
所述第三步中选取测量引下线时，对于110kV电压等级的变电站可以选用6×6大小的网格进行测量，对于220kV及以上电压等级的变电站，可以选用8×8大小的网格进行测量，同时对各区域之间设备接地引下线之间的直流电阻进行测量；
所述第四步中导体支路直流电阻的确定方法为：
接地网导体支路参考直流电阻Rb算式为：
式中，为接地网导体的单位长度电阻率，第b条支路接地导体的长度，
接地网导体支路检测直流电阻Jb为：
根据特勒跟定理，可以得到：
式中Ib（m）为第m次测量时注入电流在第b条支路上的电流值，为第b条支路的电阻变化值，，若该项值变化倍数较大，则认为该支路导体缺失；为地网两引线间直流电阻的变化值，其值等于测量值与根据接地网拓扑结构得到的对应节点编号之间的参考直流电阻值的差值；由于在第二步中测量直流电阻值时，不可能对所有的端口进行测量，因此采用一定的优化方法得到；其优化求解步骤为：1）假设；2）计算矩阵I和；3）根据式1得到；4）；5）重复2～4，直到,为允许的误差值。
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