CN103913655A - 一种直流共用接地极状态监测系统及状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流共用接地极状态监测系统，其包括：试验仪器、在线监测装置、便携式终端、运行工况监视装置、状态评估后台以及通讯装置，所述直流共用接地极包括第一接地极本体和第二接地极本体、第一馈线电缆、第三接地极线路、第一接地极线路、第二接地极线路以及第一刀闸和第二刀闸。本发明还公开了一种直流共用接地极状态评估方法，其包括步骤1、提取直流共用接地极状态评估特征向量；步骤2、建立状态评估矩阵；步骤3、形成状态评价向量；步骤4、土壤质地修正；步骤5、计算直流共用接地极的状态值。本发明通过多个监测数据对直流共用接地极状态监测进行状态评估，突破单一的状态评估，提高直流系统运行可靠率。

Description

一种直流共用接地极状态监测系统及状态评估方法

技术领域

本发明涉及直流系统检修技术领域，具体涉及一种直流共用接地极状态监测系统以及采用该状态评估系统进行状态评估的方法。

背景技术

高压直流输电技术广泛应用于长距离、大容量的西电东送工程，受端（如上海、广东）拥有多条直流工程的换流站及其接地极，同时因受端为经济高速发展区域，土地资源比较紧张，因此将多条直流受端换流站采用共用接地极，对节约直流工程的投资、减少后期运行维护工作，提高土地利用率有着重要的意义。目前已多项工程采用共用接地极，如±500kV深圳换流站和±800kV穗东换流站共用接地极，±500kV肇庆换流站和±800kV侨乡换流站共用接地极。然而，接地极距离换流站的距离远，其本体深埋于地表之下，其运行状态严重影响着多个直流工程的运行，掌握共用接地极运行状态面临着新的挑战。国内已采用在线监测接地极的馈线电缆、渗水井的水位等参数量，但对于共用接地极缺乏接地电阻、接地极间分流系数、跨步电压、接触电压等参数量，同时目前国内暂无针对共用接地极全面状态监测和评估方法，其状态监测信息包括系统的在线监测量、定期的巡视记录、高压试验数据及历史台账数据信息，评估方法是考虑状态监测信息多因素作用下共用接地极工作的健康水平。因此，为克服目前接地极在线监测参数量的孤立性，补充系统化的在线监测体系数据，完善状态监测体系和健康水平的评估方法，提出了一种直流共用接地极状态监测系统及评估方法，提高直流共用接地极运行可靠率，保障电力的稳定可靠供给，促进了国民经济的持续增长。

本发明是在国家863计划项目基金(2012AA050209)资助下，提出了一种直流共用接地极状态监测系统及评估方法。

发明内容

本发明的目的在于克服目前接地极在线监测参数量的孤立性，补充系统化的在线监测体系数据，完善状态监测体系和健康水平的评估方法，提出了一种直流共用接地极状态监测系统及采用该状态评估系统进行状态评估的方法。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：

一种直流共用接地极状态监测系统，其包括：用于对直流共用接地极进行高压试验的试验仪器；用于对直流共用接地极进行在线监测的在线监测装置；用于对直流共用接地极进行巡视的便携式终端；用于对直流共用接地极进行运行参数监测的运行工况监视装置；用于对直流共用接地极的状态进行分析的状态评估后台；以及用于将所述试验仪器获取的高压试验数据、在线监测装置获取的在线监测数据、便携式终端记录的巡视数据、运行工况监视装置获取的运行参数均发送至状态评估后台的通讯装置，所述直流共用接地极包括第一接地极本体和第二接地极本体、第一馈线电缆、第三接地极线路、第一接地极线路、第二接地极线路以及第一刀闸和第二刀闸，所述第一接地极线路和第二接地极线路的一端分别连接于第一换流站和第二换流站，其另一端均连接至汇流母线的一端，所述第一刀闸和第二刀闸分别连接于第一接地极线路和第二接地极线路上，所述第一接地极本体通过第一馈线电缆连接至汇流母线的另一端，所述第二接地极本体通过第二馈线电缆、第三接地极线路连接至汇流母线的另一端，所述第二馈线电缆、第三接地极线路之间设有实心连接点。

所述通讯装置包括与试验仪器的输出端相连的第一无线收发模块、与在线监测装置的输出端相连的第二无线收发模块、与便携式终端的输出端相连的第三无线收发模块、与运行工况监视装置的输出端相连的第四无线收发模块、以及与状态评估后台的输入端相连的第五无线收发模块，所述第一无线收发模块、第二无线收发模块、第三无线收发模块、第四无线收发模块均与第五无线收发模块通过无线网络进行数据传输。

所述试验仪器包括连接于直流共用接地极和第一无线收发模块之间的直流电阻测试仪、接地电阻测试仪、PH值测试仪、土壤电阻率测试仪、土壤含水量测试仪、土壤盐量测试仪、土壤水溶性测试仪以及土壤腐蚀电位测试仪。

所述在线监测装置包括连接于直流共用接地极和第二无线收发模块之间的第一跨步电压测试仪、第二跨步电压测试仪、第一接触电压测试仪、第二接触电压测试仪、第一盐密测试仪、第二盐密测试仪以及第一爬电距离测试仪和第二爬电距离测试仪；其中，所述第一跨步电压测试仪和第一接触电压测试仪均与第一接地极本体相连，所述第二跨步电压测试仪和第二接触电压测试仪均与第二接地极本体相连，所述第一盐密测试仪和第二盐密测试仪分别与第一刀闸、第二刀闸相连，所述第一爬电距离测试仪和第二爬电距离测试仪分别与第一刀闸的支柱以及第二刀闸的支柱相连。

所述便携式终端包括连接于直流共用接地极和第三无线收发模块之间的第一温度测试仪、第二温度测试仪、第三温度测试仪、第四温度测试仪、以及第一水位高度测量仪、第二水位高度测量仪，其中，第一温度测试仪和第二温度测试仪分别用于监测第一刀闸和第二刀闸的运行温度，第三温度测试仪和第四温度测试仪分别用于监测第一接地极本体和第二接地极本体的温度，所述第一水位高度测量仪和第二水位高度测量仪分别用于监测第一接地极本体和第二接地极本体的渗水井水位高度。

所述运行工况监视装置包括连接于直流共用接地极和第四无线收发模块之间的第一入口电压互感器、第一入口电流互感器、第二入口电压互感器、第二入口电流互感器以及第三电流互感器和第四电流互感器，其中，第一入口电压互感器和第一入口电流互感器分别用于监测第一接地极线路的入口电压和入口电流，第二入口电压互感器和第二入口电流互感器分别用于监测第二接地极线路的入口电压和入口电流，第三电流互感器和第四电流互感器分别用于监测第一馈线电缆和第二馈线电缆的电流。

一种采用上述直流共用接地极状态监测系统进行状态评估的方法，其包括以下步骤：

步骤1、根据试验仪器、在线监测装置、便携式终端、运行工况监视装置的监测数据，提取直流共用接地极状态评估的特征分量，将所述特征分量的值形成特征向量Z，其大小为1×Y，Y为直流共用接地极状态评估的特征分量总数；

步骤2、基于直流共用接地极状态评估的功能组成，形成直流共用接地极的功能模块X_i与特征分量Z的关系矩阵W，其计算公式为式（1）：

式中功能模块X_i中i取[1，10]，分别代表第一接地极线路、第一刀闸、汇流母线、第二接地极线路、第二刀闸、第三接地极线路、第一馈线电缆、第二馈线电缆、第一接地极本体、第二接地极本体，W_ij为关系矩阵W的分量，D_j是特征分量Z_j与功能模块X_i的相关向量分量，其中D_j和W_ij的计算公式为式（2），因此，将特征分量值形成特征向量Z代入式（2），可得到相关向量D,其大小为1×Y：

其中Z_j为状态评估系统的特征分量组成的特征向量Z的第j个特征分量，a_j和b_j分别为特征分量Z_j的上限值和下限值，B_j是特征分量Z_j状态最大值，j为正整数且1≤j≤Y；

步骤3、根据所述直流共用接地极的功能模块X_i、特征向量Z及关系矩阵W，建立针对第一接地极线路、第一刀闸、第一汇流母线、第二接地极线路、第二刀闸、第三接地极线路、第一馈线电缆、第二馈线电缆、第一接地极的本体、第二接地极的本体的状态评价向量U,其计算公式为式（3）：

U=W×D^T     （3）

其中，状态评价向量U的第i个模块的状态水平分量记为U_i，D^T为相关向量D的转置向量；

步骤4、根据土壤质地修正第一接地极本体、第二接地极本体的状态水平，若土壤质地为粘土时，第一接地极本体状态水平U₈、第二接地极本体的状态水平U₉无需修正；若土壤质地为粉土时，第一接地极本体状态水平U₈、第二接地极本体的状态水平U₉分别乘以修正系数0.6；若土壤质地为砂土时，第一接地极本体状态水平U₈、第二接地极本体的状态水平U₉分别乘以修正系数0.2，得到针对第一接地极线路、第一刀闸、第一汇流母线、第二接地极线路、第二刀闸、第三接地极线路、第一馈线电缆、第二馈线电缆、第一接地极的本体、第二接地极的本体的状态评价修正向量R；

步骤5、根据各功能模块X_i状态评价修正向量R，通过式（4）的求和方式，得到整个直流共用接地极的状态值S：

$S=\underset{i=1}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i---\left(4\right)$

其中，状态评价修正向量R的第i个模块的状态修正分量记为R_i；

根据所述状态值S对整个直流共用接地极的状态进行判断。

所述Y=28，其中，Z₁为第一接地极线路、第二接地极线路、第三接地极线路的直流电阻值；Z₂为第一接地极本体、第二接地极本体的接地电阻值；Z₃为第一接地极本体、第二接地极本体的PH值；Z₄为第一接地极本体、第二接地极本体的土壤电阻率；Z₅为第一接地极本体、第二接地极本体的土壤含水量；Z₆为第一接地极本体、第二接地极本体的土壤盐量；Z₇为第一接地极本体、第二接地极本体的土壤水溶性；Z₈为第一接地极本体、第二接地极本体的土壤腐蚀电位；Z₉为第一接地极本体的跨步电压；Z₁₀为第一接地极本体的接触电压；Z₁₁为第二接地极本体的接触电压；Z₁₂为第一刀闸的盐密；Z₁₃为第二刀闸的盐密；Z₁₄为第一刀闸的运行温度；Z₁₅为第二刀闸的运行温度；Z₁₆为第一接地极本体的温度；Z₁₇为第二接地极本体的温度；Z₁₈为第一接地极本体渗水井的水位高度；Z₁₉为第二接地极本体渗水井的水位高度；Z₂₀为第一接地极线路的入口电流互感器电流值；Z₂₁为第一接地极线路的入口电压互感器电压值；Z₂₂为第二接地极线路的入口电流互感器电流值；Z₂₃为第二接地极线路的入口电压互感器电压值；Z₂₄为第一馈线电缆的电流互感器电流值；Z₂₅为第二馈线电缆的电流互感器电流值；Z₂₆为第一刀闸支柱的爬电距离；Z₂₇为第二刀闸支柱的爬电距离；Z₂₈为第二接地极本体的跨步电压。

每个特征分量Z_j对应的上限值a_j和下限值b_j如下：a₁=设计值*0.95、b₁=设计值*1.2；a₂=0.01Ω、b₂=0.5Ω；a₃=6；b₄=9；a₅=0.01Ω·m、b₅=0.3Ω·m；a₆=0.02mg/cm²、b₆=0.1mg/cm²；a₇=0.02mg/g、b₇=0.09mg/g；a₈=0.001V、b₈=0.01V；a₉=0V、b₉=36V；a₁₀=0V、b₁₀=36V；a₁₁=0V、b₁₁=36V；a₁₂=0.002mg/cm²、b₁₂=0.4mg/cm²；a₁₃=0.02mg/g、b₁₃=0.5mg/cm²；a₁₄=60、b₁₄=90；a₁₅=60、b₁₅=90；a₁₆=50、b₁₆=78；a₁₇=50、b₁₇=78；a₁₈=0、b₁₈=4；a₁₉=0、b₁₉=4；a₂₀=0、b₂₀=3500；a₂₁=22kV、b₂₁=30kV；a₂₂=0、b₂₂=3500；a₂₃=22kV、b₂₃=30kV；a₂₄=0、b₂₀=375A；a₂₅=0、b₂₅=375A；a₂₆=0、b₂₆=0.1m；a₂₇=0、b₂₇=0.1；a₂₈=0、b₂₈=36V。

所述D_j代表与功能模块X_i相关的相关向量分量包括：功能模块X₁相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₂,D₁₄,D₂₆]；功能模块X₂相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₂,D₁₄,D₂₄]；功能模块X₃相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₂,D₁₃,D₁₄,D₁₅,D₂₆,D₂₇]；功能模块X₄相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₁,D₁₃,D₁₅,D₂₇]；功能模块X₅相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₃,D₁₅,D₂₅]；功能模块X₆相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₂,D₁₃,D₁₄,D₁₅,D₂₄,D₂₅]；功能模块X₇相关的相关向量分量分别是[D₁,D₂,D₂₄]；功能模块X₈相关的相关向量分量分别是[D₁,D₂,D₂₅]；功能模块X₉相关的相关向量分量分别是[D₁,D₂,D₃,D₄,D₅,D₆,D₇,D₈,D₉,D₁₀,D₁₆,D₁₈,D₂₀,D₂₁,D₂₄]；功能模块X₁₀相关的相关向量分量分别是[D₁,D₂,D₃,D₄,D₅,D₆,D₇,D₈,D₉,D₁₀,D₁₆,D₁₈,D₂₀,D₂₁,D₂₄]。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明基于预防性试验数据、在线监测数据、巡视数据、电网运行监视数据、土壤质地修正系数进行直流共用接地极状态监测的状态评估，同时突破目前单一针对预防性试验或在线监测数据或人工巡视数据进行的状态评估，提高直流系统运行可靠率。

附图说明

图1是本发明中直流共用接地极的结构示意图；

图2是本发明直流共用接地极状态监测系统的结构框图；

图3是图2中试验仪器的数据传输示意图；

图4是图2中在线监测装置的数据传输示意图；

图5是图2中便携式终端的数据传输示意图；

图6是如2中运行工况监视装置的数据传输示意图；

图7是本发明的直流共用接地极状态评估方法的流程示意图。

其中：100、直流共用接地极；200、汇流母线；300、第一换流站；400、第二换流站；10、第一接地极本体；20、第二接地极本体；30、第一馈线电缆；40、第三接地极线路；50、第一刀闸；60、第二刀闸；70、第一接地极线路；80、第二接地极线路；90、第二馈线电缆；901、实心连接点；2、试验仪器；21、直流电阻测试仪；22、接地电阻测试仪；23、PH值测试仪；24、土壤电阻率测试仪；25、土壤含水量测试仪；26、土壤盐量测试仪；27、土壤水溶性测试仪；28、土壤腐蚀电位测试仪；3、在线监测装置；31、第一跨步电压测试仪；32、第二跨步电压测试仪；33、第一接触电压测试仪；34、第二接触电压测试仪；35、第一盐密测试仪；36、第二盐密测试仪；37、第一爬电距离测试仪；38、第二爬电距离测试仪；4、便携式终端；41、第一温度测试仪；42、第二温度测试仪；43、第三温度测试仪；44、第四温度测试仪；45、第一水位高度测量仪；46、第二水位高度测量仪；5、运行工况监视装置；51、第一入口电压互感器；52、第一入口电流互感器；53、第二入口电压互感器；54、第二入口电流互感器；55、第三电流互感器；56、第四电流互感器；57、信号处理单元；6、通讯装置；61、第一无线收发模块；62、第二无线收发模块；63、第三无线收发模块；64、第四无线收发模块；65、第五无线收发模块；7、状态评估后台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1所示，直流共用接地极100包括第一接地极本体10和第二接地极本体20、第一馈线电缆30、第三接地极线路40、第一接地极线路70、第二接地极线路80以及第一刀闸50和第二刀闸60，第一接地极线路70和第二接地极线路80的一端分别连接于第一换流站300和第二换流站400，其另一端均连接至汇流母线200的一端，第一刀闸50和第二刀闸60分别连接于第一接地极线路70和第二接地极线路80上，第一接地极本体10通过第一馈线电缆30连接至汇流母线200的另一端，第二接地极本体20通过第二馈线电缆90、第三接地极线路40连接至汇流母线200的另一端，第二馈线电缆90、第三接地极线路40之间设有实心连接点901。

请参照图2所示，一种直流共用接地极状态监测系统，其包括：用于对直流共用接地极100进行高压试验的试验仪器2；用于对直流共用接地极100进行在线监测的在线监测装置3；用于对直流共用接地极100进行巡视的便携式终端4；用于对直流共用接地极100进行运行参数监测的运行工况监视装置5；用于对直流共用接地极100的状态进行分析的状态评估后台7；以及用于将试验仪器2获取的高压试验数据、在线监测装置3获取的在线监测数据、便携式终端4记录的巡视数据、运行工况监视装置5获取的运行参数均发送至状态评估后台7的通讯装置6。通讯装置6包括与试验仪器2的输出端相连的第一无线收发模块61、与在线监测装置3的输出端相连的第二无线收发模块62、与便携式终端4的输出端相连的第三无线收发模块63、与运行工况监视装置5的输出端相连的第四无线收发模块64、以及与状态评估后台7的输入端相连的第五无线收发模块65，第一无线收发模块61、第二无线收发模块62、第三无线收发模块63、第四无线收发模块64均与第五无线收发模块65通过无线网络进行数据传输。

请参照图3所示，试验仪器2包括连接于直流共用接地极100和第一无线收发模块61之间的直流电阻测试仪21、接地电阻测试仪22、PH值测试仪23、土壤电阻率测试仪24、土壤含水量测试仪25、土壤盐量测试仪26、土壤水溶性测试仪27以及土壤腐蚀电位测试仪28。

请参照图4所示。在线监测装置3包括连接于直流共用接地极100和第二无线收发模块62之间的第一跨步电压测试仪31、第二跨步电压测试仪32、第一接触电压测试仪33、第二接触电压测试仪34、第一盐密测试仪35、第二盐密测试仪36以及第一爬电距离测试仪37和第二爬电距离测试仪38；其中，第一跨步电压测试仪31和第一接触电压测试仪33均与第一接地极本体10相连，第二跨步电压测试仪32和第二接触电压测试仪34均与第二接地极本体20相连，第一盐密测试仪35和第二盐密测试仪36分别与第一刀闸50、第二刀闸60相连，第一爬电距离测试仪37和第二爬电距离测试仪38分别与第一刀闸50的支柱以及第二刀闸60的支柱相连。

请参照图5所示，便携式终端4包括连接于直流共用接地极100和第三无线收发模块63之间的第一温度测试仪41、第二温度测试仪42、第三温度测试仪43、第四温度测试仪44、以及第一水位高度测量仪45、第二水位高度测量仪46，其中，第一温度测试仪41和第二温度测试仪42分别用于监测第一刀闸50和第二刀闸60的运行温度，第三温度测试仪43和第四温度测试仪44分别用于监测第一接地极本体10和第二接地极本体20的温度，第一水位高度测量仪45和第二水位高度测量仪46分别用于监测第一接地极本体10和第二接地极本体20的渗水井水位高度。

请参照图6所示，运行工况监视装置5包括连接于直流共用接地极100和信号处理单元57输入端之间的第一入口电压互感器51、第一入口电流互感器52、第二入口电压互感器53、第二入口电流互感器54以及第三电流互感器55和第四电流互感器56，信号处理单元57输出端与第四无线收发模块64相连，其中，第一入口电压互感器51和第一入口电流互感器52分别用于监测第一接地极线路70的入口电压和入口电流，第二入口电压互感器53和第二入口电流互感器54分别用于监测第二接地极线路80的入口电压和入口电流，第三电流互感器55和第四电流互感器56分别用于监测第一馈线电缆30和第二馈线电缆90的电流。

本实施例中，直流共用接地极100采用普洱至侨乡直流工程、高坡至肇庆直流工程的共用接地极；采用GPRS模块进行无线数据传输的通讯装置6采用GEMOTECH的R-8552/8554GPRS DTU；直流电阻测试仪21采用扬州拓普电气科技有限公司TPZRC-S三通道直流电阻测试仪；接地电阻测试仪22采用武汉市华天电力自动化有限责任公司HT5600双钳多功能接地电阻测试仪；PH值测试仪23采用哈希公司HQ411D台式数字化pH/ORP分析仪；土壤电阻率测试仪24采用广州市铱泰电子科技有限公司ETCR3000B；土壤含水量测试仪25采用河北恒泰鸿基试验仪器厂H-4114含水量密度测试仪；土壤盐量测试仪26采用北京盟创伟业科技有限公司SU-LFH高智能土壤环境测试及分析评估系统设备；土壤水溶性测试仪27采用北京盟创伟业科技有限公司SU-LFH高智能土壤环境测试及分析评估系统设备；土壤腐蚀电位测试仪28采用北京亚欧德鹏科技有限公司土壤腐蚀野外组合测试仪DP-TFY-2；状态评估后台7采用戴尔PowerEdge R410；第一跨步电压测试仪31、第二跨步电压测试仪32、第一接触电压测试仪33以及第二接触电压测试仪34均采用宁波江北瑞柯伟业仪器有限公司LX-9830电压降测试仪；第一盐密测试仪35和第二盐密测试仪36均采用武汉市华天电力自动化有限责任公司HTYM-H智能电导盐密测试仪；第一爬电距离测试仪37和第二爬电距离测试仪38均采用北京红谱威视图像技术有限公司CoroCAM504紫外成像仪；第一温度测试仪41、第二温度测试仪42、第三温度测试仪43以及第四温度测试仪44均采用常州安柏精密仪器有限公司AT4208手持多路温度测试仪；第一水位高度测量仪45和第二水位高度测量仪46均采用厦门瀛寰电子科技有限公司SCA10-1型声学水位计；第一入口电流互感器52、第二入口电流互感器54以及第三电流互感器55和第四电流互感器56均采用湖南醴陵火炬电瓷电器有限公司220KV倒立式电流互感器LVB—220W；第一入口电压互感器51和第二入口电压互感器53均采用思源电气股份有限公司TYD220-220kV电容式电压互感器。

请参照图7所示，直流共用接地极100的状态评估后台7是根据试验数据、在线监测数据、便携式终端数据、运行工况监视装置数据进行直流共用接地极的状态评估的步骤如下：

S101、根据GPRS模块的试验仪器、在线监测装置、便携式终端、运行工况监视装置，提取直流共用接地极状态评估的特征分量，其包含试验数据、在线监测装置数据、便携式终端数据、运行工况监视装置数据；

将直流共用接地极状态评估的特征分量形成特征向量Z，其大小为1×28,28为直流共用接地极状态评估的特征分量总数，

$Z=\left[\begin{array}{c}5.3\\ 0.12\\ \·\\ \·\\ \·\\ 5.6\end{array}\right]$

S2、直流共用接地极状态评估矩阵的建立

基于直流共用接地极状态评估的功能组成，功能模块X_i中i取[1，10]，分别代表第一接地极线路、第一刀闸、第一汇流母线、第二接地极线路、第二刀闸、第三接地极线路、第一馈线电缆、第二馈线电缆、第一接地极的本体、第二接地极的本体，将直流共用接地极状态评估的特征分量形成特征向量Z代入计算方法如式（1）和式（2），形成直流共用接地极的功能模块X_i与特征向量Z的关系矩阵W及相关向量D，W的大小为10×28，D的大小为1×28，28为直流共用接地极状态评估的特征分量总数；其中第一接地极线路、第二接地极线路、第三接地极线路的直流电阻值的设计值为5.2欧姆。

$W=\left[\begin{array}{cccc}0.25& 0& ...& 0\\ 0.23& 0& ...& 0\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ 0.12& 0.14& ...& 0\end{array}\right]---\left(6\right)$

D=[52.3 60.1…70.6]

S3、形成直流共用接地极状态评价初始向量。

根据所述直流共用接地极的功能模块X_i、特征向量Z及关系矩阵W，建立针对第一接地极线路、第一刀闸、第一汇流母线、第二接地极线路、第二刀闸、第三接地极线路、第一馈线电缆、第二馈线电缆、第一接地极的本体、第二接地极的本体的状态评价向量U,其计算公式为式（3）。

$U=\left[\begin{array}{c}8.3\\ 12.4\\ \·\\ \·\\ \·\\ 7.6\end{array}\right]---\left(7\right)$

S104、土壤质地修正第一接地极本体、第二接地极本体的状态水平

因该接地极的土壤质地为粘土，第一接地极本体状态水平U₈、第二接地极本体的状态水平U₉无需修正得到针对第一接地极线路、第一刀闸、第一汇流母线、第二接地极线路、第二刀闸、第三接地极线路、第一馈线电缆、第二馈线电缆、第一接地极的本体、第二接地极的本体的状态评价修正向量R。

$R=\left[\begin{array}{c}8.3\\ 12.4\\ \·\\ \·\\ \·\\ 7.6\end{array}\right]---\left(8\right)$

S5、建立直流共用接地极状态评估方法的状态评价，计算整个直流共用接地极的状态值。

根据各功能模块X_i状态评价修正向量R，通过如（4）式的求和方式，得到整个直流共用接地极的状态值S=62.3。

因此根据整个直流共用接地极的状态值S将其状态分为正常（小于25）、注意（大于25小于65）、异常（大于65小于80）、严重（大于80）四种状态。目前该直流共用接地极处于注意状态。

效果分析：状态评价值62.3判定目前该直流共用接地极处于注意状态。因此该方法基于试验数据、在线监测数据、便携式终端数据、运行工况监视装置数据进行系统的直流共用接地极的状态评估，同时突破目前单一针对试验或在线监测数据或便携式终端数据进行的状态评估，提高直流系统运行可靠率。

本实施例运用于：

1、多个±500kV电压等级直流共用接地极的状态评估；

2、±500kV及以上混合电压等级的直流共用接地极的状态评估。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种直流共用接地极状态监测系统，其特征在于，其包括：用于对直流共用接地极（100）进行高压试验的试验仪器（2）；用于对直流共用接地极（100）进行在线监测的在线监测装置（3）；用于对直流共用接地极（100）进行巡视的便携式终端（4）；用于对直流共用接地极（100）进行运行参数监测的运行工况监视装置（5）；用于对直流共用接地极（100）的状态进行分析的状态评估后台（7）；以及用于将所述试验仪器（2）获取的高压试验数据、在线监测装置（3）获取的在线监测数据、便携式终端（4）记录的巡视数据、运行工况监视装置（5）获取的运行参数均发送至状态评估后台（7）的通讯装置（6），所述直流共用接地极（100）包括第一接地极本体（10）和第二接地极本体（20）、第一馈线电缆（30）、第三接地极线路（40）、第一接地极线路（70）、第二接地极线路（80）以及第一刀闸（50）和第二刀闸（60），所述第一接地极线路（70）和第二接地极线路（80）的一端分别连接于第一换流站（300）和第二换流站（400），其另一端均连接至汇流母线（200）的一端，所述第一刀闸（50）和第二刀闸（60）分别连接于第一接地极线路（70）和第二接地极线路（80）上，所述第一接地极本体（10）通过第一馈线电缆（30）连接至汇流母线（200）的另一端，所述第二接地极本体（20）通过第二馈线电缆（90）、第三接地极线路（40）连接至汇流母线（200）的另一端，所述第二馈线电缆（90）、第三接地极线路（40）之间设有实心连接点（901）。

2.根据权利要求1所述的直流共用接地极状态监测系统，其特征在于，所述通讯装置（6）包括与试验仪器（2）的输出端相连的第一无线收发模块（61）、与在线监测装置（3）的输出端相连的第二无线收发模块（62）、与便携式终端（4）的输出端相连的第三无线收发模块（63）、与运行工况监视装置（5）的输出端相连的第四无线收发模块（64）、以及与状态评估后台（7）的输入端相连的第五无线收发模块（65），所述第一无线收发模块（61）、第二无线收发模块（62）、第三无线收发模块（63）、第四无线收发模块（64）均与第五无线收发模块（65）通过无线网络进行数据传输。

3.根据权利要求2所述的直流共用接地极状态监测系统，其特征在于，所述试验仪器（2）包括连接于直流共用接地极（100）和第一无线收发模块（61）之间的直流电阻测试仪（21）、接地电阻测试仪（22）、PH值测试仪（23）、土壤电阻率测试仪（24）、土壤含水量测试仪（25）、土壤盐量测试仪（26）、土壤水溶性测试仪（27）以及土壤腐蚀电位测试仪（28）。

4.根据权利要求2所述的直流共用接地极状态监测系统，其特征在于，所述在线监测装置（3）包括连接于直流共用接地极（100）和第二无线收发模块（62）之间的第一跨步电压测试仪（31）、第二跨步电压测试仪（32）、第一接触电压测试仪（33）、第二接触电压测试仪（34）、第一盐密测试仪（35）、第二盐密测试仪（36）以及第一爬电距离测试仪（37）和第二爬电距离测试仪（38）；其中，所述第一跨步电压测试仪（31）和第一接触电压测试仪（33）均与第一接地极本体（10）相连，所述第二跨步电压测试仪（32）和第二接触电压测试仪（34）均与第二接地极本体（20）相连，所述第一盐密测试仪（35）和第二盐密测试仪（36）分别与第一刀闸（50）、第二刀闸（60）相连，所述第一爬电距离测试仪（37）和第二爬电距离测试仪（38）分别与第一刀闸（50）的支柱以及第二刀闸（60）的支柱相连。

5.根据权利要求2所述的直流共用接地极状态监测系统，其特征在于，所述便携式终端（4）包括连接于直流共用接地极（100）和第三无线收发模块（63）之间的第一温度测试仪（41）、第二温度测试仪（42）、第三温度测试仪（43）、第四温度测试仪（44）、以及第一水位高度测量仪（45）、第二水位高度测量仪（46），其中，第一温度测试仪（41）和第二温度测试仪（42）分别用于监测第一刀闸（50）和第二刀闸（60）的运行温度，第三温度测试仪（43）和第四温度测试仪（44）分别用于监测第一接地极本体（10）和第二接地极本体（20）的温度，所述第一水位高度测量仪（45）和第二水位高度测量仪（46）分别用于监测第一接地极本体（10）和第二接地极本体（20）的渗水井水位高度。

6.根据权利要求2所述的直流共用接地极状态监测系统，其特征在于，所述运行工况监视装置（5）包括连接于直流共用接地极（100）和信号处理单元（57）输入端之间的第一入口电压互感器（51）、第一入口电流互感器（52）、第二入口电压互感器（53）、第二入口电流互感器（54）以及第三电流互感器（55）和第四电流互感器（56），信号处理单元（57）输出端与第四无线收发模块（64）相连，其中，第一入口电压互感器（51）和第一入口电流互感器（52）分别用于监测第一接地极线路（70）的入口电压和入口电流，第二入口电压互感器（53）和第二入口电流互感器（54）分别用于监测第二接地极线路（80）的入口电压和入口电流，第三电流互感器（55）和第四电流互感器（56）分别用于监测第一馈线电缆（30）和第二馈线电缆（90）的电流。

7.一种直流共用接地极状态评估方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、根据试验仪器、在线监测装置、便携式终端、运行工况监视装置的监测数据，提取直流共用接地极状态评估的特征分量，将所述特征分量的值形成特征向量Z，其大小为1×Y，Y为直流共用接地极状态评估的特征分量总数；

步骤2、基于直流共用接地极状态评估的功能组成，形成直流共用接地极的功能模块X_i与特征分量Z的关系矩阵W，其计算公式为式（1）：

式中功能模块X_i中i取[1，10]，分别代表第一接地极线路、第一刀闸、汇流母线、第二接地极线路、第二刀闸、第三接地极线路、第一馈线电缆、第二馈线电缆、第一接地极本体、第二接地极本体，W_ij为关系矩阵W的分量，D_j是特征分量Z_j与功能模块X_i的相关向量分量，其中D_j和W_ij的计算公式为式（2），因此，将特征分量值形成特征向量Z代入式（2），可得到相关向量D,其大小为1×Y：

其中Z_j为状态评估系统的特征分量组成的特征向量Z的第j个特征分量，a_j和b_j分别为特征分量Z_j的上限值和下限值，B_j是特征分量Z_j状态最大值，j为正整数且1≤j≤Y；

步骤3、根据所述直流共用接地极的功能模块X_i、特征向量Z及关系矩阵W，建立针对第一接地极线路、第一刀闸、第一汇流母线、第二接地极线路、第二刀闸、第三接地极线路、第一馈线电缆、第二馈线电缆、第一接地极的本体、第二接地极的本体的状态评价向量U,其计算公式为式（3）：

U=W×D^T      （3）

其中，状态评价向量U的第i个模块的状态水平分量记为U_i，D^T为相关向量D的转置向量；

步骤4、根据土壤质地修正第一接地极本体、第二接地极本体的状态水平，若土壤质地为粘土时，第一接地极本体状态水平U₈、第二接地极本体的状态水平U₉无需修正；若土壤质地为粉土时，第一接地极本体状态水平U₈、第二接地极本体的状态水平U₉分别乘以修正系数0.6；若土壤质地为砂土时，第一接地极本体状态水平U₈、第二接地极本体的状态水平U₉分别乘以修正系数0.2，得到针对第一接地极线路、第一刀闸、第一汇流母线、第二接地极线路、第二刀闸、第三接地极线路、第一馈线电缆、第二馈线电缆、第一接地极的本体、第二接地极的本体的状态评价修正向量R；

步骤5、根据各功能模块X_i状态评价修正向量R，通过式（4）的求和方式，得到整个直流共用接地极的状态值S：

$S=\underset{i=1}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i---\left(4\right)$

其中，状态评价修正向量R的第i个模块的状态修正分量记为R_i；

根据所述状态值S对整个直流共用接地极的状态进行评估。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述Y=28，其中，Z₁为第一接地极线路、第二接地极线路、第三接地极线路的直流电阻值；Z₂为第一接地极本体、第二接地极本体的接地电阻值；Z₃为第一接地极本体、第二接地极本体的PH值；Z₄为第一接地极本体、第二接地极本体的土壤电阻率；Z₅为第一接地极本体、第二接地极本体的土壤含水量；Z₆为第一接地极本体、第二接地极本体的土壤盐量；Z₇为第一接地极本体、第二接地极本体的土壤水溶性；Z₈为第一接地极本体、第二接地极本体的土壤腐蚀电位；Z₉为第一接地极本体的跨步电压；Z₁₀为第一接地极本体的接触电压；Z₁₁为第二接地极本体的接触电压；Z₁₂为第一刀闸的盐密；Z₁₃为第二刀闸的盐密；Z₁₄为第一刀闸的运行温度；Z₁₅为第二刀闸的运行温度；Z₁₆为第一接地极本体的温度；Z₁₇为第二接地极本体的温度；Z₁₈为第一接地极本体渗水井的水位高度；Z₁₉为第二接地极本体渗水井的水位高度；Z₂₀为第一接地极线路的入口电流互感器电流值；Z₂₁为第一接地极线路的入口电压互感器电压值；Z₂₂为第二接地极线路的入口电流互感器电流值；Z₂₃为第二接地极线路的入口电压互感器电压值；Z₂₄为第一馈线电缆的电流互感器电流值；Z₂₅为第二馈线电缆的电流互感器电流值；Z₂₆为第一刀闸支柱的爬电距离；Z₂₇为第二刀闸支柱的爬电距离；Z₂₈为第二接地极本体的跨步电压。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，每个特征分量Z_j对应的上限值a_j和下限值b_j如下：a₁=设计值*0.95、b₁=设计值*1.2；a₂=0.01Ω、b₂=0.5Ω；a₃=6；b₄=9；a₅=0.01Ω·m、b₅=0.3Ω·m；a₆=0.02mg/cm²、b₆=0.1mg/cm²；a₇=0.02mg/g、b₇=0.09mg/g；a₈=0.001V、b₈=0.01V；a₉=0V、b₉=36V；a₁₀=0V、b₁₀=36V；a₁₁=0V、b₁₁=36V；a₁₂=0.002mg/cm²、b₁₂=0.4mg/cm²；a₁₃=0.02mg/g、b₁₃=0.5mg/cm²；a₁₄=60、b₁₄=90；a₁₅=60、b₁₅=90；a₁₆=50、b₁₆=78；a₁₇=50、b₁₇=78；a₁₈=0、b₁₈=4；a₁₉=0、b₁₉=4；a₂₀=0、b₂₀=3500；a₂₁=22kV、b₂₁=30kV；a₂₂=0、b₂₂=3500；a₂₃=22kV、b₂₃=30kV；a₂₄=0、b₂₀=375A；a₂₅=0、b₂₅=375A；a₂₆=0、b₂₆=0.1m；a₂₇=0、b₂₇=0.1；a₂₈=0、b₂₈=36V。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述D_j代表与功能模块X_i相关的相关向量分量包括：功能模块X₁相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₂,D₁₄,D₂₆]；功能模块X₂相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₂,D₁₄,D₂₄]；功能模块X₃相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₂,D₁₃,D₁₄,D₁₅,D₂₆,D₂₇]；功能模块X₄相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₁,D₁₃,D₁₅,D₂₇]；功能模块X₅相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₃,D₁₅,D₂₅]；功能模块X₆相关的相关向量分量分别是[D₁,D₁₂,D₁₃,D₁₄,D₁₅,D₂₄,D₂₅]；功能模块X₇相关的相关向量分量分别是[D₁,D₂,D₂₄]；功能模块X₈相关的相关向量分量分别是[D₁,D₂,D₂₅]；功能模块X₉相关的相关向量分量分别是[D₁,D₂,D₃,D₄,D₅,D₆,D₇,D₈,D₉,D₁₀,D₁₆,D₁₈,D₂₀,D₂₁,D₂₄]；功能模块X₁₀相关的相关向量分量分别是[D₁,D₂,D₃,D₄,D₅,D₆,D₇,D₈,D₉,D₁₀,D₁₆,D₁₈,D₂₀,D₂₁,D₂₄]。