CN105182169A - 一种接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统精确测量和分析检测技术领域，具体涉及一种接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法及装置。本发明主要解决了现有检测接地网上引导体线的缺陷的方法存在盲目性大、工作量大、判断结果可靠性差和检测成本高的技术问题。本发明通过实际测量筛选出可疑缺陷上引导体线，再与由经过严格理论计算和接地网正常时精确测量设定的阻抗阈值比较，确定上引导体线缺陷，解决了电力系统运检部门的一个技术难题，提供了一个专门针对接地网上引导体线的缺陷检测方法和装置。本发明具有操作简便、检测结果可靠性高和检测效率高的优点。

Description

一种接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统精确测量和分析检测技术领域，具体涉及一种接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法及装置。

背景技术

发电厂和变电站的变压器、互感器、电抗器等电力系统设备都通过上引导体线与接地网连接，这些上引导体线在电力系统安全运行中起着十分重要的作用，他们是设备与接地网连接的通路，通过这些引线，为整个电力系统的各种电气设备提供一个公共的接地网参考地满足工作需要，在系统发生短路或遭受雷击时，通过这些引线迅速排泄故障电流并降低被保护区域的地电位升，保护工作区域内技术工作人员的人身安全和各种电气设备的安全和正常运行。

接地网的上引导体线一部分暴露在空气中，一部分埋入地下，通常利用扁钢或圆钢等材料通过焊接的方式与接地网连为一体，接地网一般埋入地下小于1米的深度，起到泄放故障电流、均压和减小接地阻抗的作用。根据需要在接地网不同位置处有接地上引导体线与地面的电气设备相连。当电力系统发生短路或遭受雷击等故障时，瞬间的大电流经上引导体线和接地网分散入地，从而起到对设备和工作人员安全保护的作用。但是钢质材料的接地体随着运行年限的增加，因焊接不良、发生腐蚀等原因，可能造成接地导体截面积减小或断裂，从而丧失保护功能。

查找接地网的断点和腐蚀状态是电力系统运检部门一项重要的预防事故措施之一。及时发现接地网上引导体线的断点和腐蚀缺陷，并及时修缮，对于系统的正常稳定运行至关重要。电力部门诊断接地网腐蚀或断裂缺陷的常用方法就是过一定年限后抽样挖开检查，一般采用摇动、敲击等原始手段，通过观察和感觉判断其断点和腐蚀情况，根据接地网分布土壤的大致结构和腐蚀率，凭经验估计接地网的腐蚀状态。这种方法具有盲目性，工作量大，需要消耗大量的人力、物力和财力，同时还受到现场运行条件的制约，很难准确的诊断接地装置的缺陷。对于上引导体线的检测，判断结果可靠性差。

发明内容

本发明的目的是解决现有检测接地网上引导体线的缺陷的方法存在盲目性大、工作量大、判断结果可靠性差和检测成本高的技术问题，提供一种接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法，该步骤为：

1)将接地网一个上引导体线的地表裸露部分通过一根地表回流线与1kHz正弦交流电流源的负极输出端连接，然后以该上引导体线为中心，将其周围所有的可触及的上引导体线全部同时与1kHz正弦交流电流源的正极并联连接形成各支路；

2)利用阻抗测量系统，同步测量1kHz正弦交流电流源正极与负极输出端口的电位差和各支路的回路电流，计算分析各支路端口的阻抗，计算各支路端口阻抗的平均值并筛选出最大阻抗的那个支路；

3)再按步骤1)的方法，1kHz正弦交流电流源的负极连接状态不变，仅将步骤2)中筛选出阻抗最大的支路单独连接于1kHz正弦交流电流源的正极，加大注入电流强度，同步测量1kHz正弦交流电流源输出端口的电位差和该支路回路电流，再次计算该支路端口的阻抗，并将该支路的阻抗与设定的阈值进行比较，如果该支路端口阻抗大于阈值，则判断该支路2根上引导体线存在缺陷；如果该支路端口阻抗小于或等于阈值，则判断该支路2根上引导体线无缺陷；

4)采用1)-3)步骤的检测方法检测整个接地网上引导体线的断点或腐蚀状态，以诊断接地网上引导体线的缺陷状态。

一种实施所述接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法的装置，包括1kHz正弦波电流发射器和阻抗测量分析系统，所述1kHz正弦波电流发射器用于提供正弦波电流信号；所述阻抗测量分析系统用于同步测量1kHz正弦交流电流源输出端口的电位差和支路回路电流，并计算支路端口的阻抗，通过支路的阻抗与设定的阈值进行比较，判断该支路是否存在缺陷，从而判断检测整个接地网上引导体线的断点或腐蚀状态，以诊断接地网上引导体线的缺陷状态；

所述1kHz正弦波电流发射器由调节控制单元、缓冲单元、信号波形发生单元、功率放大单元和隔离变压器输出单元组成，所述调节控制单元分别与缓冲单元和信号波形发生单元连接，缓冲单元与信号波形发生单元连接，信号波形发生单元与功率放大单元连接，功率放大单元与隔离变压器输出单元连接；

所述阻抗测量分析系统由电压互感器、电流互感器、A/D转换数据采集卡和上位机组成，所述电压互感器和电流互感器分别与A/D转换数据采集卡的输入端连接，A/D转换数据采集卡的输出端与上位机的输入端连接。

本发明采用以上技术方案，通过实际测量筛选出可疑缺陷上引导体线，再与由经过严格理论计算和接地网正常时精确测量设定的阻抗阈值比较，确定上引导体线缺陷，解决了现有检测接地网上引导体线的缺陷的方法存在盲目性大、工作量大、判断结果可靠性差和检测成本高的技术问题。因此，与背景技术相比，本发明具有操作简便、检测结果可靠性高和检测效率高的优点。

附图说明

图1是本发明1kHz正弦波电流发射器的结构框图；

图2是本发明阻抗测量分析系统的结构框图；

图3是本发明检测各支路阻抗时的连接示意图；

图4是本发明检测阻抗最大的支路时的原理示意图；

图5是本发明检测软件分析程序图。

具体实施方式

本实施例中的一种接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法，该步骤为：

1)如图3所示，将接地网一个上引导体线的地表裸露部分通过一根地表回流线与1kHz正弦交流电流源的负极输出端连接，然后以该上引导体线为中心，将其周围所有的可触及的上引导体线全部同时与1kHz正弦交流电流源的正极并联连接形成各支路；

2)利用阻抗测量系统，同步测量1kHz正弦交流电流源正极与负极输出端口的电位差和各支路的回路电流，计算分析各支路端口的阻抗，计算各支路端口阻抗的平均值并筛选出最大阻抗的那个支路；

3)再按步骤1)的方法，1kHz正弦交流电流源的负极连接状态不变，仅将步骤2)中筛选出阻抗最大的支路单独连接于1kHz正弦交流电流源的正极，加大注入电流强度【说明：一般初始电流5A-10A左右即可，有针对性检测时，可以将电流逐渐加大，可以达到80A-100A，如果引线腐蚀严重，那么电流加到一定程度，就无法在加大了】，同步测量1kHz正弦交流电流源输出端口的电位差和该支路回路电流，再次计算该支路端口的阻抗，并将该支路的阻抗与设定的阈值进行比较，如果该支路端口阻抗大于阈值，则判断该支路2根上引导体线存在缺陷；如果该支路端口阻抗小于或等于阈值，则判断该支路2根上引导体线无缺陷；

4)采用1)-3)步骤的检测方法检测整个接地网上引导体线的断点或腐蚀状态，以诊断接地网上引导体线的缺陷状态。

一种实施本实施例接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法的装置，包括1kHz正弦波电流发射器和阻抗测量分析系统，所述1kHz正弦波电流发射器用于提供正弦波电流信号；所述阻抗测量分析系统用于同步测量1kHz正弦交流电流源输出端口的电位差和支路回路电流，并计算支路端口的阻抗，通过支路的阻抗与设定的阈值进行比较，判断该支路是否存在缺陷，从而判断检测整个接地网上引导体线的断点或腐蚀状态，以诊断接地网上引导体线的缺陷状态；

如图1所示，所述1kHz正弦波电流发射器由调节控制单元1、缓冲单元(MAX421)2、信号波形发生单元(MAX038)3、功率放大单元(CA1500)4和1:1隔离变压器输出单元5组成；所述调节控制单元1由第一芯片(MX7541)和第二芯片(MC1451)组成，所述第一芯片(MX7541)的2、3脚与第二芯片(MC1451)的11脚连接并接地，第二芯片(MC1451)的8、9脚分别与缓冲单元(MAX421)2的2、3脚连接，第一芯片(MX7541)的2脚与信号波形发生单元(MAX038)3的1脚连接，第二芯片(MC1451)的6脚输出端与信号波形发生单元(MAX038)3的8脚连接，信号波形发生单元(MAX038)3的19脚输出端与功率放大单元(CA1500)4的输入端连接，功率放大单元(CA1500)4的输出端与1:1隔离变压器的初级线圈连接，1:1隔离变压器的输出单元输出正弦波电流信号；

如图2所示，所述阻抗测量分析系统由电压互感器6、电流互感器7、A/D转换数据采集卡(USB6210)8和上位机9组成，所述电压互感器6结构为：在一个内径20mm、外径30mm的纳米晶磁芯环上，初级绕组2000匝，次级绕组1000匝，线径φ为0.1mm；所述电流互感器7的结构为：在一个内、外径分别为10mm和20mm的纳米晶磁芯环上，初级绕组2匝，线径1mm，次级绕组2000匝、线径0.17mm；所述电压互感器和电流互感器分别与A/D转换数据采集卡的输入端连接，A/D转换数据采集卡的输出端与上位机的输入端连接。

本发明的检测原理为：

如图3所示，以图3中n1节点为参考点，将其接于1kHz正弦交流电流源的负极输出端口，与其相邻近的上引导体线触点n2、n3、n4和n5全部通过地表回流引线并联接于1kHz正弦交流电流源的正极输出端口，设1kHz正弦交流电流源正极与负极输出端口电位差为u，各支路电流依次记为i₁₂、i₁₃、…、i_1n，各支路阻抗依次记为Z₁₂、Z₁₃、…、Z_1n。因金属接地网导体的电阻率远小于土壤电阻率，可忽略土壤漏电流的影响，则可以建立如下矩阵方程组：

$\left[\begin{array}{c}{Z}_{12}\\ Z_{13}\\ .\\ .\\ .\\ Z_{ln}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{12}\\ i_{13}\\ .\\ .\\ .\\ i_{1n}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{u}_{12}\\ u_{13}\\ .\\ .\\ .\\ u_{1n}\end{array}\right]---\left(1\right)$

通过矩阵方程组(1)可以求得节点n1与所有相邻可触及节点间的阻抗值Z₁₂、Z₁₃、…、Z_1n，比较各支路阻抗值，筛选出其中最大值的那条支路，其阻抗记为Z_1x，则该支路即为可疑缺陷节点。再按图4所示，单独将1kHz正弦交流电流源正极输出端接在该可疑缺陷节点处，加大注入电流，精确测量其阻抗Z_1X,并与设定阈值进行比较。

利用矩量法和电网络理论，可以得到各支路导体的总阻抗为：

$Z_{AC}=0.076{\mathrm{rR}}_{DC}\sqrt{f}---\left(2\right)$

(2)式中，Z_AC为所分析支路在1kHz频率下的交流阻抗，r为接地网导体截面积S的等效圆导体的半径R_DC为所分析支路的直流电阻值，f为电流频率。经过计算可以得到在整个支路正常情况下的阻抗值，另外，经过测试相同新建接地网类似节点间在同一频率下的阻抗值Z₀，将Z_AC和Z₀的平均值设定为阻抗阈值Z_b作为基准。经过将测量值Z_1X和阈值Z_b进行比较，如果测量值Z_1X大于Z_b，就可以判断该支路的节点n_x所在上引导体线存在严重腐蚀缺陷。

本发明检测软件分析程序为：

如图5所示，开始和初始化后，输入接地网正常时原始测量得到的阻抗量值Z₀，同时计算支路阻抗理论值Z_AC，然后计算二者的平均值，确定阻抗阈值Z_b。同步测量计算节点n₁与所有相邻节点支路的阻抗Z₁₂、Z₁₃、…、Z_1n，对比得到各支路最大值的支路阻抗Z_1x，再次单独加大电流精密测量可疑缺陷支路阻抗Z′_1x。比较Z′_1x和阈值Z_b得到接地引下线的缺陷状态和安全性能，全部上引导体线检测完毕后，结束程序。

Claims (2)

1.一种接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法，其特征在于：该步骤为：

1)将接地网一个上引导体线的地表裸露部分通过一根地表回流线与1kHz正弦交流电流源的负极输出端连接，然后以该上引导体线为中心，将其周围所有的可触及的上引导体线全部同时与1kHz正弦交流电流源的正极并联连接形成各支路；

2)利用阻抗测量系统，同步测量1kHz正弦交流电流源正极与负极输出端口的电位差和各支路的回路电流，计算分析各支路端口的阻抗，计算各支路端口阻抗的平均值并筛选出最大阻抗的那个支路；

3)再按步骤1)的方法，1kHz正弦交流电流源的负极连接状态不变，仅将步骤2)中筛选出阻抗最大的支路单独连接于1kHz正弦交流电流源的正极，加大注入电流强度，同步测量1kHz正弦交流电流源输出端口的电位差和该支路回路电流，再次计算该支路端口的阻抗，并将该支路的阻抗与设定的阈值进行比较，如果该支路端口阻抗大于阈值，则判断该支路2根上引导体线存在缺陷；如果该支路端口阻抗小于或等于阈值，则判断该支路2根上引导体线无缺陷；

4)采用1)-3)步骤的检测方法检测整个接地网上引导体线的断点或腐蚀状态，以诊断接地网上引导体线的缺陷状态。

2.一种实施权利要求1所述接地网上引导体线的缺陷筛选检测方法的装置，其特征在于：包括1kHz正弦波电流发射器和阻抗测量分析系统，所述1kHz正弦波电流发射器用于提供正弦波电流信号；所述阻抗测量分析系统用于同步测量1kHz正弦交流电流源输出端口的电位差和支路回路电流，并计算支路端口的阻抗，通过支路的阻抗与设定的阈值进行比较，判断该支路是否存在缺陷，从而判断检测整个接地网上引导体线的断点或腐蚀状态，以诊断接地网上引导体线的缺陷状态；

所述1kHz正弦波电流发射器由调节控制单元、缓冲单元、信号波形发生单元、功率放大单元和隔离变压器输出单元组成，所述调节控制单元分别与缓冲单元和信号波形发生单元连接，缓冲单元与信号波形发生单元连接，信号波形发生单元与功率放大单元连接，功率放大单元与隔离变压器输出单元连接；

所述阻抗测量分析系统由电压互感器、电流互感器、A/D转换数据采集卡和上位机组成，所述电压互感器和电流互感器分别与A/D转换数据采集卡的输入端连接，A/D转换数据采集卡的输出端与上位机的输入端连接。