CN106597221A - 一种接地网故障诊断方法及系统 - Google Patents

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尚志军
崔世界
邵帅
曾鹏
于海斌
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Abstract

本申请公开了一种接地网故障诊断方法，包括：根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据；每个磁场数据带有对应接地网导体的标识；对采集到的磁场数据进行处理；将处理后的磁场数据通过无线通信方式发送给变电站服务器；变电站服务器根据所述接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出所述接地网第一导体发生故障。本申请对接地网的故障定位精确，检测效率高，并可实现在线实时检测。

Description

一种接地网故障诊断方法及系统
技术领域
本申请涉及一种接地网故障诊断方法及系统，属于变电站接地网检测领域。
背景技术
接地网是变电站的重要组成部分，其工作的可靠性对电力系统的安全稳定运行影响重大。由于接地网深埋于地下，容易发生腐蚀现象，导致接地电阻变大，影响接地的可靠性，进而可能引发严重事故并带来巨大的经济损失，因此对接地网的故障诊断对于保证电网的运行具有重要意义。
目前对接地网的故障诊断主要是检测人员携带利用接地电阻、土壤电阻率等原理的检测设备去现场对接地网的网格逐一进行检测，但这种诊断方式效率低，精度差，而且这些方法均采用定期检测的方式，很难及时反映接地网的当前状态。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种接地网故障诊断方法，该方法故障定位精确，检测效率高，并可实现在线实时检测。
所述一种接地网故障诊断方法，包括：
根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据；每个磁场数据带有对应接地网导体的标识；
对采集到的磁场数据进行处理；
将处理后的磁场数据通过无线通信方式发送给变电站服务器；
变电站服务器根据所述接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出所述接地网第一导体发生故障。
进一步地，变电站服务器根据所述接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出接地网第一导体发生故障，具体为：
所述变电站服务器根据接地网导体的标识，比较接地网第一导体的当前磁场数据和之前磁场数据，若接地网第一导体的当前地表磁场数据下降了第二预设阈值后，诊断出接地网第一导体发生故障。
其中，所述激励电流的强度范围为5A～20A，频率范围为200HZ～2KHZ。
进一步地，根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据之前，还包括：
根据变电站服务器下发的配置指令修改采集参数。
其中，所述采集参数包括采集频率、采集频道和采集时间。
进一步地，将处理后的磁场数据通过无线通信方式发送给变电站服务器，具体为：
采用WIA协议将处理后的磁场数据发送给变电站服务器。
本申请的另一个方面，提供了一种接地网故障诊断系统，包括：磁场检测装置、无线通信网关和变电站服务器；
所述磁场检测装置，用于根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据，并对所述磁场数据进行处理，然后将处理后的磁场数据通过所述无线通信网关发送给所述变电站服务器；每个磁场数据带有对应接地网导体的标识；
所述变电站服务器，用于收到处理后的磁场数据后，根据接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出接地网第一导体发生故障。
进一步地，所述变电站服务器收到处理后的磁场数据后，根据接地网导体的标识，比较接地网第一导体的当前磁场数据和之前磁场数据，若所述接地网第一导体的当前地表磁场数据下降了第二预设阈值后，诊断出接地网第一导体发生故障。
其中，所述磁场检测装置安装于接地网导体上方地表面。
其中，所述磁场检测装置包括：磁传感器、预处理模块、微处理器和无线通信模块；
所述磁传感器，用于根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据，并将采集的磁场数据转换为电压信号发送给所述预处理模块；每个磁场数据带有对应接地网导体的标识；
所述预处理模块，用于对所述磁传感器发送的电压信号进行预处理，并将预处理后的电压信号发送给所述微处理器；
所述微处理器，用于对预处理后的电压信号进行数字处理，并将数字处理后的电压信号通过所述无线通信模块发送给所述无线通信网关。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的接地网故障诊断方法，通过检测接地网多个导体的地表磁场数据，然后对该磁场数据进行处理，将处理后的磁场数据以无线通信的方式发送给变电站服务器，变电站服务器确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出接地网第一导体发生故障，故障定位精确，检测效率高，并可实现在线实时检测；
2)进一步地，变电站服务器将接地网第一导体的当前磁场数据和之前磁场数据进行比较，若接地网第一导体的当前地表磁场数据下降了第二预设阈值后，诊断出接地网第一导体出现故障，进一步地提高了检测精度；
3)进一步地，本发明实施例还可以根据变电站服务器下发的配置指令修改采集参数，磁场数据的采集方式灵活，适于多种采集需求。
附图说明
图1为一种接地网故障诊断方法流程示意图；
图2为一种接地网故障诊断系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
实施例1
参见图1，本发明实施例提供了一种接地网故障诊断方法，该方法包括：
101、根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据，每个磁场数据带有对应接地网导体的标识；
对接地网注入异频正弦波激励电流后，接地网导体的地表面磁感应强度的分布具有如下规律：
(1)靠近电流注入与抽出点的地表邻近区域的磁感应强度的值较大；
(2)沿垂直于注入与抽出电流方向的接地网导体地表磁感应强度分布呈现波浪式变化，且每根接地网导体上方出现一个峰值；
(3)沿注入与抽出电流方向的导体地表磁感应强度的变化较平缓，一般不存在突变和明显跌落的现象。
本发明实施例中，激励电流的强度范围在5A～20A，可优选10A；频率范围在200HZ～2KHZ，由于变电站的电磁环境非常复杂，工频磁场和开关、刀闸闭合等原因均会引起瞬态高频干扰，所以，为了有效检测激励电流在接地网导体的地表产生的磁场强度，最好避开工频及其各奇次谐波，因此实际使用中一般选择410HZ。但本发明实施例对激励电流的强度和频率不作具体限制，具体可以根据实际情况选取。
本发明实施例中，采集参数包括采集频率、采集频道和采集时间等。
102、对采集到的磁场数据进行处理；
实际应用中，直接采集到的磁场数据需要经过各种处理才能使用，本发明实施例中，可对采集到的磁场数据进行去除干扰、滤波和放大处理，具体地，可以利用前置缓冲放大器电路来抑制采集到的磁场数据的共模干扰和阻抗变换，利用工频限波电路抑制磁场数据的工频强干扰，再利用带通滤波电路滤波激励电流频率以外的干扰信号，最后用信号放大电路将磁场数据放大到微处理器能够处理的范围内，微处理器再对磁场数据进行A/D转换和数字滤波等处理。对磁场数据的处理属于本领域技术人员的公知常识，本发明实施例在此不再赘述。
103、将处理后的磁场数据通过无线通信方式发送给变电站服务器；
本发明实施例中，采用面向工业自动化的无线网络(Wireless Networks forIndustrial Automation，以下简称WIA)协议将处理后的磁场数据发送给变电站服务器。WIA协议支持自适应跳频技术，具有自组网功能，可以很好的适应变电站的复杂电磁环境下的通信。WIA协议属于本领域人员公知常识，本发明实施例在此不再赘述。
104、变电站服务器根据接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出接地网第一导体发生故障。
实际应用中，当接地网局部导体发生严重腐蚀变细或断点故障后，由于接地网导体支路电流的变化，势必会造成接地导体地表磁感应强度在邻近区域的变化或跌落，从而改变接地导体地表的磁感应强度分布规律。
本发明实施例中设激励电流强度为10A，频率410HZ，接地网深度为0.8米。一般情况下，相邻的几根接地网导体地表磁感应强度接近，当接地网导体某部分腐蚀变细为正常的三分之一时，该部分接地网导体的地表磁感应强度约下降50nT，当接地网导体出现断点时，该断点处的接地网导体的地表磁感应强度明显下降，甚至可能降为0。因此本发明实施例设置了第一预设阈值，当处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，可认为接地网第一导体发生故障。
进一步地，步骤104具体为：
变电站服务器根据接地网导体的标识，比较接地网第一导体的当前磁场数据和之前磁场数据，若接地网第一导体的当前地表磁场数据下降了第二预设阈值后，诊断出接地网第一导体发生故障。
在实际应用中，可能接地网某部分导体的地表磁感应强度原本很强，当它出现故障后，虽然该部分接地网导体的地表磁感应强度有所下降，但仍然比其它某部分接地网导体的地表磁感应强度强，在对接地网的可靠性要求极高的场合下，该部分接地网导体的故障可能未被检测出，因此本发明实施例中设置第二预设阈值，当接地网第一导体的当前地表磁场数据和之前磁场数据相比，下降了第二预设阈值后，诊断出接地网第一导体发生故障，进一步提高了故障检测精度。
本发明实施例中，第一预设阈值和第二预设阈值可以根据具体情况设定，本发明对具体取值不作限定。
进一步地，采集参数可能会随着变电站具体情况的变化而变化，因此本发明实施例在步骤101之前，还包括：
根据变电站服务器下发的配置指令修改采集参数。
本发明实施例通过检测接地网多个导体的地表磁场数据，每个磁场数据带有对应接地网导体的标识，然后对该磁场数据进行处理，将处理后的磁场数据以无线通信的方式发送给变电站服务器，变电站服务器根据接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出接地网第一导体发生故障，故障定位精确，检测效率高，并可实现在线实时检测；进一步地，变电站服务器将接地网第一导体的当前磁场数据和之前磁场数据进行比较，若接地网第一导体的当前地表磁场数据下降了第二预设阈值后，诊断出接地网第一导体出现故障，进一步地提高了检测精度；进一步地，本发明实施例还可以根据变电站服务器下发的配置指令修改采集参数，磁场数据的采集方式灵活，适于多种采集需求。
参见图2，本发明实施例提供了一种接地网故障诊断系统，该系统包括多个磁场检测装置21、无线通信网关22和变电站服务器23；
具体地，磁场检测装置21，用于根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据，并对该磁场数据进行处理，然后将处理后的磁场数据通过无线通信网关22发送给变电站服务器23；每个磁场数据带有对应接地网导体的标识；
本发明实施例中，磁场检测装置21安装于接地网导体上方地表面。
变电站服务器23，用于收到处理后的磁场数据后，根据接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出接地网第一导体发生故障。
安装于接地网导体上表面的每个磁场检测装置均有唯一的标识，即每个磁场检测装置检测的磁场数据与其检测的接地网导体是对应的，因此根据磁场数据可唯一确定发生故障的接地网导体。
进一步地，变电站服务器23收到处理后的磁场数据后，根据接地网导体的标识，比较接地网第一导体的当前磁场数据和之前磁场数据，若接地网第一导体的当前地表磁场数据下降了第二预设阈值后，诊断出接地网第一导体发生故障。
其中，磁场检测装置21包括：磁传感器211、预处理模块212、微处理器213和无线通信模块214；
其中，磁传感器211，用于根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据，并将采集的磁场数据发送给预处理模块212；每个磁场数据带有对应接地网导体的标识；
由于磁信号十分微弱，为nT级，在接地网导体腐蚀三分之一时的地表磁场强度变化值大约为50nT，因此，如果想检测到接地网导体三分之一以上的腐蚀程度，磁传感器的分辨率至少为50nT。本发明实施例可以根据具体检测要求选取磁传感器的分辨率，本发明实施例对此不作具体限制。
预处理模块212，用于对磁传感器211发送的磁场数据进行预处理，并将预处理后的磁场数据发送给微处理器213；
具体地，预处理模块212对采集到的磁场数据进行去除干扰、滤波和放大等预处理。
微处理器213，用于对预处理后的磁场数据进行数字处理，并将数字处理后得到的磁场数据通过无线通信模块214发送给无线通信网关22，由无线通信网关22将数字信号传输给变电站服务器，使变电站服务器根据接地网导体的标识，诊断对应接地网导体是否发生故障。
其中，微处理器213对磁场数据的数字处理包括A/D转换和数字滤波等。
对磁场数据的预处理和数字处理属于本领域技术人员的公知常识，本发明实施例在此不再赘述。
本发明实施例中，无线通信模块214采用WIA协议将处理后的磁场数据发送给变电站服务器。为了更进一步快速定位接地网导体的故障部位，本发明实施例中每个无线通信模块214均具有唯一标识，因此，变电站服务器通过判断磁场数据的变化，根据发送磁场数据的无线通信模块即可快速、精确的定位接地网导体的故障部位。
本发明实施例中的磁场检测装置采用嵌入式设计方式，体积小，因此使得接地网故障诊断系统结构简单、成本低，方便实用，并且该磁场检测装置采用无线通信方式与变电站服务器连接，无需外接引线，不影响接地网和变电站设备；在检测精度要求高的场合，可以安装较多的磁场检测装置来对接地网故障进行检测，在检测精度要求低的场合，可以适当减少磁场检测装置，从而降低检测成本，也就是说，可以根据实际需求增减磁场检测装置数量，检测方式灵活。
实际应用中，磁传感器211根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据，并将采集的磁场数据转换为电压信号发送给预处理模块；
相应地，预处理模块212，用于对磁传感器211发送的电压信号进行预处理，并将预处理后的电压信号发送给微处理器213；
微处理器213，用于对预处理后的电压信号进行数字处理，并将数字处理后的数字信号通过无线通信模块214发送给变电站服务器，使变电站服务器根据所述接地网导体的标识，诊断对应接地网导体是否发生故障。
进一步地，磁场检测装置21还包括修改模块，用于根据变电站服务器下发的配置指令修改采集参数。
本发明实施例通过检测接地网多个导体的地表磁场数据，每个磁场数据带有对应接地网导体的标识，然后对该磁场数据进行处理，将处理后的磁场数据以无线通信的方式发送给变电站服务器，变电站服务器根据接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出接地网第一导体发生故障，故障定位精确，检测效率高，并可实现在线实时检测；进一步地，变电站服务器将接地网第一导体的当前磁场数据和之前磁场数据进行比较，若接地网第一导体的当前地表磁场数据下降了第二预设阈值后，诊断出接地网第一导体出现故障，进一步地提高了检测精度；进一步地，本发明实施例还可以根据变电站服务器下发的配置指令修改采集参数，磁场数据的采集方式灵活，适于多种采集需求；进一步地，本发明实施例中的磁场检测装置采用嵌入式设计方式，体积小，因此使得接地网故障诊断系统结构简单、成本低，方便实用，并且该磁场检测装置采用无线通信方式与变电站服务器连接，无需外接引线，不影响接地网和变电站设备；也就是说，可以根据实际需求增减磁场检测装置数量，检测方式灵活。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种接地网故障诊断方法，其特征在于，包括：
根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据；每个磁场数据带有对应接地网导体的标识；
对采集到的磁场数据进行处理；
将处理后的磁场数据通过无线通信方式发送给变电站服务器；
变电站服务器根据所述接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出所述接地网第一导体发生故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，变电站服务器根据所述接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出接地网第一导体发生故障，具体为：
所述变电站服务器根据接地网导体的标识，比较接地网第一导体的当前磁场数据和之前磁场数据，若接地网第一导体的当前地表磁场数据下降了第二预设阈值后，诊断出接地网第一导体发生故障。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激励电流的强度范围为5A～20A，频率范围为200HZ～2KHZ。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据之前，还包括：
根据所述变电站服务器下发的配置指令修改采集参数。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述采集参数包括采集频率、采集频道和采集时间。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将处理后的磁场数据通过无线通信方式发送给变电站服务器，具体为：
采用WIA协议将处理后的磁场数据发送给变电站服务器。
7.一种接地网故障诊断系统，其特征在于，包括：磁场检测装置、无线通信网关和变电站服务器；
所述磁场检测装置，用于根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据，并对所述磁场数据进行处理，然后将处理后的磁场数据通过所述无线通信网关发送给所述变电站服务器；每个磁场数据带有对应接地网导体的标识；
所述变电站服务器，用于收到处理后的磁场数据后，根据所述接地网导体的标识，确认处理后的接地网第一导体的磁场数据小于第一预设阈值时，诊断出接地网第一导体发生故障。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述变电站服务器收到处理后的磁场数据后，根据所述接地网导体的标识，比较接地网第一导体的当前磁场数据和之前磁场数据，若所述接地网第一导体的当前地表磁场数据下降了第二预设阈值后，诊断出接地网第一导体发生故障。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述磁场检测装置安装于所述接地网导体上方地表面。
10.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述磁场检测装置包括：磁传感器、预处理模块、微处理器和无线通信模块；
所述磁传感器，用于根据接地网中的激励电流和采集参数采集接地网多个导体的磁场数据，并将采集的磁场数据发送给所述预处理模块；每个磁场数据带有对应接地网导体的标识；
所述预处理模块，用于对所述磁传感器发送的磁场数据进行预处理，并将预处理后的磁场数据发送给所述微处理器；
所述微处理器，用于对预处理后的磁场数据进行数字处理，并将数字处理后的磁场数据通过所述无线通信模块发送给所述无线通信网关。
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