CN110244135A - 多通道接地网拓扑结构重构装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道接地网拓扑结构重构装置及方法。本发明的装置主要由磁场阵列测量模块和上位机组成。本发明的重构方法包括以下步骤：步骤一：通过测量接地网中一支路导体地表区域的磁场确定单支路导体的位置；步骤二：采用磁场阵列测量模块进行接地网磁场测量并传递至上位机；步骤三：分析接地网各方向支路周围磁场的微分分布特性；步骤四：根据接地网支路周围磁场的微分分布特性，绘制接地网拓扑结构。本发明将微分法运用于接地网的拓扑结构检测中，有效解决了由于变电站接地网支路导体之间相互的影响，提高了接地网上方磁场的识别度，实现了对接地网拓扑结构的精确检测。

Description

多通道接地网拓扑结构重构装置及方法

技术领域

本发明属于接地网拓扑重构技术领域，特别是涉及一种多通道接地网拓扑结构重构装置及方法。

背景技术

接地装置是一个隐蔽工程，深埋地下，它的运行状况不能直观地检查，变电站工作通道以及设备区地面大部分都经硬化处理，约占总面积70%左右,在大多数变电站，地面还经过硬化处理，在高压设备区，为保证工作人员的安全，建有专供操作人员走动的安全通道，这都使直接观察或者开挖观察接地装置的锈蚀、损坏情况变得困难。

由于接地装置在电力系统中的重要性不容忽视，为了保障运行安全，传统的方法是对变电站接地装置的接地电阻进行测量，这种方法有很大的局限性，不能准确地反映接地装置的安全性能，更不能找出接地装置中具体的某个故障点。不难想象，变电站接地装置的总面积大约在1至几平方公里（由纵横连接的均压带组成），仅测量几个点的接地电阻，是不能够对接地网均压带在事故状态下的泄流效果、均压带锈蚀损坏等复杂情况做出合理评估的。

目前，基于电磁场理论和电化学方法的接地网状态检测手段，依然存在降低误差，提高抗干扰能力等技术难题，国内基于电网络理论的检测方法，一般都需要准确的接地网拓扑结构，才能得到正确的诊断结果，在未知拓扑结构时检测接地网支路阻抗与故障时还缺乏有效的手段，从而不能及时发现接地网的支路故障，国内尚未独立开展接地网导体定位研究。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种多通道接地网拓扑结构重构装置及方法，能够实现减弱相邻载流导体的磁感应强度的相互重叠、相互影响，降低测量环境干扰。

本发明的方案是通过这样实现的：

一种多通道接地网拓扑结构重构装置，主要由磁场阵列测量模块和上位机组成；所述的磁场阵列测量模块主要由磁场传感器组成；所述磁场阵列测量模块由异频电流源供电，为测量不同频率的磁场提供对应频率的电流；所述的上位机主要由采集模块、磁场微分分析模块和显示模块组成；所述的采集模块、磁场微分分析模块和显示模块电性连接；所述的采集模块与磁场阵列测量模块电性连接；所述采集模块获取磁场阵列测量模块传递的电磁信号并转换成数字信号传递至磁场微分分析模块；所述显示模块用于接收并显示磁场微分分析模块传递的信息。

作为本发明的进一步说明，所述磁场阵列测量模块还包括带阻滤波器和带通滤波器；所述磁场传感器与带阻滤波器连接，所述带阻滤波器与带通滤波器电性连接。

作为本发明的进一步说明，所述磁场阵列测量模块还包括屏蔽线圈，用于屏蔽变电站的磁场干扰。

一种多通道接地网拓扑结构的重构方法，包括以下步骤：

步骤一：通过测量接地网中一支路导体地表区域的磁场确定单支路导体的位置；

步骤二：采用磁场阵列测量模块进行接地网磁场测量并传递至上位机；

步骤三：分析接地网各方向支路周围磁场的微分分布特性；

步骤四：根据接地网支路周围磁场的微分分布特性，绘制接地网拓扑结构。

作为本发明的进一步说明，步骤一具体包括以下过程：向接地网中一支路导体引线注入幅值电流，测量接地网地表区域的磁场并计算其微分判断所述支路导体的位置；所述位置包括水平距离位置以及垂直深度位置。

作为本发明的进一步说明，步骤二具体包括以下过程：将磁场阵列测量模块的各磁场传感器置于亥姆赫兹线圈中对磁场传感器进行标定；然后采用磁场阵列测量模块对接地网表面磁场进行测量；所述采集模块从磁场阵列测量模块获取采集数据并上传到上位机。

作为本发明的进一步说明，步骤三具体包括以下过程：所述上位机的磁场微分分析模块对接地网磁场进行微分分析获取磁场微分分布特性；所述磁场微分分布特性包括接地网附近水平磁场微分分布特性和垂直磁场微分分布特性；所述磁场微分分析模块通过分析水平磁场微分分布特性确定接地网水平磁感应强度的峰值位置，从而确定支路导体水平位置；所述磁场微分分析模块通过分析垂直磁场微分分布特性确定接地网垂直磁感应强度的峰值位置，从而确定支路导体垂直位置。

作为本发明的进一步说明，步骤四具体包括以下过程：所述显示模块接收并显示磁场微分分析模块传递的水平磁场微分分布特性的二阶微分等值线图以及垂直磁场微分分布特性的二阶微分等值线图。

接地网一般采用扁钢制成,相互连接成网格形状，水平埋在地下深约0.3～2米，网格的间距通常3～7米，两侧的网格的比例通常为1:1～1:3。基于磁场法的接地网拓扑结构检测方法为通过向接地网注入激励电流，分析接地网地表面磁感应强度的分布规律来探测接地网拓扑结构。变电站磁场环境复杂，接地网支路相互交错，存在相邻载流导体的磁感应强度会相互重叠、相互影响的问题，因此在磁场法的基础上，研究一种用于检测变电站接地网拓扑结构能够降低相邻载流导体的磁感应强度相互重叠、相互影响等环境因素干扰的微分处理方法，并可以通过仿真算例检验该方法在网格载流模型拓扑结构检测的可行性。

变电站接地网由若干条支路组成，整个接地网成网状分布，因此接地网通入电流后，其支路周围的磁场分布会因支路走向不同而不同，通过分析单支路的特性，来确定单支路的位置后可以绘制整个接地网的拓扑结构。

针对单导体载流模型采用微分法进行理论分析，分别从平行于接地网地表方向的磁场和垂直于接地网地表方向的磁场两个磁场方面进行研究。通过微分法分析接地网支路埋藏深度、支路电流、支路电阻上的特性。在接地网支路特性研究的基础上，通过实验室实验和变电站现场实验来分析微分法在接地网拓扑检测中的可靠性，并说明磁场测量方法、信号滤波处理方式及接地网拓扑检测步骤。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明将微分法运用于接地网的拓扑结构检测中，有效解决了由于变电站接地网支路导体之间相互的影响，提高了接地网上方磁场的识别度，实现了对接地网拓扑结构的精确检测；

2.本发明的磁场阵列测量模块通过不同测量频率的磁场传感器对接地网周围磁场进行测量；另外采用屏蔽线圈，带阻滤波器电路、带通滤波器电路，实现对变电站磁场的高精度采集，能够很好的屏蔽变电站中的磁场干扰，且具有简单易行、成本低优点。

3.本发明通过对接地网上方磁场进行微分处理，判断接地网支路位置，有效精确绘制接地网拓扑，确定接地网支路导体具体位置。

附图说明

图1为本发明的一实施例多通道接地网拓扑结构重构装置的结构示意图。

图2为本发明的又一实施例的一种多通道接地网拓扑结构重构方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种多通道接地网拓扑结构重构装置，主要由磁场阵列测量模块和上位机组成；所述的磁场阵列测量模块主要由磁场传感器组成；所述磁场阵列测量模块由异频电流源供电，为测量不同频率的磁场提供对应频率的电流；所述的上位机主要由数据采集模块、磁场微分分析模块和显示模块组成；所述的数据采集模块、磁场微分分析模块和显示模块电性连接；所述的数据采集模块与磁场阵列测量模块电性连接；所述采集模块获取磁场阵列测量模块传递的电磁信号并转换成数字信号传递至磁场微分分析模块；所述显示模块用于接收并显示磁场微分分析模块传递的信息。

一种多通道接地网拓扑结构的重构方法，包括以下步骤：

步骤一，通过测量接地网中一支路导体地表区域的磁场确定单支路导体的位置；具体为：

向接地网中一支路导体引线注入幅值电流，测量接地网地表区域的磁场并计算其微分判断所述支路导体的位置；所述位置包括水平距离位置以及垂直深度位置；

步骤二，采用磁场阵列测量模块进行接地网磁场测量并传递至上位机；具体为：

将磁场阵列测量模块的各磁场传感器置于亥姆赫兹线圈中对磁场传感器进行标定；然后采用磁场阵列测量模块对接地网表面磁场进行测量；所述数据采集模块从磁场阵列测量模块获取采集数据并上传到上位机；

步骤三，分析接地网各方向支路周围磁场的微分分布特性；具体为：

所述上位机的磁场微分分析模块对接地网磁场进行微分分析获取磁场微分分布特性；所述磁场微分分布特性包括接地网附近水平磁场微分分布特性和垂直磁场微分分布特性；所述磁场微分分析模块通过分析水平磁场微分分布特性确定接地网水平磁感应强度的峰值位置，从而确定支路导体水平位置；所述磁场微分分析模块通过分析垂直磁场微分分布特性确定接地网垂直磁感应强度的峰值位置，从而确定支路导体垂直位置；

步骤四，根据接地网支路周围磁场的微分分布特性，绘制接地网拓扑结构；具体为：

所述显示模块接收并显示磁场微分分析模块传递的水平磁场微分分布特性的二阶微分等值线图以及垂直磁场微分分布特性的二阶微分等值线图。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：所述磁场阵列测量模块还包括带阻滤波器和带通滤波器；所述磁场传感器与带阻滤波器连接，所述带阻滤波器与带通滤波器电性连接。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别在于：所述磁场阵列测量模块还包括屏蔽线圈，用于屏蔽变电站的磁场干扰。

变电站复杂环境下的接地网拓扑检测的磁场微分法具体如下：

接地网一般采用扁钢制成,相互连接成网格形状，水平埋在地下深约0.3～2米，网格的间距通常3～7米，两侧的网格的比例通常为1:1～1:3。基于磁场法的接地网拓扑结构检测方法为通过向接地网注入激励电流，分析接地网地表面磁感应强度的分布规律来探测接地网拓扑结构。变电站磁场环境复杂，接地网支路相互交错，存在相邻载流导体的磁感应强度会相互重叠、相互影响的问题，因此在磁场法的基础上，研究一种用于检测变电站接地网拓扑结构能够降低相邻载流导体的磁感应强度相互重叠、相互影响等环境因素干扰的微分处理方法，并可以通过仿真算例检验该方法在网格载流模型拓扑结构检测的可行性。

变电站接地网由若干条支路组成，整个接地网成网状分布，因此接地网通入电流后，其支路周围的磁场分布会因支路走向不同而不同，通过分析单支路的特性，来确定单支路的位置后可以绘制整个接地网的拓扑结构。

针对单导体载流模型采用微分法进行理论分析，分别从平行于接地网地表方向的磁场和垂直于接地网地表方向的磁场两个磁场方面进行研究。通过微分法分析接地网支路埋藏深度、支路电流、支路电阻上的特性。在接地网支路特性研究的基础上，通过实验室实验和变电站现场实验来分析微分法在接地网拓扑检测中的可靠性，并说明磁场测量方法、信号滤波处理方式及接地网拓扑检测步骤。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种多通道接地网拓扑结构重构装置，其特征在于：主要由磁场阵列测量模块和上位机组成；

所述的磁场阵列测量模块主要由磁场传感器组成；所述磁场阵列测量模块由异频电流源供电，为测量不同频率的磁场提供对应频率的电流；

所述的上位机主要由采集模块、磁场微分分析模块和显示模块组成；所述的采集模块、磁场微分分析模块和显示模块依次电性连接；所述的采集模块与磁场阵列测量模块电性连接；

所述采集模块获取磁场阵列测量模块传递的电磁信号并转换成数字信号传递至磁场微分分析模块；所述显示模块用于接收并显示磁场微分分析模块传递的信息。

2.根据权利要求1所述的多通道接地网拓扑结构重构装置，其特征在于：所述磁场阵列测量模块还包括带阻滤波器和带通滤波器；所述磁场传感器与带阻滤波器连接，所述带阻滤波器与带通滤波器电性连接。

3.根据权利要求1所述的多通道接地网拓扑结构重构装置，其特征在于：所述磁场阵列测量模块还包括屏蔽线圈，用于屏蔽变电站的磁场干扰。

4.一种多通道接地网拓扑结构的重构方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：通过测量接地网中一支路导体地表区域的磁场确定单支路导体的位置；

步骤二：采用磁场阵列测量模块进行接地网磁场测量并传递至上位机；

步骤三：分析接地网各方向支路周围磁场的微分分布特性；

步骤四：根据接地网支路周围磁场的微分分布特性，绘制接地网拓扑结构。

5.根据权利要求4所述的多通道接地网拓扑结构的重构方法，其特征在于：步骤一具体包括以下过程：

向接地网中一支路导体引线注入幅值电流，测量接地网地表区域的磁场并计算其微分判断所述支路导体的位置；所述位置包括水平距离位置以及垂直深度位置。

6.根据权利要求4所述的多通道接地网拓扑结构的重构方法，其特征在于：步骤二具体包括以下过程：

将磁场阵列测量模块的各磁场传感器置于亥姆赫兹线圈中对磁场传感器进行标定；然后采用磁场阵列测量模块对接地网表面磁场进行测量；所述采集模块从磁场阵列测量模块获取采集数据并上传到上位机。

7.根据权利要求4所述的多通道接地网拓扑结构的重构方法，其特征在于：步骤三具体包括以下过程：

所述上位机的磁场微分分析模块对接地网磁场进行微分分析获取磁场微分分布特性；所述磁场微分分布特性包括接地网附近水平磁场微分分布特性和垂直磁场微分分布特性；所述磁场微分分析模块通过分析水平磁场微分分布特性确定接地网水平磁感应强度的峰值位置，从而确定支路导体水平位置；所述磁场微分分析模块通过分析垂直磁场微分分布特性确定接地网垂直磁感应强度的峰值位置，从而确定支路导体垂直位置。

8.根据权利要求4所述的多通道接地网拓扑结构的重构方法，其特征在于：步骤四具体包括以下过程：

所述显示模块接收并显示磁场微分分析模块传递的水平磁场微分分布特性的二阶微分等值线图以及垂直磁场微分分布特性的二阶微分等值线图。