CN111044436A - 一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术 - Google Patents

一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术 Download PDF

Info

Publication number
CN111044436A
CN111044436A CN201911102454.9A CN201911102454A CN111044436A CN 111044436 A CN111044436 A CN 111044436A CN 201911102454 A CN201911102454 A CN 201911102454A CN 111044436 A CN111044436 A CN 111044436A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
grounding grid
continuation
field intensity
corrosion state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911102454.9A
Other languages
English (en)
Inventor
王荆
李伟
李松
吕新良
鲁直
韩长城
杨楠
李柯
马学锋
李竹绒
尚茜茜
张晓栋
韩帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lantian County Power Supply Branch Of State Grid Shaanxi Electric Power Co
Mianxian Power Supply Branch Of State Grid Shaanxi Electric Power Co
Shaanxi Lufeng Power Engineering Co ltd
State Grid Shaanxi Electric Power Company Weinan Power Supply Co
Electric Power Research Institute of State Grid Shaanxi Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Lantian County Power Supply Branch Of State Grid Shaanxi Electric Power Co
Mianxian Power Supply Branch Of State Grid Shaanxi Electric Power Co
Shaanxi Lufeng Power Engineering Co ltd
State Grid Shaanxi Electric Power Company Weinan Power Supply Co
Electric Power Research Institute of State Grid Shaanxi Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lantian County Power Supply Branch Of State Grid Shaanxi Electric Power Co, Mianxian Power Supply Branch Of State Grid Shaanxi Electric Power Co, Shaanxi Lufeng Power Engineering Co ltd, State Grid Shaanxi Electric Power Company Weinan Power Supply Co, Electric Power Research Institute of State Grid Shaanxi Electric Power Co Ltd filed Critical Lantian County Power Supply Branch Of State Grid Shaanxi Electric Power Co
Priority to CN201911102454.9A priority Critical patent/CN111044436A/zh
Publication of CN111044436A publication Critical patent/CN111044436A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/006—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light of metals

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本发明公开了一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，包括与接地网连接的交流电源激励装置，用于测量磁场强度的磁场强度检测装置，以及用于将测量得到的磁场强度进行延拓的磁场强度延拓算法。具体的磁场延拓方法包括以下步骤：步骤一：将交流电源激励装置与接地网连接成回路，向接地网注入一定频率的电流，地表将出现感应磁场；步骤二：测量接地网地表部分区域的磁场强度；步骤三：将测试得到的部分磁场强度数据导入磁场延拓算法中，得到整个区域的磁场强度。通过分析接地网地表磁场强度的变化规律可用于分析接地网的腐蚀状态。本发明将磁场延拓技术应用到了变电站接地网地表磁场的检测重构中，可以有效地减少现有的接地网地表磁场强度检测工作量，具有工程实际应用价值。

Description

一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术
技术领域
本发明涉及电力系统变电站防雷接地技术领域，具体为一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术。
背景技术
变电站接地网作为站内各电气设备的公共接地端，其主要功能是泄放故障电流以及雷电流，这对于变电站内设备和工作人员的安全具有重要意义。目前90％以上的变电站接地网所采用的接地体材料仍然是耐腐蚀性较差的Q235钢材，其耐腐蚀性能远不如铜材质接地体和柔性石墨接地体，但由于后两者在工程造价、环境保护和施工难度等方面的因素，尚未被广泛应用。钢材质接地网的埋设深度普遍在0.6-1米之间，受土壤中复杂环境的影响，极易被腐蚀变细甚至发生断裂，使接地网分裂为独立的网块，这将对变电站的防雷以及故障电流泄流能力产生重大负面影响，例如河南某几所变电站曾多次遭受雷害事故便是由于接地网腐蚀断裂所致。因此目前对钢材质的接地网腐蚀状态开展研究具有工程意义。
由于接地网在变电站防雷和泄放故障电流等方面的重要作用，该方向吸引了诸多学者的研究，主要的接地网腐蚀状态研究方法可以分为两种：第一种是应用电网络理论，根据KVL和广义节点电流相容性理论建立起非线性方程，通过求解非线性方程来确定节点支路间电阻值的变化倍率，从而确定接地体的腐蚀状态，但是由于在实际的变电站接地网中并非每一个节点都焊接有上引导体，无法准确测量出各电阻值，因此在工程实践中较难开展；第二种是应用电磁场检测理论进行接地网腐蚀状态研究，通过在接地网有限个上引导体处注入正弦电流，用磁场强度测量仪器地毯式测试地表的磁感应强度，分析磁感应强度的变化趋势得出接地网的腐蚀断裂部位。但是由于在实际的变电站构建中，各变压器、互感器和开关设备等的存在使地毯式的测量磁感应强度不易进行，因此有必要提出一种新型的地表磁感应强度测量技术以分析接地网的腐蚀状态。
本发明专利在电磁场仿真的基础上，提出一种结合磁场延拓技术的变电站接地网腐蚀状态研究策略，结果表明本发明提出的方案高效准确、较易操作，具有工程实践应用价值。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的现有技术问题是应用磁场强度分析接地网腐蚀状态的过程中，磁场强度测量工作量较大。
本发明的目的是解决上述问题，提供一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：为了更好地应用电磁场理论检测变电站接地网的腐蚀程度，提供了一种结合磁场延拓技术应用于将测量磁场重构，进而分析接地网的腐蚀状态，包括交流电源激励，磁场强度测量装置，以及磁场延拓算法。
进一步地，所述交流电源激励装置与接地网的接地引上线连接形成回路
进一步地，所述交流电源激励装置的频率设置在50—200Hz之间
进一步地，当交流电源激励与接地网回路导通时，接地网中将流过电流，在地表感应出磁场
进一步地，所述磁场强度测量装置可以沿着指定路径测量地表的磁场强度
进一步地，磁场强度检测装置无需测量接地网所处区域的全部磁场强度，所述磁场延拓算法可以将磁场强度检测装置测量得到的磁场进行延拓，进而得到整个接地网所处区域地表的磁场强度用于诊断接地网的腐蚀状态。
接下来将对磁场延拓算算法进行详细说明，具体包括以下步骤：
由矢量格林恒等式可以得出大平面边界上各点磁场的矢量积分关系，进而找到了大平面内测量磁场和未知磁场的积分关系，通过边界剖分离散化形成线性方程组，求解得到未知磁场，达到磁场延拓的目的。
由矢量格林第一恒等式以及格林第二恒等式，可得下式
Figure BDA0002270256540000021
式中：J为场域内磁源的等效自由电流密度；S为铁磁物体的封闭曲面；V为S外场域；n为边界面S的单位外法向量；r为源点到场点的距离；B为V内场点的磁感应强度。包围源区的闭合曲面与位于源区之下的大平面是可以等价的。图中磁源下方的边界大平面S和无限远的边界面S∞构成了封闭曲面，边界大平面S上，n垂直向上。在该封闭曲面外的场域V中，同理有式(1)成立。如不考虑场域V内的磁源(J＝0)时有下式成立
Figure BDA0002270256540000022
当场点P取在平面S上时，为消除奇异性(r＝0)，必须去掉以P为球心，R1为半径的半球面S1，此时，不考虑V内磁源，根据式(1)有
Figure BDA0002270256540000023
而
Figure BDA0002270256540000024
式(4)中
Figure BDA0002270256540000025
是长度为R1的单位向量。根据矢量恒等式，有
Figure BDA0002270256540000026
又因为在S1上，
Figure BDA0002270256540000027
式(5)可变为
Figure BDA0002270256540000028
Figure BDA0002270256540000029
为半球里B的平均值，式3可改写为
Figure BDA00022702565400000210
对式取极限R1→0，可得
Figure BDA0002270256540000031
式(8)即为大平面边界面上矢量磁场的积分关系式，表明大平面边界面上任一点的磁场可以由边界面上所有点矢量磁场的面积分得到。
整个大平面被分为磁场测量区域Sm和延拓区域Sc，两者可以为连通域，也可以是分块的独立通域。边界及边界外磁场强度为0，延拓区域内点的磁场强度可以表述为下式：
Figure BDA0002270256540000032
式中：Bc x,y,z为延拓区域内点x,y,z的磁感应强度；等号左边为延拓区域的未知矢量磁场的积分；右边为测量区域的矢量磁场积分。利用式求解延拓磁场的简要过程为：首先根据测量磁场和未知磁场的分布对大平面边界进行单元剖分，然后将各剖分单元的矢量磁场代入式中求得离散数值积分，从而形成包含延拓区域未知磁场的线性方程组，进而求解方程组得到延拓区域的矢量磁场。
(三)有益效果
本发明提供了一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，具备以下有益效果：
使用该方法可以不用测量接地网地表所有区域的磁场强度，只需要测量部分区域的磁场强度便可以通过磁场延拓技术得到接地网所处区域整个地表的磁场强度，通过分析地表磁场强度的变化规律，便可以分析得知变电站接地网腐蚀状态，可以减少现有的磁场强度测量工作量，减少工作人员投入，具有工程应用价值。
附图说明
图1为应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术流程示意图；
图2为应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术测量结构示意图；
图3为磁场延拓技术算法示意图；
图4(a)为本发明实施例1中接地网结构及电流注入点示意图；
图4(b)为本发明实施例1中磁场强度测量装置的测量结果；
图4(c)为本发明实施例1中应用磁场延拓算法的磁场强度延拓结果；
图5(a)为本发明实施例2中接地网结构及电流注入点示意图；
图5(b)为本发明实施例2中磁场强度测量装置的测量结果；
图5(c)为本发明实施例2中应用磁场延拓算法的磁场强度延拓结果；
具体实施方式
请参阅图1-4，一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，首先需要按照图2的接线方式将接地网和交流电源激励装置连接，然后按照图1中的测试路线，用磁场强度检测装置进行接地网地表磁场强度测量，然后用磁场延拓算法对磁场强度检测装置测量的结果进行延拓，得到接地网地表整个区域的磁场强度用于分析接地网的腐蚀状态。
实施例1：
接地网尺寸见图4(a)中标注，总长80，宽50，接地网沿高、宽方向压缩比均为1，即选取接地体均匀间隔分布的排列方式。接地网共有54个节点，其中节点A、B有上引导体可及，通过导线将交流电流激励源和接地网的A、B点连接形成回路，设置交流电流激励源的参数为幅值25A，频率50Hz，从A点注入，并由B电抽出，图4(b)中绘制出了通过磁感应强度装置测量的磁场强度数值2D分布，共计8条测试线，将其导入磁场延拓算法中，得到整个接地网地表的磁场强度三维图如图4(c)所示。
实施例2：
实施例2与实施例1的区别主要是接地网的尺寸不同，以及接地网各个金属导体间为不等间距排布方式，接地网的截面为60*5mm的矩形，电阻率为1.7×10-7Ω·m，相对磁导率μ＝240，为水平接地网，无垂直接地极，设计方案为不等间距排列，沿着高度和宽度方向的压缩比均为0.8，接地网覆盖区域面积为45*75m2，埋深0.8m。通过导线将交流电流激励源和接地网的C、D点连接形成回路，设置交流电流激励源的参数为幅值30A，频率60Hz，在图5(a)和图5(b)中分别绘制出了接地网的形状以及磁场强度测试线的分布，通过磁场强度测量装置沿着既定测试线进行测试，得到的测试线上的磁场强度2D图如图5所示，共计19条磁场强度测试线，将其导入磁场延拓算法中，得到整个接地网地表的磁场强度三维图如图5(c)所示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，其特征在于：包括与接地网连接的交流电源激励装置，用于测量磁场强度的磁场强度检测装置，以及用于将测量得到的磁场强度进行延拓的磁场强度延拓算法。
2.根据权利要求1所述的一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，其特征在于：交流电源激励装置与接地网连接形成回路。
3.根据权利要求1所述的一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，其特征在于：交流电源激励装置的频率参数设置在50—200Hz之间。
4.根据权利要求1所述的一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，其特征在于：当交流电源激励与接地网回路导通时，接地网中将流过电流，在地表感应出磁场，所述磁场强度测量装置可以沿着指定路径测量地表的磁场强度。
5.根据权利要求1所述的一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，其特征在于：磁场强度检测装置无需测量接地网所处区域的全部磁场强度，所述磁场延拓算法可以将磁场强度检测装置测量得到的磁场进行延拓，进而得到整个接地网所处区域地表的磁场强度用于诊断接地网的腐蚀状态。
6.根据权利要求1所述的一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，其特征在于：所述磁场延拓算法主要借助矢量格林恒等式得出大平面边界上各点磁场的矢量积分关系，进而找到了大平面内测量磁场和未知磁场的积分关系，通过边界剖分离散化形成线性方程组，求解得到未知磁场，达到磁场延拓的目的。
7.根据权利要求1所述的一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，其特征在于：接地网所处地表整个大平面被分为磁场测量区域Sm和延拓区域Sc，两者可以为连通域，也可以是分块的独立通域。
8.根据权利要求1所述的一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术，其特征在于：根据测量磁场和未知磁场的分布对大平面边界进行单元剖分，然后将各剖分单元的矢量磁场代入式中求得离散数值积分，从而形成包含延拓区域未知磁场的线性方程组，进而求解方程组得到延拓区域的矢量磁场。
CN201911102454.9A 2019-11-12 2019-11-12 一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术 Pending CN111044436A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911102454.9A CN111044436A (zh) 2019-11-12 2019-11-12 一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911102454.9A CN111044436A (zh) 2019-11-12 2019-11-12 一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111044436A true CN111044436A (zh) 2020-04-21

Family

ID=70232584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911102454.9A Pending CN111044436A (zh) 2019-11-12 2019-11-12 一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111044436A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113311059A (zh) * 2021-04-02 2021-08-27 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101216523A (zh) * 2007-12-28 2008-07-09 华北电力大学 变电站接地网缺陷诊断方法及装置
CN103163064A (zh) * 2013-03-14 2013-06-19 陕西电力科学研究院 一种变电站接地网腐蚀速率的模糊预测方法
CN104897996A (zh) * 2015-06-10 2015-09-09 国网上海市电力公司 一种基于磁场逆问题求解的变电站接地网腐蚀诊断方法
CN106597555A (zh) * 2016-12-06 2017-04-26 国网重庆市电力公司电力科学研究院 一种瞬变电磁法的接地网腐蚀程度评价方法
CN108801892A (zh) * 2018-06-19 2018-11-13 国家电网公司 变电站接地网腐蚀诊断方法及系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101216523A (zh) * 2007-12-28 2008-07-09 华北电力大学 变电站接地网缺陷诊断方法及装置
CN103163064A (zh) * 2013-03-14 2013-06-19 陕西电力科学研究院 一种变电站接地网腐蚀速率的模糊预测方法
CN104897996A (zh) * 2015-06-10 2015-09-09 国网上海市电力公司 一种基于磁场逆问题求解的变电站接地网腐蚀诊断方法
CN106597555A (zh) * 2016-12-06 2017-04-26 国网重庆市电力公司电力科学研究院 一种瞬变电磁法的接地网腐蚀程度评价方法
CN108801892A (zh) * 2018-06-19 2018-11-13 国家电网公司 变电站接地网腐蚀诊断方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘洋等: "变电站接地网的断点诊断方法", 《电网技术》 *
张朝阳等: "舰船平面磁场的边界矢量积分延拓方法", 《华中科技大学学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113311059A (zh) * 2021-04-02 2021-08-27 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhu et al. On-site non-invasive current monitoring of multi-core underground power cables with a magnetic-field sensing platform at a substation
Sun et al. Underground power cable detection and inspection technology based on magnetic field sensing at ground surface level
CN106646142B (zh) 一种接地网断点诊断方法及瞬变电磁探测装置
CN108802828A (zh) 钻孔注浆帷幕质量检测方法
CN111812407B (zh) 一种综合接地阻抗测量方法、系统及介质
Yuan et al. Grounding resistance measurement method based on the fall of potential curve test near current electrode
Hill et al. Railway track transmission line parameters from finite element field modelling: Series impedance
Zeng et al. Novel measurement system for grounding impedance of substation
CN210376520U (zh) 多频扫描杆塔接地电阻测量装置
CN111044436A (zh) 一种应用于变电站接地网腐蚀状态诊断的磁场延拓技术
CN104597308A (zh) 一种预测交叉互联式单芯四回路高压电缆护套环流的方法
Liu et al. A magnetic detecting and evaluation method of substation’s grounding grids with break and corrosion
CN110174593B (zh) 采用电磁感应判断接地网断点位置的装置与方法
CN112395788A (zh) 一种配网中性点接地方式改造人身安全精确评估方法
CN109085407B (zh) 一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法
CN103424628A (zh) 测量平行电网线路正序阻抗的方法
CN105203851B (zh) 测量强谐波下大型地网接地阻抗值的方法
CN104062516B (zh) 一种高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法
Lathi Impulse measurements in earthing systems
Paulino et al. An original setup to measure grounding resistances using auxiliary circuits buried vertically in the ground
Houicher et al. Calculation of the Magnetic Field in the Vicinity of the Overhead Transmission Lines
Britto Realistic modeling of power lines for transient electromagnetic interference studies
Wall et al. Implementation of a tool for magnetic field mitigation using passive loops
Misra et al. A Novel Evaluation Method for the Integrity of Grounding Grids in High Voltage Substations Based on Magnetic Field Measurements
KR101066566B1 (ko) 전해 수조를 이용한 전위상승해석 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200421