CN111815206B - 直流接地极电变量测量系统及状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流接地极电变量测量系统及状态评估方法,直流接地极电变量测量系统包括：直流接地极测量模块,便携式数据接收模块，第一通信模块,状态评估模块,第二通信模块,服务器模块,查询模块；本发明从直流接地极自身安全性评估和直流接地极周围环境的安全性评估两方面进行分析，提出了一种直流接地极状态综合评估方法，实现了利用多个特征参数对接地极的运行状态进行综合的判定，在恶劣作业环境下能做到测量数据传输的高效寻优，在整个直流接地极测量过程的作业时间内计算通信节点数据传输稳定率上大大减少了参数。

Description

直流接地极电变量测量系统及状态评估方法

技术领域

本发明属于测量电变量技术领域，具体涉及一种直流接地极电变量测量系统及状态评估方法。

背景技术

随着光电信息技术科学技术的飞速发展，特别是图像通信和无线通信网络的普及在直流接地极电变量测量领域有着潜在的巨大应用价值，目前我国已经建设了多条不同电压等级的长距离直流输电线路,接地极是直流输电工程换流站的重要组成部分，起着钳制中性点电位、通流不平衡电流以及在极线检修或者故障时为直流提供大地返回通道的作用,专利号为201410099060.3 ，名称为一种直流共用接地极状态监测系统及状态评估方法，主分类号为 G01R31/00的专利存在以下缺陷：

随着直流输电工程的容量不断增大，接地极的选址问题日益突出，部分接地极距离居民活跃活动区较近，接地极周围环境中的安全风险应引起足够的重视。直流输电系统单极大地回线运行时在接地极附近的金属围栏、吊线式架空光缆拉线、金属灌溉水管等物体中可能形成较高的接触电势，威胁附近居民和接地极运维人员的人身安全。直流接地极的性能是影响直流输电系统安全稳定运行、电气设备及工作人员人身安全的重要因素之一，通过对接地极进行安全诊断和性能评估，及时准确地了解接地极的运行状态，确保接地极的安全性具有重要的意义。一方面，以往对直流接地极安全状态的评估往往只关注接地极的接地电阻、跨步电势、接触电势、电气完整性、电极腐蚀状态等接地极自身的安全指标，忽略了接地极周围环境可能存在的安全风险。另一方面，目前针对接地极的运行状态都是利用单个特征参数进行评估，不仅难以对接地极的实际运行状态进行界定，容易造成误判，而且无法区分各特征参数与接地极状态之间的相关度，缺乏科学合理的接地极运行状态综合评估方法，该专利没有考虑作业的移动性和动态性，对于便携式数据接收模块的数据的选接与变更接入没有进行改进和管理，更没有对便携式数据接收模块位置和路线区域进行通信路径网络吞吐量预测，无法通过利用不同区域的通信路径特性从而准确地了解接地极的运行状态确保接地极能够安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述不足提供一种直流接地极电变量测量系统及状态评估方法。

一种直流接地极电变量测量系统，其特征在于包括：

直流接地极测量模块,用于对直流接地极的接地电阻、最大跨步电势、最大接触电势、主电缆分流最大不均匀系数和电极最高温度进行测量；

便携式数据接收模块，用于接收直流接地极测量模块测量得到的数据，并将数据通过第一通信模块传输至状态评估模块；

第一通信模块,用于当便携式数据接收模块发送入网需求时，扫描便携式数据接收模块所在位置的实时被覆盖的通信节点数量,只有一个通信节点信号覆盖时，搜索该通信节点是否存在空闲通信路径，如果存在空闲通信路径便自动选接至该通信路径，如果该通信节点没有搜索空闲通信路径，所述入网需求进行等候，预设所述通信节点对所述便携式数据接收模块的最长服务时间，以及预设等候时间，所述最长服务时间可以为多个，当通信节点空出通信路径网络吞吐量且预设等候时间小于最长服务时间，按入网需求等候的先后顺次或紧急程度选接至通信节点通信路径，如果入网需求没有成功选接，刷新通信节点的最大服务时间，再次预设新的等候时间，继续按入网需求先后顺序或紧急程度依次选接至通信节点通信路径，当预设等候时间大于最长服务时间时中止入网需求，有多个通信节点信号覆盖时，如果便携式数据接收模块分布密度小于通信路径的预测阈值，则通信路径网络吞吐量富余，反之通信路径网络吞吐量紧张，当通信路径网络吞吐量富余，选接实时服务时间最长的通信节点，当通信路径网络吞吐量紧张，选接空闲通信路径网络吞吐量最多的通信节点；

状态评估模块,用于接收便携式数据接收模块传输的数据，并根据这些数据对直流接地极状态进行综合评估；

第二通信模块,用于将状态评估模块的处理结果传输至服务器；

服务器模块,用于对处理结果进行存储，并向电网检修人员提供查询；

查询模块，用于当电网检修人员需要查询直流接地极综合评估状态时，通过向服务器模块发送查询请求，服务器模块根据查询请求查找映射的直流接地极综合评估状态，并将其推送至查询模块指定的查询端口地址。

本发明具有以下效果：本发明从直流接地极自身安全性评估和直流接地极周围环境的安全性评估两方面进行分析，提出了一种直流接地极状态综合评估方法，实现了利用多个特征参数对接地极的运行状态进行综合的判定，在恶劣作业环境下能做到测量数据传输的高效寻优，在整个直流接地极测量过程的作业时间内计算通信节点数据传输稳定率上大大减少了参数，仅仅考虑丢包和时延，显著减少计算量，通过接入和变更通信节点的动态分配克服了便携式数据接收模块的分布位置不同以及野外作业通信条件的动态特性带来的不稳定，提高了传输的效率，避免了数据传输中可能承受的通信资源浪费，还提高了高速数据传输的准确性，使判定结果更加准确可靠，能够及时准确地了解接地极的运行状态，确保接地极能够安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明评估方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明：

一种直流接地极电变量测量系统包括：

直流接地极测量模块,用于对直流接地极的接地电阻、最大跨步电势、最大接触电势、主电缆分流最大不均匀系数和电极最高温度进行测量；

便携式数据接收模块，用于接收直流接地极测量模块测量得到的数据，并将数据通过第一通信模块传输至状态评估模块；

第一通信模块,用于当便携式数据接收模块发送入网需求时，扫描便携式数据接收模块所在位置的实时被覆盖的通信节点数量,只有一个通信节点信号覆盖时，搜索该通信节点是否存在空闲通信路径，如果存在空闲通信路径便自动选接至该通信路径，如果该通信节点没有搜索空闲通信路径，所述入网需求进行等候，预设所述通信节点对所述便携式数据接收模块的最长服务时间，以及预设等候时间，所述最长服务时间可以为多个，当通信节点空出通信路径网络吞吐量且预设等候时间小于最长服务时间，按入网需求等候的先后顺次或紧急程度选接至通信节点通信路径，如果入网需求没有成功选接，刷新通信节点的最大服务时间，再次预设新的等候时间，继续按入网需求先后顺序或紧急程度依次选接至通信节点通信路径，当预设等候时间大于最长服务时间时中止入网需求，有多个通信节点信号覆盖时，如果便携式数据接收模块分布密度小于通信路径的预测阈值，则通信路径网络吞吐量富余，反之通信路径网络吞吐量紧张，当通信路径网络吞吐量富余，选接实时服务时间最长的通信节点，当通信路径网络吞吐量紧张，选接空闲通信路径网络吞吐量最多的通信节点；

状态评估模块,用于接收便携式数据接收模块传输的数据，并根据这些数据对直流接地极状态进行综合评估；

第二通信模块,用于将状态评估模块的处理结果传输至服务器；

服务器模块,用于对处理结果进行存储，并向电网检修人员提供查询；

查询模块，用于当电网检修人员需要查询直流接地极综合评估状态时，通过向服务器模块发送查询请求，服务器模块根据查询请求查找映射的直流接地极综合评估状态，并将其推送至查询模块指定的查询端口地址。

所述第一通信模块中，当一处直流接地极测量工作结束，对下一处直流接地极测量时，需要变更选接的通信节点，如果变更介入通信节点通信路径空闲，便携式数据接收模块在t时刻正处于第一通信节点覆盖范围内，便携式数据接收模块向第一通信节点发起选接需求，第一通信节点接收到便携式数据接收模块的选接需求后，在时间

内为便携式数据接收模块提前空出通信路径，其中

为该通信节点可以为便携式数据接收模块提供的最大服务时间，

为错误差量，此时向第二通信节点发出选接需求，第二通信节点在

时刻提前空出通信路径网络吞吐量，

为变更介入通信节点能够为便携式数据接收模块提供的最大服务时间，当便携式数据接收模块完成通信节点的变更介入后，当前为便携式数据接收模块提供服务的通信节点也向下一个服务通信节点发送一个提前空出通信路径的申请，下个服务通信节点在时间

的时间内为便携式数据接收模块提前空出通信路径，其中

为通信节点执行变更介入的时间，

为下个通信节点提供服务的时间，以此类推，当便携式数据接收模块在第N个通信节点的服务下完成全部测量任务，则当前服务通信节点释放当前便携式数据接收模块占用的通信路径，并取消之前发往下个通信节点提前空出通信路径的申请。

如果通信节点通信路径繁忙，则将变更介入入网需求进行等候，以变更介入入网需求先后顺次或紧急程度从高到低的顺序依次完成通信节点的变更介入工作。

定义整个直流接地极测量过程的作业时间，在整个直流接地极测量过程的作业时间内计算通信节点数据传输稳定率R，定义通信节点传输稳定预测阈值为R1，如果R大于R1，表明该通信节点传输稳定性良好，如果R小于R1，该通信节点传输稳定性较差，选取下一个通信节点执行变更接入，如果变更接入的通信节点还是R小于R1，保持当前状态，不继续执行变更接入，通信节点数据传输稳定率R计算方式如下：

其中，j和i分别为通信节点和便携式数据接收模块的序号

，

，

为通信节点发生丢包的总次数，

为便携式数据接收模块接入通信节点总次数，

为通信节点j发生丢包的概率，

为便携式数据接收模块i因通信节点j丢包导致接入的时延，

为整个直流接地极测量过程的作业时间，单位为分钟。

一种根据所述直流接地极电变量测量系统，其状态评估方法包括以下步骤：

步骤一：判断接地极安全状态是否合格，如果不合格则需要对接地极或周边关键物体进行改造。

步骤二：如果判断接地极安全状态合格，测试接地极的接地电阻、最大跨步电势、最大接触电势等关键参数。

步骤三：根据接地极对周围环境影响的大小以及特征参数与接地极运行状态之间的相关度，给每个特征参数分配一定的权重。

最大跨步电势与最大接触电势涉及到运维人员与附近居民的人身安全，其权重k应最大；接地体的腐蚀是影响接地极电气性能的最主要原因，其权重也应较大；由于目前对直流输电系统单极大地回线运行的工况有极其严格的限制，一般2h内会转为单极金属回线运行，且一般接地极设计时电极最高温升以及电缆载流量均留有较大的裕度，所以电极最高温升以及主电缆分流最大不均匀系数的权重可略小；直流接地极的接地电阻主要影响地电位升，在保证最大跨步电势和最大接触电势满足要求的条件下，接地电阻的权重可适当降低。

综上，各参量权重的大小关系可按以下规律确定：k ₂= k ₃> k ₆> k ₄= k ₅> k ₁，推荐取值如下（可根据接地极具体情况作适当调整）：k ₁=0.12，k ₂= k ₃=0.20，k ₄= k ₅=0.15，k ₆=0.18。

步骤四：将各值带入到公式中，得到接地极每一个单项的分数P’=100k’(C’-M’)/(C’-O’)，接地极安全状态评估的总得分P为所有单相得分的和。

步骤五：确定各安全等级V1~V5的划分情况。

存在以下情况之一，则判定直流接地极安全状态不合格，需对接地极或周边关键物体进行改造：

（1）接地电阻、跨步电势、接触电势等关键电气参数超过相关标准限值；

（2）接地极出现温度达到90℃的运行工况；

（3）接地极受腐蚀程度超过设计允许值；

（4）折算到额定电流下流过任意主电缆的电流超出其载流量；

（5）接地极附近1km内有未经改造的金属围栏、吊线式架空光缆或金属管道等长距离多点接地系统（根据表1判定）。

未出现以上情况的直流接地极可对接地极的安全状态进行评估，表1为直流接地极安全状态评估的关键参数。

表 1 直流接地极安全状态评估关键参数

条目	初始值O	标准限值C	测量值M	权重<i>k</i>
					接地电阻R/Ω	R<sub>O</sub>	R<sub>C</sub>	R<sub>M</sub>	<i>k</i><sub>1</sub>
最大跨步电势U/V	U<sub>O</sub>	U<sub>C</sub>	U<sub>M</sub>	<i>k</i><sub>2</sub>
					最大接触电势Ut/V	Ut<sub>O</sub>	Ut<sub>C</sub>	Ut<sub>M</sub>	<i>k</i><sub>3</sub>
主电缆分流最大不均匀系数K	K<sub>O</sub>	K<sub>C</sub>	K<sub>M</sub>	<i>k</i><sub>4</sub>
					电极最高温度T/℃	T<sub>O</sub>	T<sub>C</sub>	T<sub>M</sub>	<i>k</i><sub>5</sub>
接地极腐蚀量W/kg	W<sub>O</sub>	W<sub>C</sub>	W<sub>M</sub>	<i>k</i><sub>6</sub>

接地电阻、最大跨步电势、最大接触电势、主电缆分流最大不均匀系数、电极最高温度等均应直接或间接通过测量得到；电极最高温度采用仿真计算的结果；接地极的腐蚀量可通过现有技术进行估算。

接地极每一个单项的分数P’=100k’(C’-M’)/(C’-O’)，接地极安全状态评估的总得分P为所有单相得分的和。接地极安全状态划分为很安全（V1）、较安全（V2）、安全（V3）、较不安全（V4）、不安全（V5）共5个等级：

很安全（V1）：表示接地极状态良好，各项性能指标几乎没有降低；

较安全（V2）：表示接地极目前运行状态良好，部分电极可能出现了轻微腐蚀，接地极电气性能略有降低，发生故障的可能性较低，可适当延长检修周期；

安全（V3）：表示接地极运行状态安全，部分关键电气性能指标可能出现较大幅度升高，但仍在安全限制以内，电极可能出现了中度腐蚀，应保证对该接地极的定期检修；

较不安全（V4）：表示接地极运行状态存在较高的安全风险，由于运行年限过久或运行环境过于恶劣电极腐蚀较为严重，部分关键电气性能指标下降明显，在将入地电流限制在较低的情况下该接地极可继续运行一段时间，但应及时对其关键电气参数进行复测，进一步确认安全状态，若确实存在较高安全风险应进行整改维修；

不安全（V5）：表示该接地极运行状态存在很高的安全风险，接地极关键电气性能大幅降低，电极可能出现了严重的腐蚀，入地电流较高时安全事故的可能性很大，应对分流较大的部分电极井进行开挖检查，对接地极进行整改维修。

表 2 直流接地极安全状态评估等级划分表

得分	评价等级
		85~100	V1
70~85	V2
		60~70	V3
40~60	V4
		<40	V5

各安全等级具体划分情况如表2所示，该等级划分规则有一定弹性空间。结合总得分P，对接地极的运行状态进行综合评估。

Claims (5)

1.一种直流接地极电变量测量系统，其特征在于包括：

直流接地极测量模块,用于对直流接地极的接地电阻、最大跨步电势、最大接触电势、主电缆分流最大不均匀系数和电极最高温度进行测量；

便携式数据接收模块，用于接收直流接地极测量模块测量得到的数据，并将数据通过第一通信模块传输至状态评估模块；

第一通信模块,用于当便携式数据接收模块发送入网需求时，扫描便携式数据接收模块所在位置的实时被覆盖的通信节点数量,只有一个通信节点信号覆盖时，搜索该通信节点是否存在空闲通信路径，如果存在空闲通信路径便自动选接至该通信路径，如果该通信节点没有搜索空闲通信路径，所述入网需求进行等候，预设所述通信节点对所述便携式数据接收模块的最长服务时间，以及预设等候时间，所述最长服务时间可以为多个，当通信节点空出通信路径网络吞吐量且预设等候时间小于最长服务时间，按入网需求等候的先后顺次或紧急程度选接至通信节点通信路径，如果入网需求没有成功选接，刷新通信节点的最大服务时间，再次预设新的等候时间，继续按入网需求先后顺序或紧急程度依次选接至通信节点通信路径，当预设等候时间大于最长服务时间时中止入网需求，有多个通信节点信号覆盖时，如果便携式数据接收模块分布密度小于通信路径的预测阈值，则通信路径网络吞吐量富余，反之通信路径网络吞吐量紧张，当通信路径网络吞吐量富余，选接实时服务时间最长的通信节点，当通信路径网络吞吐量紧张，选接空闲通信路径网络吞吐量最多的通信节点；

状态评估模块,用于接收便携式数据接收模块传输的数据，并根据这些数据对直流接地极状态进行综合评估；

第二通信模块,用于将状态评估模块的处理结果传输至服务器；

服务器模块,用于对处理结果进行存储，并向电网检修人员提供查询；

查询模块，用于当电网检修人员需要查询直流接地极综合评估状态时，通过向服务器模块发送查询请求，服务器模块根据查询请求查找映射的直流接地极综合评估状态，并将其推送至查询模块指定的查询端口地址。

2.根据权利要求1所述直流接地极电变量测量系统，其特征在于所述第一通信模块中，当一处直流接地极测量工作结束，对下一处直流接地极测量时，需要变更选接的通信节点，如果变更介入通信节点通信路径空闲，便携式数据接收模块在t时刻正处于第一通信节点覆盖范围内，便携式数据接收模块向第一通信节点发起选接需求，第一通信节点接收到便携式数据接收模块的选接需求后，在时间

内为便携式数据接收模块提前空出通信路径，其中

为该通信节点可以为便携式数据接收模块提供的最大服务时间，

为错误差量，此时向第二通信节点发出选接需求，第二通信节点在

时刻提前空出通信路径网络吞吐量，

为变更介入通信节点能够为便携式数据接收模块提供的最大服务时间，当便携式数据接收模块完成通信节点的变更介入后，当前为便携式数据接收模块提供服务的通信节点也向下一个服务通信节点发送一个提前空出通信路径的申请，下个服务通信节点在时间

的时间内为便携式数据接收模块提前空出通信路径，其中

为通信节点执行变更介入的时间，

为下个通信节点提供服务的时间，以此类推，当便携式数据接收模块在第N个通信节点的服务下完成全部测量任务，则当前服务通信节点释放当前便携式数据接收模块占用的通信路径，并取消之前发往下个通信节点提前空出通信路径的申请。

3.根据权利要求2所述直流接地极电变量测量系统，其特征在于：如果通信节点通信路径繁忙，则将变更介入入网需求进行等候，以变更介入入网需求先后顺次或紧急程度从高到低的顺序依次完成通信节点的变更介入工作。

4.根据权利要求3所述直流接地极电变量测量系统，其特征在于：定义整个直流接地极测量过程的作业时间，在整个直流接地极测量过程的作业时间内计算通信节点数据传输稳定率R，定义通信节点传输稳定预测阈值为R1，如果R大于R1，表明该通信节点传输稳定性良好，如果R小于R1，该通信节点传输稳定性较差，选取下一个通信节点执行变更接入，如果变更接入的通信节点还是R小于R1，保持当前状态，不继续执行变更接入，通信节点数据传输稳定率R计算方式如下：

其中，j和i分别为通信节点和便携式数据接收模块的序号,j∈[1,

]，i∈[1,

]，

为通信节点发生丢包的总次数，

为便携式数据接收模块接入通信节点总次数，

为通信节点j发生丢包的概率，

为便携式数据接收模块i因通信节点j丢包导致接入的时延，

为整个直流接地极测量过程的作业时间，单位为分钟。

5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述直流接地极电变量测量系统，其状态评估方法包括以下步骤：

步骤一：判断接地极安全状态是否合格，如果不合格则需要对接地极或周边关键物体进行改造；

步骤二：如果判断接地极安全状态合格，读取接地极的接地电阻、最大跨步电势和最大接触电势；

步骤三：给每个特征参数分配权重；

步骤四：将各值带入到公式中，得到接地极每一个单项的分数P’=100k’(C’-M’)/(C’-O’)，接地极安全状态评估的总得分P为所有单相得分的和，其中，C’为每一个单项的标准极限值，M’为每一个单项的测量值，O’为每一个单项的初始值， k’为每一个单项的权重；

步骤五：确定各安全等级V1~V5的划分情况。

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