CN114184766B - 一种基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估平台及方法 - Google Patents

一种基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估平台及方法 Download PDF

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Abstract

基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估方法，依据试验方法，进行基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估平台的搭建；依据试验要求，对接地网进行分段，然后进行接地网直流工作电流和土壤腐蚀离子浓度测量，通过核心控制主机采集直流工作电流传感器测得的接地网的直流工作电压电流以及腐蚀离子传感器测得的土壤腐蚀离子浓度；通过试验平台对接地网外接引出端口的选取，并对接地网进行特征参量的提取，并结合土壤的腐蚀离子浓度，获得接地网土壤危害特性评估因素，对接地网土壤危害特性进行评价，本发明考虑了腐蚀离子对接地网直流工作电流的影响，实现了对接地网土壤危害特性的准确评价。

Description

一种基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估平台及方法
技术领域
本发明属于接地网土壤危害评估领域，特别是一种基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估平台及方法。
背景技术
随着电力系统的不断发展，对变电站的稳定性和安全性有着更加高的要求，接地网作为变电站重要的接地设备，对变电站起着保护作用。接地网主要作用是将变电站内的电气设备或其他物件与大地之间构成电气连接，接地网的特性直接影响着变电站内电气设备在遭受极端工况下的可靠运行能力。但是由于接地网长期处在土壤之中，会受到土壤中各种因素的腐蚀影响，以至于接地网不能很好的保护变电站电气设备，导致出现重大事故。
对接地网土壤危害特性的评估目前来说比较少见，没有一套联系实际的测试评估平台和方法。而且对接地网土壤危害特性的评估时，特征参数的提取往往受到土壤中各种因素的影响，其中就包括土壤中的腐蚀离子。因此为了准确的评估接地网土壤危害特性，目前急需一种基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估平台及方法，用以准确的评估接地网土壤危害特性，以提高变电站的运行安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估方法。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估平台，该平台包括：核心控制主机、直流工作电压发生器、接地极一、接地极二、数据采集器、直流工作电流测试仪、直流工作电压发生控制器、开关、土壤箱、信号电缆、钢针、腐蚀离子传感器、直流工作电流传感器、输入电缆、接地网、接地网外接引出端口一、接地网外接引出端口二；
其中：直流工作电压发生器的输出端通过输入电缆连接开关，开关连接接地网外接引出端口一，接地网外接引出端口一、接地网外接引出端口二与接地网连接，接地网外接引出端口二通过连接线与直流工作电压发生器的输入端相连，接地网放置在土壤箱里，土壤箱内填充土壤，土壤箱与接地极二相连，直流工作电压发生器与直流工作电压发生控制器连接，直流工作电压发生控制器与核心控制主机连接，直流工作电压发生器接地端与接地极一相连；
所述直流工作电流传感器套在开关与接地网外接引出端口一的连接线上，直流工作电流传感器信号输出端与直流工作电流测试仪连接，直流工作电流测试仪输出端通过信号电缆连接到数据采集器，数据采集器与核心控制主机相连；
所述腐蚀离子传感器分别经由钢针通过信号电缆连接到数据采集器；
所述腐蚀离子传感器、接地网置于土壤箱内，钢针、接地网外接引出端口一、接地网外接引出端口二半插在土壤箱内；
评估包括以下步骤：
S1：根据接地网外接引出端口对接地网进行分段，对每一段接地网进行直流工作电流和土壤腐蚀离子进行测试，具体步骤为：将直流工作电压发生器与接地网外接引出端口相连，通过核心控制主机控制直流工作电压发生控制器设定直流工作电压发生器输出幅值为U0的直流工作电压，调节开关使开关接通，通过直流工作电流传感器测量某一段接地网在直流工作电压下产生的直流工作电流I，并通过数据采集器传输至核心控制主机中，将钢针插入所测的某一段接地网所在的土壤内，通过腐蚀离子传感器测出土壤内腐蚀离子的浓度C1和C2；
S2：调整直流工作电压发生器与其他段接地网外接引出端口相连，并重复进行步骤S2，使用直流工作电流测试仪测得每一段接地网的直流工作电流和土壤腐蚀离子浓度实测值，得到n组实测数据；
S3：由下式计算基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评判因子一D1：
Figure GDA0003748018230000021
式中，D1为接地网土壤危害特性评判因子一，C1为接地网土壤中腐蚀离子1的浓度，C2为接地网土壤中腐蚀离子2的浓度；
S4：采用迭代算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的h0值，具体步骤为：
1)随机生成初始解h，计算目标函数f(h)：
Figure GDA0003748018230000022
式中，f(h)表示目标函数，D1K为第K组接地网的土壤危害特性评判因子一，IK为第K组接地网直流工作电流实测值，IzK为第K组接地网的直流工作电流标准值，X为接地网运行时间，n为实测组数；
2)产生扰动新解h'，计算目标函数△f＝f(h)-f(h')；若△f≥0，则接受新解，否则，按概率接受准则获得新解；
3)判断是否达到迭代次数，若达到转第四步，否则，转第二步；
4)判断是否满足终止条件，若满足则运算结束，返回最优解，否则重置迭代次数转第二步；
S5：根据步骤S4优化得出的最优值h0代入公式(1)，得到优化后接地网土壤危害特性评判因子一的计算公式：
Figure GDA0003748018230000031
式(3)中，D0为优化后的接地网土壤危害特性评判因子一，h0为优化后的误差系数；
S6：将步骤S5得出的优化后的接地网土壤危害特性评判因子一D0代入公式(4)，得到接地网土壤危害特性评判因子二D2：
Figure GDA0003748018230000032
S7：综合上述计算，得出基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估因素D：
Figure GDA0003748018230000033
PK为第K组接地网的基准权重因子，D2K为第K组接地网的土壤危害特性评判因子二；
当D∈(0，1]时，表征接地网土壤危害特性良好；当D∈(1，7]时，表征接地网土壤危害特性一般，应当定期检查维护；当D∈(7，+∞)时，表征接地网土壤危害特性较差，应当经常检查维护。
本发明的有益效果在于，通过对接地网的分段划分，能够有效模拟出考虑土壤腐蚀离子的接地网土壤危害特性。通过对接地网土壤腐蚀离子浓度和特征参量的提取，可以将土壤腐蚀离子考虑在接地网整体土壤危害特性的评估之中；通过对接地网分段划分，并提取多组特征参量，提高评估效果的整体性以及准确性。试验装置操作方便，安全可靠。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是发明中测评方法的流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。一种基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估平台及方法具体实施方式包括以下步骤：
搭建一种基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估平台：
如图1，本发明的试验平台包括：核心控制主机(01)、直流工作电压发生器(02)、接地极一(03a)、接地极二(03b)、数据采集器(04)、直流工作电流测试仪(05)、直流工作电压发生控制器(06)、开关(08)、土壤箱(10)、信号电缆(12)、钢针(13)、腐蚀离子传感器(14)、直流工作电流传感器(15)、输入电缆(16)、接地网(17)、接地网外接引出端口一(18a)、接地网外接引出端口二(18b)；
其中：直流工作电压发生器(02)的输出端通过输入电缆(16)连接开关(08)，开关(08)连接接地网外接引出端口一(18a)，接地网外接引出端口一(18a)、接地网外接引出端口二(18b)与接地网(17)连接，接地网外接引出端口二(18b)通过连接线与直流工作电压发生器(02)的输入端相连，接地网(17)放置在土壤箱(10)里，土壤箱(10)内填充土壤，土壤箱(10)与接地极二(03b)相连，直流工作电压发生器(02)与直流工作电压发生控制器(06)连接，直流工作电压发生控制器(06)与核心控制主机(01)连接，直流工作电压发生器(02)接地端与接地极一(03a)相连；
所述直流工作电流传感器(15)套在开关(08)与接地网外接引出端口一(18a)的连接线上，直流工作电流传感器(15)信号输出端与直流工作电流测试仪(05)连接，直流工作电流测试仪(05)输出端通过信号电缆(12)连接到数据采集器(04)，数据采集器(04)与核心控制主机(01)相连；
所述腐蚀离子传感器(14)分别经由钢针(13)通过信号电缆(12)连接到数据采集器(04)；
所述腐蚀离子传感器(14)、接地网(17)置于土壤箱(10)内，钢针(13)、接地网外接引出端口一(18a)、接地网外接引出端口二(18b)半插在土壤箱(10)内；
评估包括以下步骤：
S1：根据接地网外接引出端口对接地网进行分段，对每一段接地网进行直流工作电流和土壤腐蚀离子进行测试，具体步骤为：将直流工作电压发生器(02)与接地网外接引出端口相连，通过核心控制主机(01)控制直流工作电压发生控制器(06)设定直流工作电压发生器(02)输出幅值为U0的直流工作电压，调节开关(08)使开关(08)接通，通过直流工作电流传感器(15)测量某一段接地网(17)在直流工作电压下产生的直流工作电流I，并通过数据采集器(04)传输至核心控制主机(1)中，将钢针(13)插入所测的某一段接地网所在的土壤内，通过腐蚀离子传感器(14)测出土壤内腐蚀离子的浓度C1和C2；
S2：调整直流工作电压发生器(02)与其他段接地网外接引出端口相连，并重复进行步骤S2，使用直流工作电流测试仪(05)测得每一段接地网的直流工作电流和土壤腐蚀离子浓度实测值，得到n组实测数据；
S3：由下式计算基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评判因子一D1：
Figure GDA0003748018230000051
式中，D1为接地网土壤危害特性评判因子一，C1为接地网土壤中腐蚀离子1的浓度，C2为接地网土壤中腐蚀离子2的浓度；
S4：采用迭代算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的h0值，具体步骤为：
2)随机生成初始解h，计算目标函数f(h)：
Figure GDA0003748018230000052
式中，f(h)表示目标函数，D1K为第K组接地网的土壤危害特性评判因子一，IK为第K组接地网直流工作电流实测值，IzK为第K组接地网的直流工作电流标准值，X为接地网运行时间，n为实测组数；
2)产生扰动新解h'，计算目标函数△f＝f(h)-f(h')；若△f≥0，则接受新解，否则，按概率接受准则获得新解；
3)判断是否达到迭代次数，若达到转第四步，否则，转第二步；
4)判断是否满足终止条件，若满足则运算结束，返回最优解，否则重置迭代次数转第二步；
S5：根据步骤S4优化得出的最优值h0代入公式(1)，得到优化后接地网土壤危害特性评判因子一的计算公式：
Figure GDA0003748018230000053
式(3)中，D0为优化后的接地网土壤危害特性评判因子一，h0为优化后的误差系数；
S6：将步骤S5得出的优化后的接地网土壤危害特性评判因子一D0代入公式(4)，得到接地网土壤危害特性评判因子二D2：
Figure GDA0003748018230000054
S7：综合上述计算，得出基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估因素D：
Figure GDA0003748018230000055
PK为第K组接地网的基准权重因子，D2K为第K组接地网的土壤危害特性评判因子二；
当D∈(0，1]时，表征接地网土壤危害特性良好；当D∈(1，7]时，表征接地网土壤危害特性一般，应当定期检查维护；当D∈(7，+∞)时，表征接地网土壤危害特性较差，应当经常检查维护。

Claims (1)

1.一种基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估方法，其特征在于，该接地网土壤危害特性评估方法是基于接地网土壤危害特性评估平台，该平台包括核心控制主机(01)、直流工作电压发生器(02)、接地极一(03a)、接地极二(03b)、数据采集器(04)、直流工作电流测试仪(05)、直流工作电压发生控制器(06)、开关(08)、土壤箱(10)、信号电缆(12)、钢针(13)、腐蚀离子传感器(14)、直流工作电流传感器(15)、输入电缆(16)、接地网(17)、接地网外接引出端口一(18a)、接地网外接引出端口二(18b)；
其中：直流工作电压发生器(02)的输出端通过输入电缆(16)连接开关(08)，开关(08)连接接地网外接引出端口一(18a)，接地网外接引出端口一(18a)、接地网外接引出端口二(18b)与接地网(17)连接，接地网外接引出端口二(18b)通过连接线与直流工作电压发生器(02)的输入端相连，接地网(17)放置在土壤箱(10)里，土壤箱(10)内填充土壤，土壤箱(10)与接地极二(03b)相连，直流工作电压发生器(02)与直流工作电压发生控制器(06)连接，直流工作电压发生控制器(06)与核心控制主机(01)连接，直流工作电压发生器(02)接地端与接地极一(03a)相连；
所述直流工作电流传感器(15)套在开关(08)与接地网外接引出端口一(18a)的连接线上，直流工作电流传感器(15)信号输出端与直流工作电流测试仪(05)连接，直流工作电流测试仪(05)输出端通过信号电缆(12)连接到数据采集器(04)，数据采集器(04)与核心控制主机(01)相连；
所述腐蚀离子传感器(14)分别经由钢针(13)通过信号电缆(12)连接到数据采集器(04)；
所述腐蚀离子传感器(14)、接地网(17)置于土壤箱(10)内，钢针(13)、接地网外接引出端口一(18a)、接地网外接引出端口二(18b)半插在土壤箱(10)内；
评估包括以下步骤：
S1：根据接地网外接引出端口对接地网进行分段，对每一段接地网进行直流工作电流和土壤腐蚀离子进行测试，具体步骤为：将直流工作电压发生器(02)与接地网外接引出端口相连，通过核心控制主机(01)控制直流工作电压发生控制器(06)设定直流工作电压发生器(02)输出幅值为U0的直流工作电压，调节开关(08)使开关(08)接通，通过直流工作电流传感器(15)测量某一段接地网(17)在直流工作电压下产生的直流工作电流I，并通过数据采集器(04)传输至核心控制主机(1)中，将钢针(13)插入所测的某一段接地网所在的土壤内，通过腐蚀离子传感器(14)测出土壤内腐蚀离子的浓度C1和C2；
S2：调整直流工作电压发生器(02)与其他段接地网外接引出端口相连，并重复进行步骤S2，使用直流工作电流测试仪(05)测得每一段接地网的直流工作电流和土壤腐蚀离子浓度实测值，得到n组实测数据；
S3：由下式计算基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评判因子一D1：
Figure FDA0003748018220000021
式中，D1为接地网土壤危害特性评判因子一，C1为接地网土壤中腐蚀离子1的浓度，C2为接地网土壤中腐蚀离子2的浓度；
S4：采用迭代算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的h0值，具体步骤为：
1)随机生成初始解h，计算目标函数f(h)：
Figure FDA0003748018220000022
式中，f(h)表示目标函数，D1K为第K组接地网的土壤危害特性评判因子一，IK为第K组接地网直流工作电流实测值，IzK为第K组接地网的直流工作电流标准值，X为接地网运行时间，n为实测组数；
2)产生扰动新解h'，计算目标函数△f＝f(h)-f(h')；若△f≥0，则接受新解，否则，按概率接受准则获得新解；
3)判断是否达到迭代次数，若达到转第四步，否则，转第二步；
4)判断是否满足终止条件，若满足则运算结束，返回最优解，否则重置迭代次数转第二步；
S5：根据步骤S4优化得出的最优值h0代入公式(1)，得到优化后接地网土壤危害特性评判因子一的计算公式：
Figure FDA0003748018220000023
式(3)中，D0为优化后的接地网土壤危害特性评判因子一，h0为优化后的误差系数；
S6：将步骤S5得出的优化后的接地网土壤危害特性评判因子一D0代入公式(4)，得到接地网土壤危害特性评判因子二D2：
Figure FDA0003748018220000024
S7：综合上述计算，得出基于腐蚀离子的接地网土壤危害特性评估因素D：
Figure FDA0003748018220000031
PK为第K组接地网的基准权重因子，D2K为第K组接地网的土壤危害特性评判因子二；
当D∈(0，1]时，表征接地网土壤危害特性良好；当D∈(1，7]时，表征接地网土壤危害特性一般，应当定期检查维护；当D∈(7，+∞)时，表征接地网土壤危害特性较差，应当经常检查维护。
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