CN114778984B - 基于地表电位变化的变电站杂散电流检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统中的杂散电流是否入侵城市变电站的检测方法，公开了一种基于地表电位变化的变电站杂散电流检测方法，在变电站内接地网引出线附近及变电站外布置参比电极，利用地表电位传感器同步采集地表电位信号U1(t)和U2(t)。计算当前时刻t及其前10秒内U1(t)和U2(t)的平均值k1(t)、k2(t)。计算Δh＝k2(t)‑k1(t)，若连续5个Δh均满足Δh>0.2，则判断当前时刻有杂散电流入侵变电站。

Description

基于地表电位变化的变电站杂散电流检测方法
技术领域
本发明涉及电力系统中的杂散电流是否入侵城市变电站的检测方法，尤其涉及一种利用地表电位变化来判断变电站是否受到杂散电流入侵的方法。
背景技术
我国地铁供电制式主要采用DC1500V，且主要利用钢轨进行回流，由于钢轨存在纵向电阻，且钢轨并不能做到对大地完全绝缘，部分牵引回流泄漏到土壤中从而形成杂散电流。当杂散电流流入到变电站接地网上时，会引起接地网自然腐蚀电位正向偏移，加速接地网的腐蚀。及时发现接地网的腐蚀、断裂等故障对于保证接地网安全运行具有重要意义。考虑杂散电流对接地网造成的腐蚀时，最直观的是监测接地网及附近土壤中杂散电流的大小及流动方向，但是现有的手段无法做到直接监测。而电流在土壤及金属间流散时，会在土壤中产生压降并形成一定的地表电位。地表电位可以间接反映地下导体的实际状况，已作为衡量接地网安全性的指标之一，反映了变电站的整体接地安全。因此有必要研究地表电位的变化情况来判断杂散电流的入侵情况，可以为杂散电流造成的接地网腐蚀问题提供指导意义。
当前在工程应用中，应用地表电位变化来判定杂散电流干扰主要应用于埋地长线路管道上，通过管道上方地表电位梯度值或金属自然腐蚀电位正移值来判定杂散电流对管道的干扰状况。管道的结构较为简单，且很多情况下管道并不是交错分布，因而上述两种测试方法可以随时进行，无需长时间进行监测，测得的数据只需与标准值进行对比即可判定该管道是否受到杂散电流干扰。而直流地铁杂散电流的产生受地铁列车实际运行参数影响，导致杂散电流的泄漏位置、大小等均具有不确定性，并且变电站内设备众多且运行方式多样，接地网的尺寸、埋深，土壤电阻率，变电站与线路的距离等均会使得地表电位的变化具有时变性。因而判定管道所受杂散电流干扰的方法无法直接移植于变电站所受地铁杂散电流入侵的判定中。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于地表电位变化的变电站杂散电流检测方法，拟利用地表电位传感器长时间采集地表电位信号，通过地表电位信号间的差值进而判断杂散电流是否入侵变电站；
本发明采用的技术方案如下：
基于地表电位变化的变电站杂散电流检测方法，包括以下步骤：
步骤1：在变电站内的接地网的引出线O点附近的土壤区域的一P点埋入参比电极Z1，所述O点与P点之间的距离不超过5米；在变电站外的一Q点埋入参比电极Z2，Q点在O点和P点所连直线的延长线上，且Q点距离变电站的距离不小于5米；
步骤2：分别利用地表电位传感器M1和M2同步采集O点和P点之间以及O点和Q点之间的地表电位信号U1(t)和U2(t)；
步骤3：计算当前时刻之前10秒内的地表电位信号U1(t)的平均值k1(t)，计算当前时刻之前10秒内的地表电位信号U2(t)的平均值k2(t)；
步骤4：采用如下公式计算Δh：
Δh＝k2(t)-k1(t)；
若连续5个Δh均满足Δh>0.2，则判断当前时刻有杂散电流入侵变电站。
本发明引入了科学的判断杂散电流是否入侵变电站的技术手段：本发明利用地表电位传感器长时间监测地表电位信号来判断地铁杂散电流入侵变电站的情况。传统的判断管道受杂散电流干扰的方法多为进行单点短时测试，测试数据容易受到测试人员与测试位置的影响，无法保证测试结果的稳定。本发明从实际出发，根据变电站内设备众多，地铁列车收发车以及运行间隔具有一定的规律性，利用地表电位信号间的差值大小，可以在任意时刻判断杂散电流是否入侵变电站。
优选的，步骤2中所述地表电位传感器M1和M2的信号采样频率均≥1Hz，同步误差≤1μs；地表电位传感器M1和M2的量程均≤±5V，精度值均≤0.1％；地表电位传感器M1和M2的正极均接O点的接地网引出线，负极分别连接参比电极Z1和参比电极Z2。
优选的，所述参比电极Z1和参比电极Z2采用硫酸铜参比电极。
本发明的有益效果包括：
1.本发明引入了科学的判断杂散电流是否入侵变电站的技术手段：本发明利用地表电位传感器长时间监测地表电位信号来判断地铁杂散电流入侵变电站的情况。传统的判断管道受杂散电流干扰的方法多为进行单点短时测试，测试数据容易受到测试人员与测试位置的影响，无法保证测试结果的稳定。本发明从实际出发，根据变电站内设备众多，地铁列车收发车以及运行间隔具有一定的规律性，利用地表电位信号间的差值大小，可以在任意时刻判断杂散电流是否入侵变电站。
2.采用稳定性更好的硫酸铜参比电极以及精度更高、量程更小的地表电位传感器，能够有效排除数据不稳定性造成的测量误差，避免测试结果出现错误，抗干扰的能力更强。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的测试设备总体布置示意图；
图3为本发明在实施实验中的设备布置示意图；
图4为本发明在实施实验中的检测结果示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面结合附图1和附图4对本发明作进一步的详细说明：
参见附图1和附图2所示，基于地表电位变化的变电站杂散电流检测方法，包括以下步骤：
步骤1：在变电站内的接地网的引出线O点附近的土壤区域的一P点埋入参比电极Z1，所述O点与P点之间的距离不超过5米；在变电站外的一Q点埋入参比电极Z2，Q点在O点和P点所连直线的延长线上，且Q点距离变电站的距离不小于5米；
步骤2：分别利用地表电位传感器M1和M2同步采集O点和P点之间以及O点和Q点之间的地表电位信号U1(t)和U2(t)；
步骤3：计算当前时刻之前10秒内的地表电位信号U1(t)的平均值k1(t)，计算当前时刻之前10秒内的地表电位信号U2(t)的平均值k2(t)；
步骤4：采用如下公式计算Δh：
Δh＝k2(t)-k1(t)；
若连续5个Δh均满足Δh>0.2，则判断当前时刻有杂散电流入侵变电站。
本发明引入了科学的判断杂散电流是否入侵变电站的技术手段：本发明利用地表电位传感器长时间监测地表电位信号来判断地铁杂散电流入侵变电站的情况。传统的判断管道受杂散电流干扰的方法多为进行单点短时测试，测试数据容易受到测试人员与测试位置的影响，无法保证测试结果的稳定。本发明从实际出发，根据变电站内设备众多，地铁列车收发车以及运行间隔具有一定的规律性，利用地表电位信号间的差值大小，可以在任意时刻判断杂散电流是否入侵变电站。
步骤2中所述地表电位传感器M1和M2的信号采样频率均≥1Hz，同步误差≤1μs；地表电位传感器M1和M2的量程均≤±5V，精度值均≤0.1％；地表电位传感器M1和M2的正极均接O点的接地网引出线，负极分别连接参比电极Z1和参比电极Z2。
所述参比电极Z1和参比电极Z2采用硫酸铜参比电极。
实施实验
为使本发明的内容更为清晰直观，对某一个简单接地网，利用本发明提供的方法和设备进行杂散电流的检测。如图3所示，该简单接地网由直径8mm的镀锌圆钢焊接而成，接地网总体尺寸为2m*2m，网格尺寸为0.5m*0.5m，五根垂直接地极长度均为0.8m，接地网埋深为0.2m。本次测试信号采样频率为1Hz，地表电位传感器量程为±2V，精度值为0.1％，同步误差不超过1μs。测试中以垂直接地极代表变电站中接地网的引出线。选择其中一根垂直接地极作为O点，参比电极Z1、Z2分别埋设在P、Q两点。地表电位传感器M1和M2的正极均接O点的接地网引出线，M1和M2的负极分别接Z1和Z2。利用恒流源向另一根垂直接地极注入0.073A的直流，模拟杂散电流入侵变电站。由检测结果可以看出，在有杂散电流入侵的时候，任意10秒内M1及M2采集到的地表电位信号U1(t)和U2(t)的平均值k1(t)、k2(t)相差约为1.5，其中k2(t)-k1(t)≈1.5。即满足连续5个Δh>0.2。因此可以基于地表电位的变化来检测杂散电流是否入侵变电站。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (3)

1.基于地表电位变化的变电站杂散电流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在变电站内的接地网的引出线O点附近的土壤区域的一P点埋入参比电极Z1，所述O点与P点之间的距离不超过5米；在变电站外的一Q点埋入参比电极Z2，Q点在O点和P点所连直线的延长线上，且Q点距离变电站的距离不小于5米；
步骤2：分别利用地表电位传感器M1和M2同步采集O点和P点之间以及O点和Q点之间的地表电位信号U1(t)和U2(t)；
步骤3：计算当前时刻之前10秒内的地表电位信号U1(t)的平均值k1(t)，计算当前时刻之前10秒内的地表电位信号U2(t)的平均值k2(t)；
步骤4：采用如下公式计算Δh：
Δh＝k2(t)-k1(t)；
若连续5个Δh均满足Δh>0.2，则判断当前时刻有杂散电流入侵变电站。
2.根据权利要求1所述的基于地表电位变化的变电站杂散电流检测方法，其特征在于，步骤2中所述地表电位传感器M1和M2的信号采样频率均≥1Hz，同步误差≤1μs；地表电位传感器M1和M2的量程均≤±5V，精度值均≤0.1％；地表电位传感器M1和M2的正极均接O点的接地网引出线，负极分别连接参比电极Z1和参比电极Z2。
3.根据权利要求1所述的基于地表电位变化的变电站杂散电流检测方法，其特征在于，所述参比电极Z1和参比电极Z2采用硫酸铜参比电极。
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