CN120927552B - 多通道接地网腐蚀检测同步测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多通道接地网腐蚀检测同步测量系统及方法，涉及接地网腐蚀检测技术领域，通过预设通道切换策略对接地网端口对进行快速轮巡，实时构建原始端口响应矩阵并提取阻抗时域序列；利用指纹哈希与邻接相似度剔除拓扑失配伪腐蚀支路；在可观测度不足时自动规划新增测点并执行增补测量；融合多批次数据后采用稀疏保持优化模型增量重建接地网拓扑，并以电阻约束最大子图同构校验一致性；最后依据残差下降、拓扑匹配与可观测度三因子综合指数确定收敛，输出阻抗增量超出预设阻抗指标的最终腐蚀支路及其置信度。该系统兼具高测量并行度、低误报率与可扩展性，适用于变电站级大规模接地网的在线诊断与运维决策。

Description

多通道接地网腐蚀检测同步测量系统及方法

技术领域

本发明涉及接地网腐蚀检测技术领域，更具体地说，本发明涉及多通道接地网腐蚀检测同步测量系统及方法。

背景技术

接地网是变电站、发电厂以及大型工业场所保障人身与设备安全的重要屏障。因长期受酸碱土壤、杂散电流和焊接缺陷等因素影响，导体截面逐年减薄，若不及时发现将导致接触电位升高、继电保护误动作甚至设备绝缘击穿。传统腐蚀检测普遍采用单点测量或人工分段开挖的方法：前者依赖少量固定测点，空间分辨率低且易受电磁干扰；后者虽然直观，却需停电开挖，成本高、周期长且对运行安全影响大。近年来虽出现了多通道注流与同步测量仪，但仍存在三大不足：其一，测量通道数有限，与实际接地引线数量相差数十倍，导致端口阻抗矩阵严重稀疏，无法定位局部腐蚀；其二，施工误差使得现场拓扑与设计图纸不符，简单的阈值比对易将拓扑失配误判为腐蚀；其三，现有系统多为一次性扫描，缺乏根据诊断结果动态增补测点、提高可观测度的闭环能力。随着智能电网和数字变电站的发展，业界急需一种能够在不停电、少人工条件下实现大规模接地网快速扫描、伪腐蚀过滤、测点自适应增布及拓扑增量重建的综合解决方案，以降低误报、漏报率并提供可量化的腐蚀评估。本发明正是在上述需求背景下提出，通过预设通道切换策略实现毫秒级轮测、利用小波包-LSH 指纹筛除拓扑伪差、采用整数规划自动增布测点并引入稀疏保持优化与子图同构校验，最终形成含置信度的腐蚀支路列表，弥补了现有技术在测量覆盖、拓扑一致性验证和诊断可靠性方面的不足。

针对上述问题，本发明提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供多通道接地网腐蚀检测同步测量系统及方法，用于解决由于接地网拓扑结构在实际施工中可能与设计图纸存在偏差，导致结构性误判现象频发，形成拓扑失配伪腐蚀误诊结果，缺乏以最小测点增补快速提升疑似腐蚀支路的可观测度，使反演诊断结果稳定可靠，并自动消除因拓扑失配带来的伪腐蚀误报。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

多通道接地网腐蚀检测同步测量系统，其特征在于，包括以下顺序执行的模块：

动态轮测采集模块基于预设通道切换策略，对变电站接地网中多条接地引线间的端口对进行轮巡测量；得到端口电压信号和端口注入电流值从而构建原始端口响应数据矩阵并通过小波包变换提取得到阻抗时序序列；

伪腐蚀指纹过滤模块基于所述原始端口响应数据矩阵和接地网历史设计拓扑结构，对比阻抗时序序列中的实时阻抗值与历史拓扑中的理论阻抗值，并通过协方差关联分析识别初始异常支路集合；通过邻接支路指纹相似度及预设低幅阈值筛选伪腐蚀支路，输出真实疑似腐蚀集合；

可观测度优化增布模块针对所述真实疑似腐蚀支路集合，计算单支路可观测度指标和全局诊断质量指标；当单支路可观测度指标低于预设最低可观测度阈值时则记为低可观测度异常支路；当全局诊断质量指标低于预设标准可观测度阈值时，即触发测点增补流程，执行增补测量；

增量拓扑重建模块融合原始端口响应数据矩及增补响应数据并通过自加权迭代卡尔曼滤波生成更新端口阻抗张量；并采用稀疏保持优化模型求解得到重建接地网拓扑结构；通过电阻约束的最大子图同构算法比对重建接地网拓扑结构与接地网历史设计拓扑结构，比对校验后输出新接地网拓扑；

反演收敛判定模块基于残差下降因子、拓扑匹配因子及可观测度因子加权计算综合稳定指数；若综合稳定指数超过预设阈值，则对伪腐蚀支路集合进行二次最小二乘反演，将阻抗增量超过健康基准三倍标准差的支路纳入最终腐蚀集合，并输出支路编号、阻抗增量及置信水平三元组列。

作为本发明进一步的方案：所述动态轮测采集模块的操作包括：预载通道切换策略文件至静态存储器，按照预载通道切换策略中的指令字段顺序控制继电器闭合指定端口对；在信号稳定窗口内，以注入电流值并采集端口电压信号，采样点数由采样频率与窗口时长决定；对电压信号执行三重信号净化：锁相解调分离基波分量、FIR滤波器抑制高频噪声、统计异常值剔除；将净化后数据按阻抗折算公式生成矩阵元素，并通过小波包变换将矩阵转换为阻抗时序序列。

作为本发明进一步的方案：所述伪腐蚀指纹过滤模块中伪腐蚀支路的判定逻辑包括：基于原始端口响应数据矩阵按照支路索引将同一支路在各测量帧中的阻抗观测值抽取为阻抗时序向量 并记为第一检测样本；

并针对系统预存的接地网历史设计拓扑通过电磁仿真离线计算所获得的理想端口阻抗张量 并记为第二检测样本；其中，V为接地引线端口编号，E为接地网的边集，即接地导体支路；以第一检测样本的均值减去第二检测样本得到偏差矩阵ΔZ；

针对每一条支路e的偏差矩阵投影到协方差反空间后取其模长；若该模长大于同维度卡方分布的百分位阈值，即将对应的支路列为初始异常支路并计入集合得到初始异常支路集合 ；对初始异常支路对应的阻抗时序序列 ；其中，e是支路的唯一编号；执行最大重叠离散小波包变换以及局部敏感哈希方法生成长度固定的比特串该比特串即视为结构性指纹标识；对每条支路，若两条支路在接地网历史设计拓扑 中共享同一节点即存在公共端点，则判定为邻接支路，并计算其汉明距离值记为指纹相似度，统计其相似邻接支路数量；

遍历所有与 邻接的支路 ；其中,r为邻接支路的序号；若且，则计数加1；并将相似邻接支路数与预设最小邻域数阈值进行比较；

若 且 ，则将支路 加入伪腐蚀支路集合；其中，伪腐蚀支路集合；

从初筛异常支路集合中剔除伪腐蚀支路，生成真实疑似腐蚀支路集合。

作为本发明进一步的方案：对初始异常支路对应的阻抗时序序列 ；执行最大重叠离散小波包变换以及局部敏感哈希方法生成长度固定的比特串，具体地为：为提取时域-频域兼顾的特征，对初始异常支路对应的阻抗时序序列 ；其中，e是支路的唯一编号；执行最大重叠离散小波包变换，将每条阻抗时序序列分解为多层子带，在每个子带求能量统计量方差、峭度、峰度后拼成固定长度向量；并对这些固定长度向量先经 Z-Score 归一化：对每一维度减去样本均值，除以样本标准差；使用局部敏感哈希方法对固定长度向量进行二次散列，生成长度固定的比特串该比特串即视为结构性指纹标识且由阻抗偏差、频域能量等特征构成。

作为本发明进一步的方案：所述可观测度优化增布模块中测点增补流程包括：单支路可观测度定义为阻抗序列最小与最大奇异值之比，全局诊断质量指标为所有疑似支路可观测度均值；以节点介数中心性排序确定测点优先级，结合最短布线路径与柜体端子容量约束生成候选节点集；构建以增设测点最少为目标，满足可观测度阈值、总布线长度及端子数三项约束整数线性规划模型；将所述整数规划模型输入至预设混合整数线性规划求解器，求解得到最优增布或重排方案，所述方案既包含新增端口也包含通道重排。

作为本发明进一步的方案：所述增量拓扑重建模块中采用稀疏保持优化模型求解得到重建接地网拓扑结构具体流程包括：定义原始端口响应数据矩阵行数、增补响应数据矩阵行数，在时间轴上做零填补对齐，拼接为三维张量；其中，为三维张量在时间轴上的索引；

引入自加权迭代卡尔曼滤波进行辅助融合所述自加权迭代卡尔曼滤波的逻辑为：取支路电阻向量为系统状态；其中，T为转置符号，N为支路总数；将作为观测方程；其中，由端口-支路关联关系给出，q为卡尔曼滤波算法的迭代步数；将作为权重矩阵，由各帧噪声方差在线估计得到；融合完成后输出更新端口阻抗张量；

记为历史设计拓扑的等效导纳矩阵；采用稀疏保持的增量优化模型，依据公式：；其中，为已知非线性映射函数，β为控制保持原拓扑稀疏性与允许局部修正之间的预设权衡系数；

利用现有迭代重加权最小二乘算法求解增量优化模型，得重建导纳矩阵；由此可直接生成重建接地网拓扑结构。

作为本发明进一步的方案：所述反演收敛判定模块中综合稳定指数的生成方式为：所述残差下降因子为最近两轮重建结果的加权残差变化率；所述拓扑匹配因子为增量重建模块输出的最终一致性得分；所述可观测度因子为优化增布模块的全局诊断质量指标归一化值；三因子加权求和后与稳定阈值比较，当综合稳定指数大于等于预设稳定阈值时判定达标并启动最终腐蚀确认。

多通道接地网腐蚀检测同步测量方法，包括以下步骤：S1动态轮测采集：加载通道切换策略文件，轮巡测量端口阻抗并生成时域响应序列；

S2伪腐蚀过滤：比对实时数据与历史拓扑，通过指纹相似度分析剔除伪腐蚀支路；

S3可观测度优化：当诊断指标低于阈值时，自动规划测点增布方案并执行增补测量；

S4增量拓扑重建：融合多批次数据重建接地网拓扑，经同构校验后输出新拓扑结构；

S5收敛判定：根据稳定性指数触发最终腐蚀支路反演，输出三元组诊断报告。

作为本发明进一步的方案：步骤S5的最终腐蚀确认包括：仅对伪腐蚀集合支路进行二次反演，排除拓扑失配干扰；阻抗增量超过健康基准均值+3倍标准差的支路判定为真实腐蚀；按支路编号、阻抗增量、置信水平生成三元组，供运维系统优先处理。

本发明的有益效果：

（1）本发明，通过动态轮测采集模块的小波包变换提取时域响应序列，有效抑制现场电磁噪声与白噪声干扰，显著提升阻抗波动特征的辨识度；伪腐蚀指纹过滤模块引入邻接支路结构性指纹相似度比对机制，从根源上区分真实物理腐蚀与拓扑设计误差，避免因图纸失配导致的误判；增量拓扑重建模块融合多批次数据并采用电阻约束的子图同构校验，确保腐蚀引起的拓扑变化被精准捕获，重构结果与真实接地网状态的一致性大幅提高；

（2）本发明，通过可观测度优化增布模块基于支路诊断可信度指标，自主决策测点增布与通道重排方案，突破传统固定测点布局的盲区限制；反演收敛判定模块通过残差下降因子、拓扑匹配因子与可观测度因子的协同加权，实现拓扑稳定性智能评估与迭代终止的自适应控制，大幅减少无效测量轮次；最终输出三元组腐蚀报告支路编号/阻抗增量/置信水平，为运维决策提供高可信度依据，显著降低人工复核成本与停机检修时长。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明多通道接地网腐蚀检测同步测量系统的系统框架结构示意图；

图2是本发明注浆管道监测方法的方法流程示意图；

图3是本发明多通道接地网腐蚀检测同步测量系统中动态轮测采集模块模块的示意图；

图4是本发明多通道接地网腐蚀检测同步测量系统中伪腐蚀指纹过滤模块的示意图

图5是本发明多通道接地网腐蚀检测同步测量系统中可观测度优化增布模块的示意图。

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

请参阅图1所示，本发明为多通道接地网腐蚀检测同步测量系统，包括以下模块：

如图3所示，动态轮测采集模块用于依照预设通道切换策略，对变电站接地网中各接地引线之间的等效端口电阻值进行动态轮测采集，采集端口电压与注入电流数据并构建原始端口响应数据矩阵，形成可用于腐蚀识别的时域响应序列；

需要说明的是，本发明借助预设通道切换策略，在保证现场既有硬件框架不变的前提下，对 N 条接地引线之间的任意端口对进行动态轮测；再对测得的端口电压信号与注入电流值做实时解析和多级滤波，最终生成原始端口响应数据矩阵以及从矩阵派生的时域响应序列，供后续腐蚀识别算法调用；所述预设通道切换策略为通道切换指令集合，该指令集合用于指示在不同时间段内需要闭合的端口对及其保持时长；本发明不对所述指令集合的生成方式作任何限定；

其中，t为时间索引，i为端口索引，j为除i以外的另一个端口索引且，表示从端口 i 到端口 j 的测量路径,N为被测接地网的端口总数；

所述预设通道切换策略以预先生成的策略文件形式存储，该文件被抽象为Switch_Table 数据表；Switch_Table 的物理格式包括但不限于 JSON、CSV 或二进制字节流；策略文件内部由若干 Switch_Element 元素顺序构成，每个元素的字段结构通过以下数据结构定义：InjectID字段、SenseID字段、Setting字段、Dwell字段；其中，所述InjectID为激励通道编号，SenseID 为测量通道编号数组其数组长度受系统最大通道数限制，Setting为通道硬件参数配置，Dwell为信号稳定等待时间；

并基于上述预设通道切换策略进行载入包括：在系统上电或复位完成后，控制器执行以下子步骤，以获得后续分析过程所需的通道切换指令集合，本步骤不限定所述策略的生成途径，仅要求能够被系统识别并调用，所述子步骤包括：

控制器通过 USB、SD 卡、网络接口或片上非易失存储器中的任一者，读取一预设通道切换策略文件 Switch_Table；所述 Switch_Table 可以为文本格式例如 CSV、JSON、XML或二进制格式例如 BIN、HEX，本实施例对此不作限定；

读取完成后，控制器调用循环冗余校验（CRC）或消息摘要算法如MD5、SHA-256 等对 Switch_Table 进行完整性比对；当校验结果为真时进入后续解析流程，若为假则触发错误中断并向上位机发送重新加载指令；

将 Switch_Table 逐条写入片上静态随机存储器形成一一对应的指令数组Switch_Array[a]，其中,a 为自然数索引；同时记录策略长度 L = length(Switch_Table)；

设置通道切换指针 ptr 初值为 1；当 时，系统判定仍存在未执行的切换指令；当时，系统判定本轮扫描已结束；

在完成上述操作且无错误状态时，控制器置运行标志位 RUN_FLAG = 1，以供动态轮测主循环检测是否可以进入测量阶段；

所述动态轮测采集逻辑依赖于预载入的通道切换策略Switch_Table，通过通道切换指针ptr顺序遍历策略元素，并根据元素中的端口组合与时序参数控制继电器切换及数据采集窗口；其具体流程为：

控制器读取 Switch_Table[ptr]，经通信总线驱动矩阵切换单元闭合相应端口；按指令字段 Settling计时，例如10 ms；期间抑制触点抖动与感应涌流；恒流源按注入电流输出，反馈电流同时经ADC采集；在 Dwell窗口如 30 ms内，恒流源按系统配置的基准幅值输出，反馈注入电流同步采样，在 Dwell窗内以设定采样频率并行采集端口电压信号ΔV(t)；采样点数M由采样频率与 Dwell决定；并采用通过锁相解调、FIR滤波、异常剔除三重操作对端口电压信号ΔV(t)进行信号净化得到高可信度的有效电压值，设一轮扫描共执行T帧，则原始端口响应数据矩阵的行数 T＝L，列数 为全局唯一 组合总量，且；

行索引 = 指令序号；

列索引 = 全局唯一 组合经哈希映射到；

利用阻抗折算公式在每一帧结束后即调用该阻抗折算公式生成向量；所述阻抗折算公式如下所示：

；其中，k为动态轮测的帧索引即时序编号, m 为测量通道索引且,P为系统允许的最大通道数；

折算完毕即将生成向量写入原始端口响应数据矩阵的第k行中；若，循环执行下一帧；否则结束本轮扫描；

需要说明的是，所述信号净化的三重操作为现有的成熟技术，在本实施例中不做过多的过程赘述；

进一步地构建原始端口响应数据矩阵，形成可用于腐蚀识别的时域响应序列的具体过程为：将原始端口响应数据矩阵恢复为三维张量；其中，PortPair(m) 为列索引到端口对的反查；对每一条序列使用具有对称正交特性的母小波，分解深度取决于所需频带分辨率；得到末层若干能量系数向量及其随时间变化的系数序列；基于系数序列对时域响应序列定义记为；其中,E 表示取所有末层节点能量的期望值，C为在 最大重叠离散小波包变换中的 小波分解的层数，反映端口对在多频带上的瞬时阻抗变化，具有抑制白噪声、保留腐蚀缓变特征的优点。

如图4所示，伪腐蚀指纹过滤模块利用构建的原始端口响应数据矩阵与接地网历史设计拓扑结构进行比对，提取初始异常支路响应特征得到各腐蚀支路的结构性指纹标识，从而输出疑似腐蚀支路集合；所述真实疑似腐蚀支路为拓扑结构差异引发的伪腐蚀支路；

基于上一步骤动态轮测采集得到的原始端口响应数据矩阵，按照支路索引将同一支路在各测量帧中的阻抗观测值抽取为阻抗时序向量 并记为第一检测样本。该样本反映实时工况下接地网电阻的实际波动；为便于采集层端口对数据与拓扑层节点对模型的一致引用，本实施例自本步骤起，将二者建立一一映射关系，并统一以支路唯一编号 e 进行索引。

并针对系统预存的接地网历史设计拓扑通过电磁仿真离线计算所获得的理想端口阻抗张量 并记为第二检测样本；其中，V为接地引线端口编号，E为接地网的边集，即接地导体支路；该样本描述的是设计参考状态或健康状态下支路阻抗的理论值；为度量第一、第二检测样本之间的差异，将二者做对应关系映射即以第一检测样本的均值减去第二检测样本得到偏差矩阵ΔZ；

考虑各端口对之间的互相关，需要首先先对偏差矩阵ΔZ全域求协方差矩阵Σ，再对协方差矩阵Σ利用奇异值截断技术将病态特征截掉，获得条件数适中的协方差矩阵；

具体地为：针对每一条支路e的偏差矩阵投影到协方差反空间后取其模长；若该模长大于同维度卡方分布的百分位阈值，即将对应的支路列为初始异常支路并计入集合得到初始异常支路集合 ；这一过程等价于传统的马氏距离检验，但算法内部仅以库函数方式调用，不在说明书中介绍具体矩阵运算细节；

为评估单条支路对整体误差的贡献，计算该支路绝对偏差的均值，并将所有异常支路按此值做降序排列，生成异常影响值序列表；列表越靠前的支路，其数值偏差越大、影响越直接，将在后续环节获得更高处理优先级；

为提取时域-频域兼顾的特征，对初始异常支路对应的阻抗时序序列 ；其中，e是支路的唯一编号；执行最大重叠离散小波包变换，将每条阻抗时序序列分解为多层子带，在每个子带求能量统计量如方差、峭度、峰度后拼成固定长度向量；并对这些固定长度向量先经 Z-Score 归一化：对每一维度减去样本均值，除以样本标准差；该操作让后续距离度量仅反映形态差异而不再受绝对幅值影响；使用局部敏感哈希方法对固定长度向量进行二次散列，生成长度固定的比特串该比特串即视为结构性指纹标识且由阻抗偏差、频域能量等特征构成；

对初始异常支路集合 中的每条支路 , 提取其结构性指纹标识；若两条支路 在接地网历史设计拓扑 中共享同一节点即存在公共端点，则判定为邻接支路，并计算其指纹相似度：

；其中，为故障指纹特征向量的汉明距离值，即两向量不同维度的数量；

将计算得到的指纹相似度与预设相似度阈值，并将两条支路的异常影响值与预设低幅阈值进行比较；

当 且两条支路的异常影响值 均满足时，判定两条支路异常同源，其异常由拓扑失配如图纸误差引起，而非真实物理腐蚀；

对每条支路，统计其相似邻接支路数量；

遍历所有与 邻接的支路 ；其中,r为邻接支路的序号；若且，则计数加1；并将相似邻接支路数与预设最小邻域数阈值进行比较；

若 且 ，则将支路 加入伪腐蚀支路集合；其中，伪腐蚀支路集合；

从初筛异常支路集合中剔除伪腐蚀支路，生成真实疑似腐蚀支路集合；其中，中的支路满足异常孤立性或高幅值特性，需进入后续可观测度评估与拓扑重建流程； 中的支路被标记为设计误差，终止腐蚀诊断流程以节省算力。

请参阅图5，可观测度优化增布模块依据疑似腐蚀支路集合，通过数据分析得到所述疑似腐蚀支路的检测量指标，并将各的检测量指标与预设可观测度阈值进行比较，根据比较结果在对应接地网历史设计拓扑结构中，通过介数中心性分析与现场布线可达性约束，自动规划新增测点或调整原测点布线方案，并据此执行新一轮测量采集得到增补响应数据矩阵；

基于前阶段所得到的真实疑似腐蚀支路集合，提出一种可观测度-闭环增布的测点自适应优化方法；其核心在于所述检测量指标包括：

先以第一检测量指标即单支路可观测度，记录了每条疑似支路的诊断可信度；其中0；

再以第二检测量指标取所有疑似支路可观测度的算术平均作为全局诊断质量标尺；

通过阈值对比与整数规划，自动生成新增或重排测点方案，进而获得增补响应数据，实现可观测度的快速闭环提升；以下依次给出样本定义、指标度量、阈值判别、测点增布、增补测量及闭环更新六个环节的具体处理流程：

S1：第一检测量指标为本期扫描中每条疑似支路在当前测点布局下的可诊断性即单条支路可观测度，其中单条支路可观测度定义为阻抗序列最小奇异值与最大奇异值之比；

第二检测量指标为候选布点的全局诊断质量标尺，综合考虑节点介数中心性、最短布线路径与剩余端子数等因素；二者均来源于实时测量或现场约束，无需人工估算;

S2：将第一检测量指标中的每条支路的第一检测量指标与预设最低可观测度阈值进行比较，若某条支路＜，则记为低可观测度异常支路；并将第二检测量指标与预设标准可观测度阈值进行比较；当时，即触发测点增补流程；

S3：对于被标记为低可观测度异常的每条支路，其端点节点首先根据介数中心性排序，中心性越高表示该端点节点位于更多最短通路上，增设测点潜在收益越大；随后计算该端点节点至最近测量柜的最短布线路径，并与最大布线长度、禁布区等现场限制比较，得到节点候选集；

S4：以增设测点最少为目标，构造整数线性规划模型：

决策变量为节点是否增布：其中增布=1，跳过=0；

约束一：增布后所有低可观测度支路均需满足 ；

约束二：总布线长度不超过当前可施工总长度；

约束三：柜体端子数Σ 不得超过剩余端子容量。

将所述整数规划模型输入至混合整数线性规划求解器，求解得到最优增布/重排方案，其中既可包含新增端口也可包含通道重排；即当已有闲置测点能转移使用时，算法自动把重排视为比增布成本更低的决策；

S5：按照增布/重排方案完成现场布线后，控制器自动更新通道切换指令表，将新增测点纳入轮测；随后执行一次完整扫描，采集增补响应数据矩阵，该增补响应数据矩阵与原始端口响应数据矩阵合并后，重新计算可观测度序列，形成更新后的第一检测量指标和第二检测量指标；

S6：若所有低可观测度异常在第一检测量指标中大于等于预设最低可诊断阈值且第二检测量指标大于等于预设标准可观测度阈值时，系统即输出测点优化完成标志；否则将、作为新的检测量指标，返回步骤S2开启下一轮测点规划；如此周而复始，可在限定的迭代次数内把疑似腐蚀支路的可观测度全部提升至诊断可用区间。

增量拓扑重建模块基于所述增补响应数据与原始测量数据形成更新后的端口响应数据矩阵，继而对接地网历史设计拓扑结构进行增量式重建得到重建接地网拓扑结构，将腐蚀引起的拓扑变化反映在重建结果中，并利用最大子图同构算法将重建后的接地网拓扑结构与所述接地网历史设计拓扑结构进行比对校验，输出校验后的新接地网拓扑结构；

基于可观测度优化增布模块采集得到的增补响应数据矩阵，进行多源数据融合与拓扑重建，具体地为：

定义原始端口响应数据矩阵行数、增补响应数据矩阵行数，先在时间轴上做零填补对齐，拼接为三维张量；其中，为三维张量在时间轴上的索引；

为兼顾两批数据的测量不确定度，引入自加权迭代卡尔曼滤波进行辅助融合所述自加权迭代卡尔曼滤波的逻辑为：

取支路电阻向量为系统状态；其中，T为转置符号，N为支路总数；将作为观测方程；其中，由端口-支路关联关系给出，q为卡尔曼滤波算法的迭代步数；将作为权重矩阵，由各帧噪声方差在线估计得到；融合完成后输出更新端口阻抗张量；

记为历史设计拓扑的等效导纳矩阵;采用稀疏保持的增量优化模型，依据公式：；其中，为已知非线性映射函数，β为控制保持原拓扑稀疏性与允许局部修正之间的预设权衡系数；

利用现有迭代重加权最小二乘算法求解增量优化模型，得重建导纳矩阵；由此可直接生成重建接地网拓扑结构；

基于改进VF2算法对重建接地网拓扑结构与接地网历史设计拓扑进行同构搜索，增加电阻约束扩展：仅当时，认为边e可匹配；算法结果输出匹配边集 ；未匹配边集；所述未匹配边集包含新增或失连；

进一步地本发明还包括拓扑校验流程如下：提取接地网历史设计拓扑边集与重建接地网拓扑结构边集；逐条遍历，若在存在同构映射，则将该支路计入匹配数，并累加其阻抗相对误差 ；遍历结束后，计算边匹配率，以及将阻抗误差与支路计入匹配数进行比值计算得到平均阻抗误差若=0，则取=1；基边匹配率和平均阻抗误差计算得到最终一致性得分，依据公式；当最终一致性得分大于等于预设得分阈值 时，即认定重建接地网拓扑结构通过校验并输出作为新接地网拓扑结构；否则自动进入测点优化与下一轮增补采集。

反演收敛判定模块对生成的新接地网拓扑结构进行稳定性判断，当新接地网拓扑结构满足稳定性条件时，重新反演每条伪腐蚀支路的电阻状态并生成最终腐蚀支路集合，所述稳定性满足条件是指：残差下降因子、拓扑匹配因子、可观测度因子；

所述稳定性满足条件的获取逻辑为：基于增量拓扑重建模块得到的最近两轮重建结果并对其进行数据分析得到：对增量拓扑重建模块得到的最近两轮重建结果进行加权残差得到残差下降因子；并获取增量拓扑重建模块得到的最终一致性得分统计得到所用接地线对应的最终一致性得分并做为拓扑匹配因子；获取可观测度优化增布模块得到的第一检测量指标并归一化为 0-1得到可观测度因子；

并对上述各参数因子进行加权线性组合得到综合稳定指数；

并将综合稳定指数与预设稳定阈值进行比较；当综合稳定指数大于等于预设稳定阈值时，则生成稳定标志认为拓扑已稳定，可进入最终腐蚀确认；

反之则返回可观测度优化增布模块重新规划测点；

在稳定标志触发后，仅对伪腐蚀集合 E_false 进行二次最小二乘反演；若本轮反演得到的阻抗增量大于等于支路 e 在预设健康基准的均值加上三倍的支路 e 在预设健康基准下阻值的标准差则将支路 e 置入最终腐蚀集合 E_final，把每一条被判定为真实腐蚀的支路 e 以三元组的形式打包输出；所述三元组包括：支路唯一编号、该支路相对历史基准的阻抗增量、系统对本次判断的置信水平；生成的 三元组列表既可以直接出现在诊断报告，也可由运维系统按可信度排序，优先安排现场复核或修复作业。

在本实施例中，通过动态轮测采集模块的小波包变换提取时域响应序列，有效抑制现场电磁噪声与白噪声干扰，显著提升阻抗波动特征的辨识度；伪腐蚀指纹过滤模块引入邻接支路结构性指纹相似度比对机制，从根源上区分真实物理腐蚀与拓扑设计误差，避免因图纸失配导致的误判；增量拓扑重建模块融合多批次数据并采用电阻约束的子图同构校验，确保腐蚀引起的拓扑变化被精准捕获，重构结果与真实接地网状态的一致性大幅提高；，通过可观测度优化增布模块基于支路诊断可信度指标，自主决策测点增布与通道重排方案，突破传统固定测点布局的盲区限制；反演收敛判定模块通过残差下降因子、拓扑匹配因子与可观测度因子的协同加权，实现拓扑稳定性智能评估与迭代终止的自适应控制，大幅减少无效测量轮次；最终输出三元组腐蚀报告支路编号/阻抗增量/置信水平，为运维决策提供高可信度依据，显著降低人工复核成本与停机检修时长。

请参阅图2，多通道接地网腐蚀检测同步测量方法，包括以下步骤：S1：动态轮测采集：加载通道切换策略文件，轮巡测量端口阻抗并生成时域响应序列；

S2：伪腐蚀过滤：比对实时数据与历史拓扑，通过指纹相似度分析剔除伪腐蚀支路；

S3：可观测度优化：当诊断指标低于阈值时，自动规划测点增布方案并执行增补测量；

S4： 增量拓扑重建：融合多批次数据重建接地网拓扑，经同构校验后输出新拓扑结构；

S5.：收敛判定：根据稳定性指数触发最终腐蚀支路反演，输出三元组诊断报告。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和发明约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.多通道接地网腐蚀检测同步测量系统，其特征在于，包括以下顺序执行的模块：

动态轮测采集模块基于预设通道切换策略，对变电站接地网中多条接地引线间的端口对进行轮巡测量；得到端口电压信号和端口注入电流值从而构建原始端口响应数据矩阵并通过小波包变换提取得到阻抗时序序列；所述动态轮测采集模块的操作包括：预载通道切换策略文件至静态存储器，按照预载通道切换策略中的指令字段顺序控制继电器闭合指定端口对；在信号稳定窗口内，以注入电流值并采集端口电压信号，采样点数由采样频率与窗口时长决定；对电压信号执行三重信号净化：锁相解调分离基波分量、FIR滤波器抑制高频噪声、统计异常值剔除；将净化后数据按阻抗折算公式生成矩阵元素，并通过小波包变换将矩阵转换为阻抗时序序列；

伪腐蚀指纹过滤模块基于所述原始端口响应数据矩阵和接地网历史设计拓扑结构，对比阻抗时序序列中的实时阻抗值与历史拓扑中的理论阻抗值，并通过协方差关联分析识别初始异常支路集合；通过邻接支路指纹相似度及预设低幅阈值筛选伪腐蚀支路，输出真实疑似腐蚀支路集合；

可观测度优化增布模块针对所述真实疑似腐蚀支路集合，计算单支路可观测度指标和全局诊断质量指标；当单支路可观测度指标低于预设最低可观测度阈值时则记为低可观测度异常支路；当全局诊断质量指标低于预设标准可观测度阈值时，即触发测点增补流程，执行增补测量；

增量拓扑重建模块融合原始端口响应数据矩及增补响应数据并通过自加权迭代卡尔曼滤波生成更新端口阻抗张量；并采用稀疏保持优化模型求解得到重建接地网拓扑结构；通过电阻约束的最大子图同构算法比对重建接地网拓扑结构与接地网历史设计拓扑结构，比对校验后输出新接地网拓扑；

反演收敛判定模块基于残差下降因子、拓扑匹配因子及可观测度因子加权计算综合稳定指数；若综合稳定指数超过预设阈值，则对伪腐蚀支路集合进行二次最小二乘反演，将阻抗增量超过健康基准三倍标准差的支路纳入最终腐蚀集合，并输出支路编号、阻抗增量及置信水平三元组列表。

2.根据权利要求1所述的多通道接地网腐蚀检测同步测量系统，其特征在于，所述伪腐蚀指纹过滤模块中伪腐蚀支路的判定逻辑包括：基于原始端口响应数据矩阵按照支路索引将同一支路在各测量帧中的阻抗观测值抽取为阻抗时序向量 并记为第一检测样本；

并针对系统预存的接地网历史设计拓扑通过电磁仿真离线计算所获得的理想端口阻抗张量 并记为第二检测样本；其中，V为接地引线端口编号，E为接地网的边集，即接地导体支路；以第一检测样本的均值减去第二检测样本得到偏差矩阵ΔZ；

针对每一条支路e的偏差矩阵投影到协方差反空间后取其模长；若该模长大于同维度卡方分布的百分位阈值，即将对应的支路列为初始异常支路并计入集合得到初始异常支路集合 ；对初始异常支路对应的阻抗时序序列 ；其中，e是支路的唯一编号；执行最大重叠离散小波包变换以及局部敏感哈希方法生成长度固定的比特串该比特串即视为结构性指纹标识；对每条支路，若两条支路在接地网历史设计拓扑 中共享同一节点即存在公共端点，则判定为邻接支路，并计算其汉明距离值记为指纹相似度，统计其相似邻接支路数量；

遍历所有与 邻接的支路 ；其中,r为邻接支路的序号；若指纹相似度且，则计数加1，为指纹相似度；并将相似邻接支路数与预设最小邻域数阈值进行比较；

若 且 ，则将支路 加入伪腐蚀支路集合；其中，伪腐蚀支路集合；

从初筛异常支路集合中剔除伪腐蚀支路，生成真实疑似腐蚀支路集合。

3.根据权利要求2所述的多通道接地网腐蚀检测同步测量系统，其特征在于，对初始异常支路对应的阻抗时序序列 ；执行最大重叠离散小波包变换以及局部敏感哈希方法生成长度固定的比特串，具体地为：为提取时域-频域兼顾的特征，对初始异常支路对应的阻抗时序序列 ；其中，e是支路的唯一编号；执行最大重叠离散小波包变换，将每条阻抗时序序列分解为多层子带，在每个子带求能量统计量方差、峭度、峰度后拼成固定长度向量；并对这些固定长度向量先经 Z-Score 归一化：对每一维度减去样本均值，除以样本标准差；使用局部敏感哈希方法对固定长度向量进行二次散列，生成长度固定的比特串该比特串即视为结构性指纹标识且由阻抗偏差、频域能量等特征构成。

4.根据权利要求3所述的多通道接地网腐蚀检测同步测量系统，其特征在于，所述可观测度优化增布模块中测点增补流程包括：单支路可观测度定义为阻抗序列最小与最大奇异值之比，全局诊断质量指标为所有疑似支路可观测度均值；以节点介数中心性排序确定测点优先级，结合最短布线路径与柜体端子容量约束生成候选节点集；构建以增设测点最少为目标，满足可观测度阈值、总布线长度及端子数三项约束整数线性规划模型；将所述整数规划模型输入至预设混合整数线性规划求解器，求解得到最优增布或重排方案，所述方案既包含新增端口也包含通道重排。

5.根据权利要求1所述的多通道接地网腐蚀检测同步测量系统，其特征在于，所述增量拓扑重建模块中采用稀疏保持优化模型求解得到重建接地网拓扑结构具体流程包括：定义原始端口响应数据矩阵行数、增补响应数据矩阵行数，在时间轴上做零填补对齐，拼接为三维张量；其中，为三维张量在时间轴上的索引；

引入自加权迭代卡尔曼滤波进行辅助融合所述自加权迭代卡尔曼滤波的逻辑为：取支路电阻向量为系统状态；其中，T为转置符号，N为支路总数；将作为观测方程；其中，由端口-支路关联关系给出，q为卡尔曼滤波算法的迭代步数；将作为权重矩阵，由各帧噪声方差在线估计得到；融合完成后输出更新端口阻抗张量；

记为历史设计拓扑的等效导纳矩阵；采用稀疏保持的增量优化模型，依据公式：；其中，为已知非线性映射函数，β为控制保持原拓扑稀疏性与允许局部修正之间的预设权衡系数；

利用现有迭代重加权最小二乘算法求解增量优化模型，得重建导纳矩阵；由此可直接生成重建接地网拓扑结构。

6.根据权利要求1所述的多通道接地网腐蚀检测同步测量系统，其特征在于，所述反演收敛判定模块中综合稳定指数的生成方式为：所述残差下降因子为最近两轮重建结果的加权残差变化率；所述拓扑匹配因子为增量重建模块输出的最终一致性得分；所述可观测度因子为优化增布模块的全局诊断质量指标归一化值；三因子加权求和后与稳定阈值比较，当综合稳定指数大于等于预设稳定阈值时判定达标并启动最终腐蚀确认。

7.多通道接地网腐蚀检测同步测量方法，用于实现权利要求1-6任一项所述的多通道接地网腐蚀检测同步测量系统，其特征在于，包括以下步骤：S1动态轮测采集：加载通道切换策略文件，轮巡测量端口阻抗并生成时域响应序列；

S2伪腐蚀过滤：比对实时数据与历史拓扑，通过指纹相似度分析剔除伪腐蚀支路；

S3可观测度优化：当诊断指标低于阈值时，自动规划测点增布方案并执行增补测量；

S4增量拓扑重建：融合多批次数据重建接地网拓扑，经同构校验后输出新拓扑结构；

S5收敛判定：根据稳定性指数触发最终腐蚀支路反演，输出三元组诊断报告。

8.根据权利要求6所述的多通道接地网腐蚀检测同步测量方法，其特征在于，步骤S5的最终腐蚀确认包括：仅对伪腐蚀集合支路进行二次反演，排除拓扑失配干扰；阻抗增量超过健康基准均值+3倍标准差的支路判定为真实腐蚀；按支路编号、阻抗增量、置信水平生成三元组，供运维系统优先处理。