CN201378195Y - 变电站地网缺陷综合诊断装置 - Google Patents

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王森
薛军
彭明侨
李志忠
吉宏亮
朱小明
惠华
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Abstract

本实用新型涉及一种变电站地网缺陷综合诊断装置，由电源装置、滤波装置、数据采集装置和后台PC机组成，滤波装置通过输入/输出端端子与电源装置相连，滤波后的电流信号通过输出/输入端接至数据采集装置的滤波输入/输出端，数据采集装置的采集信号输入端与变电站现场接地网的各节点电压测量传感器的输出端联接，数据采集装置的数据协议处理输出端通至后台PC机的数据协议接收端。该装置具有设计方案合理、操作方便、无需开挖地面即可准确检测地网故障缺陷等优点，可更好地保证电网的安全、可靠运行，其研究成果还可应用于钢铁、化工等其它有地网的系统。

Description

变电站地网缺陷综合诊断装置
技术领域
本实用新型属于电力电气设备维护装置技术领域，涉及一种用于检测变电站接地网故障缺陷的综合诊断装置。
背景技术
电力系统变电站的接地网作为变电站的交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全运行起着至关重要的作用，是维护电力系统安全可靠运行，保障电气设备和运行人员安全的重要措施。在接地网存在缺陷的情况下，如在电力系统发生因腐蚀损坏等原因而致的接地短路故障或遭受雷击时，设备接地点的电位以及地表的局部电位差都会异常升高，这些将直接危及设备和运行人员的生命安全；更严重的情况是在测控电缆表皮形成大的环流或其绝缘被击穿，使高压串入控制室，进一步损坏用于监测、控制的二次设备或使其误动，由此引起连锁的事故反应，最终可能导致大范围的系统和设备的重大事故甚至造成整个电网瘫痪。迄今在国内，每年因接地网故障所引起或扩大的电力系统事故都屡有发生，而每次事故都带来巨大的经济损失和不良的社会影响。
接地网埋设在地下，属隐蔽工程，埋于地下后不易检查、修复，以至检测者和管理者很难了解地下地网的现状，而且许多变电站地网的资料与现状也不符，一些老变电站甚至没有地网图，这些都造成缺乏数据或数据精度不高，往往直接影响改造的的科学性。以往的接地网检测都是在发现接地电阻不合格或者出现故障以后，通过开挖查找接地网的电气连接故障点或者腐蚀段，进而确定是否进行全站改造。这种方法虽直接、可靠，但盲目性大，缺乏针对性，不能预先杜绝事故的发生，耗时长、工程量大、投资浪费多，对开挖扁铁的腐蚀程度以及能否继续使用等问题缺乏量化判断依据，既无检测手段，也无相应检测标准。此外，迄今已有大量老变电站接地网腐蚀损坏严重，亟需进行改造，依靠现行的开挖检测方法也很难有效确定变电站接地网改造的范围和先后次序。另一方面，目前对变电站接地网改造多采用重新敷设的方法，既不科学也不经济，而且这种缺乏指导依据的接地网重新敷设，在某些情况下还有可能造成新地网的加速电化学腐蚀。总之，接地网故障已成为当今电力系统安全运行的一个严重隐患，诊断接地网的断点及接地网的腐蚀情况亦已成为电力部门的一项重大反事故措施。
实用新型内容
本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种设计方案科学合理、操作方便、无需开挖地面即可准确检测地网故障缺陷的变电站地网缺陷综合诊断装置。
为实现上述目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的变电站地网缺陷综合诊断装置由电源装置、滤波装置、数据采集装置和后台PC机组成。滤波装置通过输入/输出端端子与电源装置相连，用于对电流源信号进行电源滤波，滤波后的电流信号通过输出/输入端接至数据采集装置的滤波输入/输出端，数据采集装置的采集信号输入端与变电站现场接地网的各节点电压测量传感器的输出端联接，数据采集装置的数据协议处理输出端通至后台PC机的数据协议接收端。上述结构中，电源装置将380V三相交流电源转换为0～50A和0～100V的直流信号，滤波装置对电源装置出来的直流信号进行滤波，由数据采集装置将采集各节点电压测量传感器的输出信号送后台PC机信号误差处理后作为测试数据；最后根据测试数据，用变电站地网缺陷综合诊断系统的软件算法计算出地网支路电阻最优值、多解可靠性、可信度等相关参数，进而确定出变电站地网故障缺陷的位置。
该变电站地网缺陷综合诊断装置中的数据采集装置由模拟选择开关电路、低通滤波器、继电器量程切换电路、A/D转换器、数据处理器共同组成，模拟选择开关电路的模拟信号输入端依次经低通滤波器和继电器量程切换电路接至A/D转换器的输入端，A/D转换器的数字信号输出/输入端与数据处理器的数字信号输入/输出端联接，数据处理器的数据协议处理输出端通至后台PC机的数据协议接收端。
该变电站地网缺陷综合诊断装置中的电源装置由输入滤波电路、整流滤波电路、逆变器、输出整流滤波电路、辅助电源电路、控制电路、保护动作电路和检测电路组成，输入滤波电路的输出端分别接至与整流滤波电路和辅助电源电路的输入端联接，整流滤波电路的输出端经逆变器后接至输出整流滤波电路输入端，输出整流滤波电路的反馈电流端分别回接至控制电路和检测电路的输入端，辅助电源电路的一路输出端经控制电路通至逆变器的控制输入端，辅助电源电路的另一路输出端以及检测电路的输出端均依次经保护动作电路和控制电路后通至逆变器的控制输入端。
根据上述的技术解决方案，本实用新型设计者提出一种变电站地网缺陷综合诊断方法，该诊断方法包括以下实施步骤：
a)根据实际地网的设计图纸、施工图纸以及现场勘测情况，建立一个综合考虑地网拓扑结构及其节点的可及性并分析计算灵敏度矩阵的秩、特征值以及故障诊断方程参数矩阵的条件数的变电站地网的拓扑模型，根据对拓扑模型分析，计算出地网的可测性，而且基于最大电压公理建立各自线性独立、便于计算求解、量测信号强的激励测试集合，根据激励测试集合建立合适的目标函数，筛选出工作量相对较小的测试方案，同时以遗传优化诊断算法和网络拓扑分层约简为基本框架，以节点电压非线性优化模型、节点电压线性优化模型为核心建立起地网诊断系统的软件算法；
b)对于测试方案中的每一组测试，在变电站接地网内找出对应的电流激励节点i和i’，在变电站接地网内确定一个电位参考节点o，并选择另一个可及节点x作为电压测试节点x，在o、x间以及在i和i’节点处设置高精度的电压测量传感器；
c)通过大功率直流电流源给电流激励节点i和i’施加激励信号Is，继而由诊断系统采集电压测量传感器所获得的检测信号，将测量信号输至与电压测量传感器联接的变电站地网缺陷综合诊断系统内，经过后台信号误差处理后作为测试数据；
d)根据测试数据，用变电站地网缺陷综合诊断系统的软件算法(该算法以遗传优化诊断算法和网络拓扑分层约简为基本框架，以节点电压非线性优化模型、节点电压线性优化模型等为核心)可以计算出地网支路电阻最优值、多解可靠性、可信度等相关参数，进而确定出变电站地网故障缺陷的位置。
本实用新型采用在测试的基础上，依靠接地网支路电阻测试数据的实际值与接地网支路的原始电阻值的比较，得到接地网各条支路的缺陷情况，实现了变电站不停电的无损检测诊断方法，能够确定运行时间较长的变电站地网的运行状态，确定是否需要进行地网改造以及地网改造所采取的方式，从而避免了不必要的材料浪费，节约了大量的人力、物力和财力。该地网缺陷综合诊断装置使变电站具有了可靠的地网保护，可以更好地保证电网的安全、可靠运行，从而树立电力系统在各行业中的良好的形象，由此带来的间接经济效益和社会效益也十分巨大。采用本实用新型的技术方案迄今已经对陕西省电力公司所属的铜川供电局、渭南供电局、汉中供电局、咸阳供电局的部分改造变电站进行了诊断试验。为了确保诊断结果的准确性，在部分改造的变电站进行了开挖，诊断结果与开挖结果基本相同，能够满足工程需求。对有部分支路需要改造的变电站进行了有针对性的改造；对腐蚀不严重的变电站，暂缓进行地网改造；对腐蚀支路比例很大而且严重的变电站，进行全站改造。此外，本项研究成果还可应用于钢铁、化工等其它有地网的系统，需求量极大，应用前景极为广阔。
附图说明
图1为该变电站地网缺陷综合诊断装置结构的原理图。
图2为图1中电源装置的工作原理图。
图3为图1中数据采集装置的结构原理图。
具体实施方式
变电站地网缺陷综合诊断系统的结构如图1所示，它包括电源装置、滤波装置、数据采集装置和后台PC机，其中后台PC机可采用主频2.4G以上，内存1G以上性能的PC机。
电源装置的结构框图如图2所示，它由输入滤波电路、整流滤波电路、逆变器、输出整流滤波电路、辅助电源电路、控制电路、保护动作电路和检测电路组成，输入滤波电路的输出端分别接至与整流滤波电路和辅助电源电路的输入端联接，整流滤波电路的输出端经逆变器后接至输出整流滤波电路输入端，输出整流滤波电路的反馈电流端分别回接至控制电路和检测电路的输入端，辅助电源电略的一路输出端经控制电路通至逆变器的控制输入端，辅助电源电路的另一路输出端以及检测电路的输出端均依次经保护动作电路和控制电路后通至逆变器的控制输入端。该装置主要起到提供开关式直流激励源的作用，以恒流限压方式工作，具有完整的输入、输出过压，输出过流或短路，过热等保护功能；工作时，380V交流电经过输入滤波和整流滤波后实现AC/DC转换，将电网交流电直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换；再经过逆变器后实现DC/AC转换，将整流后的直流电变为交流电，这是PWM型开关电源实现PWM控制的核心部分，其频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。最后再通过输出整流与滤波，根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。实际结构中，电源装置中的输入滤波电路可用MF10来完成，整流滤波电路可用DF06来实现，逆变器可采用LR220A010来实现，输出整流滤波电路可用MF10完成，辅助电源电路可选择明维T-60B和T-45C实现，控制电路可用普通AT89C52单片机和TLP521-2来配合实现，保护动作电路可以用ULN2804实现，检测电路可选取模拟开关CD4067的选通来完成。
由型号为MF10的集成器件设计成滤波装置，它通过输入/输出端(COM1)端子与电源装置相连，用于对电流源信号进行电源滤波，滤波后的电流信号通过输出/输入端(COM2)接至数据采集装置的滤波输入/输出端(COM2)。
数据采集装置的结构如图3所示，由模拟选择开关电路(CD4067)、低通滤波器(MF10)、继电器量程切换电路(LLN2804)、A/D转换器(AD574D)、数据处理器(CPU，采用AT89C52)共同组成，模拟选择开关电路的模拟信号输入端依次经低通滤波器和继电器量程切换电路接至A/D转换器的输入端，A/D转换器的数字信号输出/输入端与数据处理器的数字信号输入/输出端联接，数据处理器的数据协议处理输出端通至后台PC机的数据协议接收端。数据采集装置主要用于向变电站现场接地网提供净电流信号，同时采集各节点电压测量传感器的输出信号。

Claims (3)

1、一种变电站地网缺陷综合诊断装置，其特征在于由电源装置、滤波装置、数据采集装置和后台PC机组成，滤波装置通过输入/输出端(COM1)端子与电源装置相连，滤波后的电流信号通过输出/输入端(COM2)接至数据采集装置的滤波输入/输出端(COM2)，数据采集装置的采集信号输入端与变电站现场接地网的各节点电压测量传感器的输出端联接，数据采集装置的数据协议处理输出端通至后台PC机的数据协议接收端。
2、根据权利要求1所述的变电站地网缺陷综合诊断装置，其特征在于所说的数据采集装置由模拟选择开关电路、低通滤波器、继电器量程切换电路、A/D转换器、数据处理器共同组成，模拟选择开关电路的模拟信号输入端依次经低通滤波器和继电器量程切换电路接至A/D转换器的输入端，A/D转换器的数字信号输出/输入端与数据处理器的数字信号输入/输出端联接，数据处理器的数据协议处理输出端通至后台PC机的数据协议接收端。
3、根据权利要求1所述的变电站地网缺陷综合诊断装置，其特征是所说的电源装置由输入滤波电路、整流滤波电路、逆变器、输出整流滤波电路、辅助电源电路、控制电路、保护动作电路和检测电路组成，输入滤波电路的输出端分别接至与整流滤波电路和辅助电源电路的输入端联接，整流滤波电路的输出端经逆变器后接至输出整流滤波电路输入端，输出整流滤波电路的反馈电流端分别回接至控制电路和检测电路的输入端，辅助电源电路的一路输出端经控制电路通至逆变器的控制输入端，辅助电源电路的另一路输出端以及检测电路的输出端均依次经保护动作电路和控制电路后通至逆变器的控制输入端。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101493491B (zh) * 2009-02-16 2011-01-19 陕西电力科学研究院 变电站地网缺陷综合诊断方法及其诊断系统
CN102680820A (zh) * 2012-05-08 2012-09-19 湖州电力局 变电站接地网腐蚀故障点自动测试诊断系统

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