云南电网有限责任公司大理供电局 邵洪平 李学腾

我国的变电站建设竣工年限超过10年的，大多数存在接地网材质腐蚀的问题，究其原因是建设之初技术不成熟以及施工设备限制[1]，并且随着变电站运行时间的增加，接地网位置出现了或多或少的腐蚀情况，这对变电站的运行来说绝对是一项安全隐患问题。为排除这一隐患，目前主要是建立接地网的故障诊断模型，这一模型建立原理是建立在接地网结构基础的，在直流激励的刺激作用下其特性原理等同成纯阻性网络[2]。不同运行状态的模拟依靠调控接地支路电阻的数值实现，建立起实验测量的数据样本，对测试点反复进行电位测量实验，记录故障数据，在样本的故障以及误差数据中进行分析，并总结出减少误差的可行性方案。

1 基于电网络的接地网故障诊断方法

1.1 电网络方法理论基础

多个水平均压导体通过组合构成了接地网，在电阻率的数值大小上，其土壤的数值是明显大于接地网材质。为了实现在理论计算中的便利，常常对于土壤中其他因素不做考虑，将接地网看作纯电阻网络。设备与接地网之间通过接地引线相连，可节点是在接地引线布置中可测量的位置，从而实现了一个多端口网络（图1），将多端口网络中的加个可及节点进行提取，获得的网络示意图如图2[3]。

当设计工作完成，并且设计成果已经竣工，则可以提取设计中所用材料的截面积、电阻率、长度等数值，那么各段导体的阻值可以应用电阻公式计算而得，命名为标称值或设计值。由于变电站中接地网的运行年长逐渐增加，接地网的材料受到土壤及其他因素的共同作用下容易出现腐蚀或者开裂情况，此种状况将会导致接地网的电阻值偏大，在数值上将大于设计值，此时的网络系统呈现出支路电阻不同、但是结构相同的情况[4]。那么这一差值的测量，可以通过对故障前后两个网络施加激励、进而获得接地网腐蚀的实际情况。

在变电站与发电站中，水平与垂直接地结构是目前主要的接地网结构，接地干线将接地体连结成一起，构成结构复杂的网络。文章在构建数学模型时对接地网进行了四项假设：对不同导体之间的电反应选择忽略处理；对接地网的土壤腐蚀选择忽略处理；对其他造成接地体影响的管道以及电缆设施对其造成的影响选择忽略处理；假设水平网格上不止地下引线与连接节点。在上述四个假设的基础上建立接地网故障诊断方程。

1.2 电网络法诊断的数学模型求解

假设接地网中存在支路数量为b，节点数量为n+1，直流激励源添加在第i,j节点，I0为电流数值[5]， 定义：当选定一个参考节点的关联矩阵之后将其命名为A；Yb为Yn为节点导纳矩阵；支路电流矩阵为Ib；节点电压列向量为Un；节点的电流源列向量为In（0为非激励接点的电流值）。

依据电路原理Yn=A×Yb×AT（1），由关联矩阵A表示的KCL和KVL方程分别为：AIb=0（2）、Ub=A'Un（3）；推理演变得YnUn=In（4），进而求得端口电阻Rij=Ub+1/I0（5）。依据特勒根定理，假设电路N和N'是拥有相同的网络结构，对支路以及节点的编号编制上采取符号对应方法，对应支路的参考方向相同，则有：6），（7），式中网络N'的支路电流和电压分别是Ik'、Uk'，网络的支路电流和电压分别是Ik、Uk。

再次定义一个正常运行的接地网模型，这个模型中网络N中支路与节点的数量分别为b+1、n+1。其中接地引线的i,j端接引第b+1条支路。电源加设在第i,j端口，电流值为I0，Rij依据电路理论求得。

网络N'表述为接地网发生腐蚀后的模型图，加入电流值为I0的电流源，加入口i,j为端，求出Rij，知悉网络N和网络N'具有相同的拓扑结构。

支路k处的接地网网络发生故障，支路电阻的变化为Rk变为Rk'，表述为：ΔRk=R'k-Rk（8），网络的端口电阻呈现变化，即Rij变为R'ij：ΔRij=R'ij-Rij（9）。依据特勒根定理：（10）、由于两个网络在第i,j端的第b+1条 支路的电流都为I0，即：Ib+1=I'b+1=I0（12）、Ub+1=RijI0（13）、U'b+1=R'ijI0（14），代入（10）、（11）式中可得：式（15）减去（16）：

式中测量端口打的个数用m表述，通过Rk求解得Ik。后者由前者决定，但是由于实际中缺少具体的R'k数值，所以此时方程的解无法获得，则需引入迭代方法。第一步，使Ik'(0)=Ik，代入方程组，方程组整体演变成线性方程组，方程中m

2 测量影响因素及消弱措施分析

2.1 影响因素

首先，经过实例的大量数据，可以知悉一定条件下，发、变电站可以视为纯阻性网络。在电阻网络中可变的是激励源位置、不变的是结构，节点数目增大的同时激励源的位置也逐渐增大，方便建立起数量众多的从方程组。仿真模型的数据准确性随着方程组数量的增加结果更加准确，实用性效果更强。相比于少数的方程组来说，计算难度降低，预测结果更为精准。其次，根据电磁理论，发电站产生的磁场会造成磁场干扰，在对方程求解过程中是不宽容忽视的干扰问题。此外故障诊断的误差也会由节点位置偏移导致，进而使电压发生改变。在进行接地网的系列故障诊断中，需要依靠模型中的诊断方程对算法进行筛选，保证计算成果的准确性。

2.2 消弱措施

降低影响因素对故障结果的影响，保证测量的精准度，可以施行以下措施：

增加激励源的数量。激励源数量的增加意味着对电压的测量节点增加，增加了电压测量节点的比重，降低了误差比例，减少误差值。

选取正确的激励源位置。在故障诊断的实际测量过程中，测量节点数量有限，因此测量中必须将节点最大程度利用，增加方程组的数量。由于在实践中，众多节点中存在无效节点，因此采取更改节点测量位置的方式，获得多数据，便于发现故障点，提高模型的诊断效率。

减弱电磁场干扰。由于电环境周围肯定存在磁，所以磁干扰无法避免，影响结果的精准度，为了尽量降低磁干扰，在实际测量中采取屏蔽测量方法，从而达到消除或降低磁干扰的作用。

优化测量方法。在实际测量中，测试电源容量小，而接地网的电阻值在数量上过小，因此数据漏测对最后的结果干扰极大，为降低这一影响，实践中可以结合采用倒相法。这一方法在实际测量中的优点是数据漏测对结果干扰不大，同时还实现了干扰的消除。

通过以上论述，进行实践的测量中综合实际情况，对影响因素进行详细分析，并采取控制措施，所以在实践中，根据实际情况综合应用以上方法，从而实现消除误差、提高准确率的目的。

3 结语

在进行对接地网故障的相关研究理论基础上，提出电网络方法诊断接地网故障的应用方法，建立数学模型对接地网故障进行诊断，对计算模型的构造进行阐述，应用数学方法求解，一般使用非负最小二乘法。在影响因素的分析以及测量中，为减少误差而提出制定了一系列的削弱措施。