基于“異頻電流的瞬變脈沖電磁法”變電站接地網(wǎng)缺陷檢測技術(shù)

王穎

【摘 ?要】變電站接地網(wǎng)在運(yùn)行過程中，常常由于腐蝕、焊接等原因而導(dǎo)致接地網(wǎng)導(dǎo)體斷裂、截面積減小等缺陷的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)電力系統(tǒng)故障。目前變電站接地網(wǎng)檢測方法無法對接地體的腐蝕部位進(jìn)行精確定位，必須實(shí)施多點(diǎn)開挖，以致缺陷處理時(shí)間較長，另外，有些變電站接地網(wǎng)分布圖磨損不全，以致檢測出接地網(wǎng)缺陷后只能施行大片開挖進(jìn)行缺陷精確定位。本文提出基于異頻電流的瞬變脈沖電磁法來檢測變電站接地網(wǎng)缺陷，研制檢測裝置并將裝置試運(yùn)行于現(xiàn)場。結(jié)果表明：利用本裝置測得數(shù)據(jù)繪制接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)是可行的;通過本裝置檢測接地網(wǎng)缺陷位置是準(zhǔn)確的。

1.背景

變電站接地網(wǎng)在運(yùn)行過程中，常常由于腐蝕、焊接等原因而導(dǎo)致接地網(wǎng)導(dǎo)體斷裂、截面積減小等缺陷的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)電力系統(tǒng)故障，并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失及嚴(yán)重的社會影響。

目前，檢測地網(wǎng)缺陷的檢測方法為接地引下線導(dǎo)通檢測法，其主要缺點(diǎn)是：無法對接地體的腐蝕部位進(jìn)行精確定位，以致實(shí)施多點(diǎn)開挖;由于修建時(shí)間久遠(yuǎn)有些變電站接地網(wǎng)分布圖磨損不全，以致檢測出接地網(wǎng)缺陷后只能施行大片開挖進(jìn)行缺陷精確定位。

2.基于“異頻電流的瞬變脈沖電磁法”精確定位地網(wǎng)缺陷原理

瞬變脈沖電磁法是向周圍空間建立瞬變脈沖電磁場，在脈沖間隙階段觀測隨時(shí)間衰減的電磁場，研究異常的空間分布以及異常與時(shí)間的關(guān)系。輔以施加異頻電流技術(shù)，通過向變電站接地網(wǎng)注入異頻正弦波電流，基于電磁感應(yīng)原理利用線圈接收并觀測地表面磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，依據(jù)地表面磁感應(yīng)強(qiáng)度分布特征及變化規(guī)律，判斷接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，確定導(dǎo)體的位置，從而實(shí)現(xiàn)接地網(wǎng)斷點(diǎn)、腐蝕狀態(tài)診斷與精確定位。

3.裝置制作

基于“異頻電流的瞬變脈沖電磁法”變電站接地網(wǎng)缺陷檢測裝置是由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和組裝方式五部分組成。

3.1發(fā)射系統(tǒng)

發(fā)射系統(tǒng)核心為逆變功率模塊，作用是對接地網(wǎng)注入異頻電流。本裝置選用絕緣柵極晶體管IGBT，并選用脈沖寬度調(diào)節(jié)器PWM對脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制。

3.2接收系統(tǒng)

接收系統(tǒng)是利用電磁感應(yīng)方法測量磁感應(yīng)強(qiáng)度，采用探測線圈于地表接收和采集接地網(wǎng)發(fā)射的電磁信號。探測線圈選用尺寸為24 cm×6 cm的雙線并繞且配帶中心抽頭的矩形線圈。

3.3數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

基于傳輸距離短、數(shù)據(jù)傳輸率高的特點(diǎn)，本裝置數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)選用USB通訊方式。其設(shè)計(jì)主要為濾波器、前置緩沖放大器、數(shù)據(jù)采集卡的選擇以及PCB板的制作。

本裝置選用帶通濾波電路為帶通中心頻率可調(diào)的濾波器LTC1068-50、放大器AD620作為前置緩沖放大器、USB總線多功能數(shù)據(jù)采集卡。

3.4顯示系統(tǒng)

軟件界面采用LabVIEW，其設(shè)計(jì)主要包括終端監(jiān)視器的選擇以及診斷軟件系統(tǒng)的研發(fā)。終端監(jiān)視器選擇10寸工業(yè)平板電腦YYJPC-104。設(shè)計(jì)軟件流程圖，并依據(jù)軟件流程圖編寫軟件程序，軟件系統(tǒng)主程序流程如圖1所示。

3.5組裝方式

組裝方式采用小車式。其中裝置小車材質(zhì)選用不銹鋼、車輪選用定向式車輪。

4.設(shè)備整體調(diào)試

通過在試驗(yàn)場地實(shí)施測量，驗(yàn)證利用本裝置測得數(shù)據(jù)繪制接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可行性，以及檢測接地網(wǎng)缺陷位置的準(zhǔn)確性。

4.1接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)的判斷實(shí)驗(yàn)

利用測試數(shù)據(jù)繪制出的地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖與實(shí)際接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)基本相符。因此，利用本裝置測得數(shù)據(jù)繪制接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)是可行的。

4.2模擬接地網(wǎng)缺陷實(shí)驗(yàn)

模擬接地網(wǎng)各種缺陷，并對實(shí)驗(yàn)接地網(wǎng)按相同模擬條件進(jìn)行仿真計(jì)算，通過對比利用所研制裝置檢測接地網(wǎng)各種缺陷類型位置與實(shí)際設(shè)置缺陷位置是否相符，確定本裝置檢測接地網(wǎng)缺陷位置的準(zhǔn)確性。

首先，在圖2的P點(diǎn)處模擬了三種缺陷狀態(tài)：1.導(dǎo)體鋸斷;2.導(dǎo)體斷口處采用直徑為1mm的銅導(dǎo)線連接;3.導(dǎo)體端口處采用直徑為1mm的銅導(dǎo)線接入1Ω的電阻，如圖3所示。

然后，根據(jù)測量數(shù)據(jù)，分別得到在接地網(wǎng)正常和三種模擬缺陷狀態(tài)四種情況下地表面磁感應(yīng)強(qiáng)度的整體分布規(guī)律，在接地網(wǎng)正常的情況下，對應(yīng)的試驗(yàn)接地網(wǎng)上方的地表面磁感應(yīng)強(qiáng)度的分量不存在突變和明顯跌落現(xiàn)象，如圖3所示。

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)果的可靠性，對實(shí)驗(yàn)接地網(wǎng)按相同模擬條件進(jìn)行仿真與計(jì)算，其實(shí)驗(yàn)與仿真計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度的整體分布及局部變化特征曲線如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：裝置檢測出接地網(wǎng)各種缺陷類型的位置與實(shí)際設(shè)置的缺陷位置，二者基本相符。因此，通過本裝置檢測接地網(wǎng)缺陷位置是準(zhǔn)確的。

5.現(xiàn)場應(yīng)用

201×年×月×日，對110kV××變電站110kV、35kV區(qū)域接地網(wǎng)的接地引下線、接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)和整體腐蝕狀態(tài)進(jìn)行了檢測。

5.1 110kV區(qū)域接地引下線狀態(tài)測試

發(fā)射系統(tǒng)端口電壓大約在11-16V范圍，輸出電流20A，可觸及節(jié)點(diǎn)間（包含地表回流線）的互阻抗大約為550-800mΩ，經(jīng)過大量抽測，各觸點(diǎn)間均可聯(lián)通，且能夠注入較大電流，判斷為上引導(dǎo)體線基本正常。

5.2 110kV區(qū)域接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)探測

為了探測南北方向水平均壓導(dǎo)體分布情況，先從南北走向的2個(gè)近似直線的上引導(dǎo)體線間注入電流，試驗(yàn)測試中，注入電流20A。觀察接收到的正弦波信號，利用掃描測量小車或便攜式磁場測量系統(tǒng)東西方向移動(dòng)并測量地表面磁場，出現(xiàn)峰值的位置，表明地下存在南北方向的導(dǎo)體。類似的可以探測東西走向的導(dǎo)體分布情況。通過對整個(gè)區(qū)域的檢測繪制110kV區(qū)域接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)圖。

5.3 110kV接地網(wǎng)區(qū)域接地網(wǎng)水平均壓導(dǎo)體狀態(tài)測試

在探知接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)分布情況后，從待檢測導(dǎo)體兩端可觸及的上引導(dǎo)體線注入電流，電流大小和接收機(jī)增益配合調(diào)節(jié)，觀察波形幅度變化情況，在對多根導(dǎo)體的測試中，未發(fā)現(xiàn)檢測到的正弦波信號幅度出現(xiàn)突變或嚴(yán)重跌落的情況，表明水平均壓導(dǎo)體基本正常。

5.4 35kV接地網(wǎng)區(qū)域接地引下線狀態(tài)測試

測試方法與5.1小節(jié)相同，發(fā)射機(jī)端口電壓大約在5.5-8.5V范圍，輸出電流20A，可觸及節(jié)點(diǎn)間（包含地表回流線）的互阻抗大約為275-425mΩ，經(jīng)過大量抽測，各觸點(diǎn)間均可聯(lián)通，且能夠注入較大電流，判斷上引導(dǎo)體線正常。

5.5 35kV接地網(wǎng)區(qū)域接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)探測

采用上述5.2小節(jié)的檢測方法，得到35kV區(qū)域接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)圖。

5.6 35kV接地網(wǎng)區(qū)域接地網(wǎng)水平均壓導(dǎo)體狀態(tài)測試

按上述5.3小節(jié)的測試方法，在探知35kV接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)分布情況后，從待檢測導(dǎo)體兩端的上引導(dǎo)體線注入電流，觀察波形幅度變化情況，在對多根導(dǎo)體的測試中，未發(fā)現(xiàn)檢測到的正弦波信號幅度出現(xiàn)突變或嚴(yán)重跌落的情況，表明水平均壓導(dǎo)體正常。

5.7測試結(jié)果和結(jié)論

（1）110kV和35kV區(qū)域接地網(wǎng)在用上引導(dǎo)體線都正常，不存在斷點(diǎn)或嚴(yán)重腐蝕的情況;

（2）35kV區(qū)域接地網(wǎng)上引導(dǎo)體線間在300Hz頻率下的總體阻抗大多低于110kV區(qū)域，表明35kV區(qū)域接地網(wǎng)整體優(yōu)于110kV區(qū)域接地網(wǎng)。

結(jié)論：整個(gè)接地網(wǎng)未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重安全隱患，尚可安全運(yùn)行。

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（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司）