广东电网公司电力科学研究院-基于灵敏度的接地引下线-饶章权(3949)

基于灵敏度的接地引下线偏移对接地网故障诊断的影响研究饶章权1刘渝根2李谦1杨楚明1郑晓光1何宏明1付客勤3肖磊石2刘小二2(1.广东电网公司电力科学研究院，广州510080；2.重庆大学电气工程学院输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400044；3.重庆电力公司璧山供电局，重庆402760)摘要：因测量的接地引下线就近归算到接地网拓扑结构的交叉点造成可测节点位置偏移，对接地网故障诊断中端口电阻的测量产生影响，依据电网络理论推导出引下线偏移的灵敏度公式，并分析总结引下线偏移距离大小对端口电阻测量值的影响。同时，在4×4的模拟地网中，假设在引下线未偏移、偏移12.5%、偏移25%、偏移50%共四种条件下，分析偏移对诊断接地网支路电阻值影响，在工程上有较好的指导作用。关键词：接地网腐蚀偏移故障诊断0引言接地网是确保电气设备和人身安全的重要设施。地网腐蚀是造成接地网缺陷的主要原因之一，由此引发的事故很多。因此应用接地网故障诊断方法及时发现地网缺陷并采取相应措施具有重要意义。针对接地网故障诊断的研究，代表性的方法有：文献[1-5]基于特勒根定理，将原始接地网（设计值）和实际接地网（运行多年后）的支路电压和电流进行互换，通过测量若干可及节点间的电阻来建立方程，从而得到接地网各条导体的实际电阻。该方法将测量用的接地引下线与水平主地网的连接点就近归算到地网拓扑结构的交叉点上，故对测量及诊断结果造成一定误差。文献[6-7]提出通过在接地网的两根接地引下线直接注入和抽出异频的正弦波激励电流，基于电磁感应原理测量地表面磁感应强度分布，检测地网导体断裂情况，该方法对发生腐蚀但尚未断裂的导体的诊断效果不明显。但是，以电网络理论为基础的接地网故障诊断方法是以接地网拓扑结构中的网络节点作为节点，接地引下线作为可及节点。而在变电站现场接地引下线往往没有严格处于接地网的网络节点上，腐蚀诊断中一般依据“就近原则”，将接地引下线与水平主地网的连接位置近似归算到最近的接地网的网络节点上，因此测量时由于引下线连接位置的偏移以及偏移距离的大小导致测量结果存在偏差，最终对诊断结果造成一定影响。在以往的文献中，没有从理论上深入分析接地引下线偏移对引下线之间端口电阻的测量值以及接地网支路电阻诊断值的影响，同时该问题的研究对腐蚀诊断方法在工程上的推广应用具有较好的指导意义。本文将对此进行分析。1引下线连接位置的偏移距离灵敏度公式推导图1为简化的接地网模型。假设接地网有n+1个节点，b条支路，忽略土壤因素的影响，可以将接地网看成一个纯电阻网络。现场测量时由于实际接地引下线与水平主地网连接位置偏移，例如测量图1中节点x1(或x2)与节点y1(或y2)之间的端口电阻时，实际是测量节点n+2与节点n+3之间的端口电阻，即接地网模型增加了n+2和n+3两个节点，同时在原有p、q两支路上多了b+1和b+2两条支路。测量位置的不同导致接地网模型增加的两个节点和两条支路位置的不同，即每次测量接地网模型的关联矩阵都发生改变，且支路导纳矩阵也发生改变，因此导致测量的端口电阻值发生改变。下面根据接地网模型推导引下线连接位置。将接地网看成一个纯电阻电路，当电路中由于引下线连接位置发生偏移时（偏移数值的变化定义为电路元件参数变化量），必将在输出参数即端口电阻测量值中反映出来，同时也影响地网诊断结果。根据灵敏度理论，故障状态的输出参数与正常状态的相对变化量不仅与电路元件参数的相对变化量有关，而且与输出参数对电路元件参数的灵敏度有关。n+1n1234n+2n+3123bb-1b+2b+1··················x2x1py2y1q图1接地网模型灵敏度是指电路中元件xi偏离其标称值时，电路参数的变化情况，它是衡量电路性能的重要指标之一。灵敏度有微分灵敏度和增量灵敏度两种类型。微分灵敏度反映了电路中元件xi的微小变化(Δxi)所导致的输出参数Tj的改变0()/()jiiTjjiixjijixTTxxSTxTx（1）元件xi相对偏移量与电路参数的相对偏移量之间的关系可定义为jiTjjiiixjijiiTTxxxSTxTxx（2）Δxi为该元件的偏移量，jiTxS为元件xi相对于电路参数Tj的灵敏度。现场测量时未考虑引下线偏移，由电网络理论可得：nnnIVY（3）TbnAYAY(4)nnnIYV1(5)1112112122221212jbjbiiijibnnnjnbaaaaaaaaAaaaaaaaa（6）式中：A为选定参考节点后原网络的关联矩阵；Yb为原支路导纳矩阵；Yn为原节点导纳矩阵；In为原节点的电流列向量；Vn为原节点电压列向量。现场测量时考虑引下线偏移则根据图1所示支路数和节点数均增加2，可得1223nAAAAE(7)令关联矩阵A中20xpa，20yqa，可得出式(7)中的A1。22211xyA，311pqA式中：An+2为考虑引下线偏移选定参考节点后网络的关联矩阵；图1中所示，x2、y2分别为新增两条支路一端的原节点号，p、q分别为新增节点所在的原支路号。则根据式(2)(3)(4)(5)(6)，定义引下线偏移距离相对于测量结果的灵敏度为：12222222TnnbnnnnVVYYAAVRRR其中△R表示引下线实际连接位置与引下线归算连接点之间距离，由上式可知现场试验中，引下线偏移距离的大小对端口电阻测量有影响，具体情形通过灵敏度反映。2引下线连接位置偏移对测量结果影响规律探讨图2接地网拓扑结构图2中白点表示实际测量中归算到就近的网络节点的引下线与主地网连接位置，黑点表示引下线与主地网实际连接位置，仅作为示意，偏移距离在程序里设定，现场试验中仅测量了220kV区域，因此图中仅反映220kV区域引下线连接位置。实际工程中测量两引下线之间的端口电阻值，由于引下线偏移，导致在现场存在测量引下线l1-l2，l1-l3，l2-l3三种情况，如图3所示，其中白点表示假象引下线与地网连接点，黑点为实际引下线连接点。mnm＇pql1l2l3图3接地引下线偏移模型在变电站现场，节点间电阻的测量是费时费力的工作，主要的工作量集中在了移动测量线和接线过程中(即将测量线连接到接地网的可及端点上)。如何花费最少的时间和工作量得到最多的数据就显得尤为重要。在大中型地网腐蚀诊断中，考虑将某一点设为不动点，另一端点有规律的移动，可以有效的提高测量效率。现场测量中应尽可能选接地引下线与主地网交汇连接点作为不动点，但是实际工程中并不能确定引下线连接位置是否发生偏移。本小节就以不动点位置发生偏移以及偏移距离进行探讨。通过MATLAB编制的程序能够快速计算不动点上下左右偏移12.5%，25%，37.5%，50%，62.5%，75%，87.5%，100%时，相应端口电阻值的变化情况。(a)116不动点下偏(b)116不动点右偏(c)141不动点上偏(d)141不动点左偏图4引下线偏移距离与端口电阻值关系曲线从图中可以看出，随着不动点位置偏移量的增加，相应端口电阻值呈现先增大后减小的趋势，且在偏移距离达到50%左右时，端口电阻值达到顶峰。为了补充对引下线偏移影响的研究，本文在由16个节点，24条支路组成的仿真地网中，把偏移量设为4个等级，即未偏移，偏移12.5%，偏移25%，偏移50%，所有节点均同时偏移相同量。每条支路电阻为8mΩ，其中第8条支路腐蚀，电阻增大8倍，地网模型如图5所示：实际接地网引下线实际连接位置引下线归算连接位置21346578109111214131516图5地网仿真图对其中28组节点对进行分析，并利用ATP进行模拟仿真，调整偏移量进行节点间电阻的测量，结果记录如表1：表1端口电阻测量值(mΩ)测量节点未偏移偏移12.5%偏移25%偏移50%2-49.58319.08718.39056.39582-56.50067.65728.626410.0032-76.39927.177.78078.52182-108.08259.08089.882910.8982-1210.50610.66110.62910.0032-1311.81512.13412.31612.2642-1510.57410.94811.21511.4294-512.17512.46912.6212.494-76.92977.59458.11058.69634-1012.0712.43512.64212.5844-129.52919.52839.41968.87844-1315.50615.42815.19314.2564-1511.68912.10312.35812.3965-77.86638.88169.687910.6735-106.54337.18527.64228.00145-1211.43911.93912.29612.5815-139.40308.94928.28926.35075-1510.50610.66110.62910.0037-107.51568.42059.099.72297-126.29126.55436.75126.94667-1311.06111.46611.72211.7897-157.32597.77058.1188.521810-1210.13610.70411.12411.51410-137.18197.32077.39547.353110-158.16468.00107.59266.041112-1313.05813.45213.67613.61212-156.50067.65728.626410.00313-1510.21410.0849.85879.1216将表1输入MATLAB程序进行计算，诊断结果（即支路电阻增大倍数）如表2、图6~9所示。表2诊断结果支路号未偏移偏移12.5%偏移25%偏移50%100.58641.17012.1451500.19860.36850.5683700.10550.15540.049687.98494.58343.01121.3487900.03870.08250.20731200.63261.21621.7691500.33160.60230.80211800.22330.40920.5934图6未发生偏移图7偏移12.5%图8偏移25%图9偏移50%由图和表可以看出，偏移量在12.5%时，相对未偏移的情况，腐蚀支路的电阻增大倍数减小，相应多出7条额外的腐蚀支路，但由于其电阻增大倍数很小，几乎可以忽略，故此等级的偏移对腐蚀诊断造成的影响可忽略。而偏移量达到25%时，腐蚀支路的电阻增大倍数继续减小，但由于新增的腐蚀支路电阻增大倍数不大，按照腐蚀判定的原则，8号支路被判定为小故障，腐蚀诊断结果不变。但当偏移量达到50%时，8号支路的电阻增大倍数已降为1.3倍，判定为未腐蚀，而实际上这条支路的电阻增大倍数达到8倍，在此情况下，此支路的腐蚀会被忽略掉。3结语随着接地引下线偏移量的增多，伪故障支路数目也随之增加，相应的腐蚀支路的电阻增大判定将会越来越小，到最后被忽略，影响试验最后选择需要开挖的支路的判定。同时，通过ATP及MATLAB程序仿真计算发现，当引下线偏移在50%左右时，对现场腐蚀诊断准确性影响较大。因此，在现场试验中应尽量参考相关图纸，查清测量端口与主网连接位置。在连接位置不明确情况下，采用不动点测量数据时，宜多选取地网不同位置不动点进行数据测量；在诊断过程中，宜选取不同测量节点对数据，这样诊断中出现的诊断误差也会相应减少。这样诊断中出现的诊断误差也会相应减少。4参考文献[1]张晓玲,陈先禄.优化技术在发、变电所接地网故障诊断中的应用[J].高电压技术,2000,26(4):64-66.ZHANGXIAO-LING,CHENXIAN-LU.Thetechniqueoftheoptimizationappliedinthegroundinggr