浅谈变电站接地网故障诊断技术的研究现状

王诗雅　王帮亮　高淑萍

【摘 要】维持电力系统的持续稳定运行，应当严格按要求利用接地引下线将电气设备和接地网连接起来，保障接地网运行性能的良好，供应电力系统的可靠运行。基于此安全性的要求，本文首先分析变电站接地网发生故障时，容易造成的实质性危害情况，接着立足于此深入分析比较典型的变电站接地网故障检测方法，最终在分析变电站接地网故障诊断技术应用现状的基础上，谈谈主要故障诊断技术的研究现状。

【关键词】变电站；接地网故障；故障诊断技术

中图分类号： TM862 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）14-0156-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.071

0 引言

近些年來，随着社会生产力水平的持续走高，国内对于电力系统的建设取得了前所未有的显著成就，同时还对接地网的安全性和可靠性提出了更高的要求。相对于国内目前的大型变电站或者发电厂来讲，接地网属于比较隐蔽的支持装置，通常以独立的形式被埋于地下，直接影响到变压器、断路器、电压互感器等多项设备的运行情况，一旦引发接地网故障，所造成的社会不良影响往往难以在短时间内消解。

1 变电站接地网故障造成的实质性危害

1.1 导致停电事故的发生

一旦变电站的接地网出现了故障问题，极容易导致变电站停电事故的发生。像是广西合山电厂的110kV开关站，先是A相出现了接地故障问题，此后逐步引发了两相短路甚至三相短路事故，最终导致整个电厂出现了停电事故，究其事故的主要原因，正是因为地面以下的接地网接地引下线，出现了大段的严重腐蚀现象。

1.2 加剧接地网腐蚀程度

曾经有一次，广东省的中试所在检测站内120多座已经运行了至少十年的变电站时，主要采用了开挖检测故障的方式，结果在检测过程中发现至少存在60座变电站的接地网出现了故障现象。其中尤为明显的故障问题，主要在于变现站接地网的虚焊、漏焊或者腐蚀情况，导致其中几座已经运行了将近20年的变电站，接地网位置均压导体总面积的80%甚至已经被严重腐蚀掉。除此之外，另有一些设备导体存在着多处断裂点，一些接地网均压导体的圆钢材料，甚至已经被故障腐蚀成细条形状，严重影响了变电站的运行安全。

1.3 损坏接地网运行设备

很多时候，在变电站接地网出现电气连接不良问题的基础上，都会导致接地网的局部散流性能逐渐降低，最终反而容易使得变电站接地故障造成的危害进一步扩大。一些变电站出现的接地故障问题，往往在于系统发生了两相短路接地故障，导致接地点和异相异点接地出现短路现象，招致故障电流烧坏了少数接地连接母线，加剧了电气设备的过电压程度。最终，随着接地网故障时间的逐渐延长，变电站主控室的设备面临着被故障损坏的风险，进一步加剧接地网运行设备的损坏程度。

2 典型的变电站接地网故障检查测试方法

2.1 自然电场检测方法

自然电场检测方法属于物理检测方法的主要类型，能够直接测量金属管道的腐蚀情况，从而在得到自然电位信息的情况下，尽快确定导致接地网出现故障问题的具体腐蚀位置。这种检测方法的好处在于出错率较小，此后随着研究的深入出现了以金属管道作为传输信号的电位自动测量方法，一定程度上能够提高检测接地网故障的效率，只是面临着一些研究方面的瓶颈难题[1]。

2.2 电阻率的检测方法

如今对于电阻率法的研究逐渐多了起来，主要在于电阻率法的检测效果非常明显。这种检测技术能够利用对称四极方法，直接检测土壤所含的电阻率，再结合得到的测量结果检测接地网的实际腐蚀程度。只是该技术的研究多集中在对于接地网故障的诊断方面，目前还难以做到利用该检测技术，准确判断接地体的具体故障情况，尤其对于水平网格状均压导体故障的检测效果更不明显。

2.3 极化阻抗检测方法

对于一些像是管道图层出现了破损点的变电站接地故障情况，使用极化阻抗检测方法的检测效果比较明显，只是无法直接诊断接地网的故障情况。随着研究程度的深入，技术人员往往可以直接向管道施加激励脉冲，测量金属在正常情况下以及腐蚀故障情况下的电导率变化情况，从而对电磁参数的稳定性进行测量，最终在得知磁导率以及电导率诊断数据的前提下，就可以直接对变电站的接地网进行有效的故障诊断，未来对于该技术的研究还将取得进一步的突破，使其能够为变电站接地网故障的诊断提供更具客观性的参考。

3 变电站接地网故障诊断技术的研究现状

3.1 电阻抗扫描成像技术的研究现状

变电站接地网属于非常关键的具有输变电功能的设备，能够帮助电力系统实现与地面的安全连接，为电力系统的稳定运行提供零电位参考点，因此可以有效保护电力系统所含设备以及相关人员的安全性。一般来说，接地网的主体结构均压导体被铺设在地面以下，容易受到土壤腐蚀、焊接不良等因素的影响，加剧接地网导体和接地引线的腐蚀程度，逐渐演变成容易导致电气连接不良的潜在故障隐患。电阻抗扫描成像技术正是当前引起广泛关注的新型变电站接地网故障诊断技术，主要原理基于接地网可以被等效视为纯电阻网络，通过计算能够检测到接地网络导体每部分支路的电阻数值，经过比较就可以得知接地网出现腐蚀或者断裂现象的具体位置。立足于电阻抗扫描成像技术，可以将接地网的每一个节点视为一项参考点，向每个点注入激励电流源即可得知任意点和参考点之间的电压数值，此后便可以运用正则化技术根据灵敏度构建的矩阵，轮换测试接地网的多个节点，继而通过数学模型的构建，顺利检测到接地网的电阻抗，打造能够检测接地网故障的诊断装置，准确测量出接地网的腐蚀断点位置[2]。

3.2 电磁场分析检测接地网腐蚀断点

就目前而言，技术人员使用电磁场分析的方法，检测变电站接地网的腐蚀断点故障，属于研究较为广泛的一项接地网故障诊断技术。这种接地网故障诊断技术，主要的诊断依据是电磁感应原理，能够通过向接地网注入正弦波激励电流的形式，检测出地面磁感应的大致分布规律，此后再逐步根据地面腐蚀程度的差异，率先考量出地面磁感应强度的分布情况，通过与接地网正常情况下的磁感应强度分布规律进行对比，能够有效诊断接地网的腐蚀情况。例如，首先可应用CDEGS仿真模型，率先建立起类似于接地网运行情况的仿真模型，以便评估接地网运行基础上电力系统的安全性能。接着，此后再逐渐对土壤结构、接地网网格导体结构、电流注入位置，这三种容易对接地网地面磁感应强度情况的因素构建仿真模型，之后再与接地网导体在受到局部腐蚀影响下的磁感应强度分布情况进行对比，有效诊断接地网络的状态是否处于正常[3]。此后，再逐渐利用Matlab软件对程序进行编写，计算接地网在不同腐蚀程度影响下，磁感应强度的分布规律，继而针对性的得到有关于接地网状态的科学诊断结果。

3.3 以诊断方程检测变电站接地腐蚀

在正常情况下，接地网主要被埋设在地面以下，通过扁钢或者水平圆钢的相互连接，构建成网络拓扑结构，在刚设计完毕之初可以直接根据导体长度、横截面积以及土壤电阻率等指标，计算最为初始的电阻数值。但是，在接地网运行多年时间以后，一部分导体支路会逐渐出现腐蚀或者断裂现象，导致部分支路所产生的导体电阻值远远高于原始数值。结合接地网受到腐蚀前后的状态来看，明显能够发现存在两种具有相似拓扑结构、不同导体支路电阻的接地网电阻网络，在这种情况下可以直接根据电网络理论原理，得到每个端口电阻的具体数值。这时，接地网已经开始出现了腐蚀现象，再加上接地网和变电站电气设备主要靠接地引来连接，因此在测量接地引下线之间的电阻值，可以直接了解到在接地网出现腐蚀现象前后，每个端口电阻数值的实际变化情况。根据特勒根定理，能够发现接地网支路电阻和端口电阻之间的变化关系，此时可以建立故障诊断方程，根据计算得到的接地网腐蚀前后的支路导体电阻值数据，检测到接地网各支路的腐蚀程度。

3.4 接地网故障智能诊断系统的研究

目前各行各业的生产模式都在逐步向现代化、智能化进行转变，在接地故障诊断技术的研究方面，逐渐出现了接地网故障智能诊断系统技术，具有划时代的意义。接地网故障智能诊断系统的运行原理，主要在于主测量控制系统，能够帮助把控电流激励源的具体注入位置，向变电站接地网传输稳定的电流激励信号，使其能够保证测量系统的正常运行。接着，测量系统能够收集到接地网接地引线附近的电位值情况，直接将其与未发生故障时接地引下线节点的电位值进行对比，得到详细的对比参数之后，就可以直接判断接地网的实际运行状态，从而有效衡量接地网装置出现腐蚀情况的具体位置以及实际腐蚀程度，极大的提高了接地网故障的检测效率。这项接地网故障智能诊断系统的运行，主要依赖于PC平台的正常作业，之后便可以利用PC平台里面高性能的软件系统资源，设计能够检测接地网故障情况的硬件电路，直接对现场的测量作业进行收集、输送以及把控，利于直接利用软件系统以及硬件结构的智能化优势，实现对于接地网故障的详细分析与诊断。

4 结束语

综上所述，随着电力能源在社会生产环节地位的提高，社会公众对于电力系统运行的稳定性提出了新的要求，使得变电站频发的接地网故障情况，引起了社会公众的广泛关注。结合国内外现有的研究资料来看，对于变电站接地网故障的诊断技术，很大程度上还停留在理论研究的层面，可有效应用于生产实践的故障诊断新技术实属不多见，因此还需进一步探索研究有效的诊断技术，全力提高故障诊断效率。

【参考文献】

[1]陈建伟，钱洲亥，胡家元.电阻抗扫描成像技术在变电站接地网故障诊断中的应用研究[J].浙江电力，2017，36（10）：27-30.

[2]卢银花.气体绝缘变电站接地网的沖击特性和地表电位计算分析[D].沈阳工业大学，2017.

[3]张瑞强.变电站接地网接地性能及其故障诊断成像系统研究[D].重庆大学，2014.