基于磁场理论的变电站接地网腐蚀诊断方法研究

变电站在进行接地网施工时，有很大几率会导致支路导体存在一些焊接错误甚至漏焊等问题发生，如果此接地网导体长期深埋在地下深处，就会受到潮湿侵袭、大量有害气体污染，甚至被酸性土壤破坏，影响了导体接地性能，损坏了电力系统的正常运转。要是发生腐蚀断裂等重大问题就会进一步产生漏电，加大反击和电缆皮环流的相互作用，从而破坏电网的二次装置绝缘，引起一系列的不良影响，甚至严重威胁到工作人员工的生命安全，给我国和社会都造成高额经济损失[1]。

新时期随着我国工业的快速发展，打造出高电压大容量的变电站接地网已经不再是难题，不过很多接地网因长期在地下运行而发生了腐蚀问题，很容易发生故障，从而导致故障电流不断增多，事故涉及到的问题面积越来越大，这就对我国电力系统接地网的建立提出了更高更难的适应要求，急需一套完整的、能和系统相匹配、相适应的安全保障防护系统，能在最短的时间内判断出接地网导体的腐蚀程度大小，从而能及时的更换设备，防患于未然。

1 变电站接地网腐蚀诊断研究现状

在国内很多专家和学者都把接地网当作纯电阻网络，重庆大学的刘渝根教授就是这种结论的支持者，他假设如果接地网导体会发生故障而接地网拓扑结构不变的时候，在相对应的支路电阻变大之际，对产生的异常问题大部分使用特勒根定理做差，以求出问题诊断方程。利用测量接地网引出线得到端口的电阻，使用迭代算法得到支路电阻的具体增量[2]。

对接地网故障诊断问题状态的研究，华北电力大学的刘洋和崔翔教授也提出了相应的看法。这类方案是使用两根下引导体对接地网注入一定的抽出异频电流，之后在按照地表磁感应强度的具体分布情况，判断出导体腐蚀程度大小，其发生故障的具体位置会让地表磁感应的强度逐渐下降；根据电磁场理论，提出按磁场检测的接地网腐蚀诊断做法以及结构分布情况，归纳出一套精准接地网磁场问题诊断的科学系统。我们可以按照此类方案去判断接地网是否发生了故障：只诊断测量点四周的接地网导体的具体情况，由于磁场信号不容易精准测量，经常出现很多不同信号干扰，所以对测量工作的要求十分严格，测量线圈的放置角度会直接影响测量结果大小，并且需要在一次诊断里测量出很多点，这样就给工作带来了沉重压力。

如今学术界对变电站接地网领域方面的探讨很多，尤其是在缺陷问题诊断方面的专家和学者也不在少数，虽然实际工作里采取规模小、结构相对简单的接地网系统，但在实际操作中经常碰到结构复杂的接地网。随着我国电力事业规模逐渐扩大，大面积的接地网使用越来越频繁，这就需要不断完善和改良各种实际接地网工作中的精准性、可实用性。目前最快速、最科学的参考理论就是电磁场工作原理，不过大部分变电站内的环境噪音较大，会在不同程度上或多或少影响着测量结果，随着电网技术的快速创新发展，这类难题即将迎刃而解。

2 现有接地网故障诊断方法

现在常用四种方法诊断接地网是否故障[3]：

使用开挖接地网的方法来诊断故障。过去我国很长时间内都是用开挖土壤的方式进行故障检查，表面看似工作量简单但盲目性很大，既造成人力物力的大量损失，也加大财政困难，排查速度过慢，从而影响电力系统不能正常运转，所以传统的查找故障方式是不可取的。

通过测量地网可及节点间的电阻来判断地网的腐蚀程度。接地网一般被当作纯电阻网络，如果想精准判断地网的腐蚀程度，可以按照测量接地网的可及节点间电阻值的变化，在已知地网及拓扑结构的情况下，判断出接地网腐蚀程度的大小，使用涉及到的接地引下线，对正常状态下的电阻值和测量后的电阻值互相比较参考。不过要注意的是，接地网局部腐蚀的部分会导致接地导体不断变细甚至断裂，再加上接地网的中导体间互电阻的作用使导体的电阻值变化并不明显，所以想检查电阻值的变化来进行故障诊断是不可取的。

利用超声波发出的信号对缺陷信息及位置进行诊断。使用超声波在缺陷处会发生反射的原理，接收好探头所检测到的返回信号，仔细分析接收信号就可以精准确定哪些是缺陷问题所在处，不过超声波无法在钢类材料上面应用，所以此方法不能大面积的推广。

通过测量接地网地表的磁场分布进行诊断。根据电磁感应原理，把正弦波的激励电流不断注入到接地网里，在利用检测装置去测量通过的接地网各个导体中各支路电流在地表上激发的的各类磁感应强度大小，总结出地表磁场分布的正确规律和具体特征，并诊断出接地网的结构及地网导体的缺陷情况。现在变电站容量不断增大，在改建的前期和后期接地网的设计图纸会有很大变化，在没有明确理解接地网导体结构的状况下，不需要挖掘就可以精准的判断出其结构变化，得到腐蚀部位的具体地理位置和腐蚀情况，本文将会对这个检测做法做进一步的验证。

3 接地网故障诊断存在的问题

如今由于盲目开挖导致分析结果的针对性很差，再加上超声波无法在钢材类上使用，只能通过电网络理论和电磁场理论来判断接地网是否腐蚀。电网络理论分析法是把接地网当作纯电阻网络搭建接地网故障检测方程，以此得到各个支路的导体实际阻值和电阻变化情况，解出故障检测方程来判断接地网故障情况；也可以采取电磁场理论分析做法，对接地网注入和抽出一定频率的电流，就可以得到接地网地表的磁感应强度大小来获得磁场分布情况，用分布情况来进行相应诊断[4,5]。

表1 两种方法存在的问题

这两类做法都能得出接地网的具体支路腐蚀问题情况，其具体使用方法是：使用电网络理论就可以得到各个支路的电阻，接地网如果正常时进行电阻对比就可得到具体支路腐蚀程度的大小；利用电磁感应理论检测的时候，出现某一段导体断点和腐蚀变细的问题时，接地网的导体电阻就会发生明显变化，促使该导体地表面面积磁感应强度变化凸出，这就给腐蚀诊断提供了很好的依据，当某段导体出现明显断点以及严重腐蚀变细问题时候，此导体上方的地表磁感应强度变化大小会十分明显，根据此类情况推断出该处导体存在问题，这两类做法存在的问题情况如表1所示。