基于“異頻電流的瞬變脈沖電磁法”變電站接地網缺陷檢測技術

王穎

【摘 ?要】變電站接地網在運行過程中，常常由于腐蝕、焊接等原因而導致接地網導體斷裂、截面積減小等缺陷的發生，嚴重時甚至會引發電力系統故障。目前變電站接地網檢測方法無法對接地體的腐蝕部位進行精確定位，必須實施多點開挖，以致缺陷處理時間較長，另外，有些變電站接地網分布圖磨損不全，以致檢測出接地網缺陷后只能施行大片開挖進行缺陷精確定位。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缺陷，研制檢測裝置并將裝置試運行于現場。結果表明：利用本裝置測得數據繪制接地網結構是可行的;通過本裝置檢測接地網缺陷位置是準確的。

1.背景

變電站接地網在運行過程中，常常由于腐蝕、焊接等原因而導致接地網導體斷裂、截面積減小等缺陷的發生，嚴重時甚至會引發電力系統故障，并造成巨大的經濟損失及嚴重的社會影響。

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

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間衰減的電磁場，研究異常的空間分布以及異常與時間的關系。輔以施加異頻電流技術，通過向變電站接地網注入異頻正弦波電流，基于電磁感應原理利用線圈接收并觀測地表面磁感應強度分布，依據地表面磁感應強度分布特征及變化規律，判斷接地網的結構，確定導體的位置，從而實現接地網斷點、腐蝕狀態診斷與精確定位。

3.裝置制作

基于“異頻電流的瞬變脈沖電磁法”變電站接地網缺陷檢測裝置是由發射系統、接收系統、數據處理系統、顯示系統和組裝方式五部分組成。

3.1發射系統

發射系統核心為逆變功率模塊，作用是對接地網注入異頻電流。本裝置選用絕緣柵極晶體管IGBT，并選用脈沖寬度調節器PWM對脈沖寬度進行調制。

3.2接收系統

接收系統是利用電磁感應方法測量磁感應強度，采用探測線圈于地表接收和采集接地網發射的電磁信號。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數據處理系統

基于傳輸距離短、數據傳輸率高的特點，本裝置數據處理系統選用USB通訊方式。其設計主要為濾波器、前置緩沖放大器、數據采集卡的選擇以及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總線多功能數據采集卡。

3.4顯示系統

軟件界面采用LabVIEW，其設計主要包括終端監視器的選擇以及診斷軟件系統的研發。終端監視器選擇10寸工業平板電腦YYJPC-104。設計軟件流程圖，并依據軟件流程圖編寫軟件程序，軟件系統主程序流程如圖1所示。

3.5組裝方式

組裝方式采用小車式。其中裝置小車材質選用不銹鋼、車輪選用定向式車輪。

4.設備整體調試

通過在試驗場地實施測量，驗證利用本裝置測得數據繪制接地網結構的可行性，以及檢測接地網缺陷位置的準確性。

4.1接地網結構的判斷實驗

利用測試數據繪制出的地網結構圖與實際接地網結構基本相符。因此，利用本裝置測得數據繪制接地網結構是可行的。

4.2模擬接地網缺陷實驗

模擬接地網各種缺陷，并對實驗接地網按相同模擬條件進行仿真計算，通過對比利用所研制裝置檢測接地網各種缺陷類型位置與實際設置缺陷位置是否相符，確定本裝置檢測接地網缺陷位置的準確性。

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

然后，根據測量數據，分別得到在接地網正常和三種模擬缺陷狀態四種情況下地表面磁感應強度的整體分布規律，在接地網正常的情況下，對應的試驗接地網上方的地表面磁感應強度的分量不存在突變和明顯跌落現象，如圖3所示。

為進一步驗證上述結果的可靠性，對實驗接地網按相同模擬條件進行仿真與計算，其實驗與仿真計算磁感應強度的整體分布及局部變化特征曲線如圖4所示。

實驗結果：裝置檢測出接地網各種缺陷類型的位置與實際設置的缺陷位置，二者基本相符。因此，通過本裝置檢測接地網缺陷位置是準確的。

5.現場應用

201×年×月×日，對110kV××變電站110kV、35kV區域接地網的接地引下線、接地網主體結構和整體腐蝕狀態進行了檢測。

5.1 110kV區域接地引下線狀態測試

發射系統端口電壓大約在11-16V范圍，輸出電流20A，可觸及節點間（包含地表回流線）的互阻抗大約為550-800mΩ，經過大量抽測，各觸點間均可聯通，且能夠注入較大電流，判斷為上引導體線基本正常。

5.2 110kV區域接地網主體結構探測

為了探測南北方向水平均壓導體分布情況，先從南北走向的2個近似直線的上引導體線間注入電流，試驗測試中，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東西方向移動并測量地表面磁場，出現峰值的位置，表明地下存在南北方向的導體。類似的可以探測東西走向的導體分布情況。通過對整個區域的檢測繪制110kV區域接地網主體結構圖。

5.3 110kV接地網區域接地網水平均壓導體狀態測試

在探知接地網結構分布情況后，從待檢測導體兩端可觸及的上引導體線注入電流，電流大小和接收機增益配合調節，觀察波形幅度變化情況，在對多根導體的測試中，未發現檢測到的正弦波信號幅度出現突變或嚴重跌落的情況，表明水平均壓導體基本正常。

5.4 35kV接地網區域接地引下線狀態測試

測試方法與5.1小節相同，發射機端口電壓大約在5.5-8.5V范圍，輸出電流20A，可觸及節點間（包含地表回流線）的互阻抗大約為275-425mΩ，經過大量抽測，各觸點間均可聯通，且能夠注入較大電流，判斷上引導體線正常。

5.5 35kV接地網區域接地網主體結構探測

采用上述5.2小節的檢測方法，得到35kV區域接地網主體結構圖。

5.6 35kV接地網區域接地網水平均壓導體狀態測試

按上述5.3小節的測試方法，在探知35kV接地網主體結構分布情況后，從待檢測導體兩端的上引導體線注入電流，觀察波形幅度變化情況，在對多根導體的測試中，未發現檢測到的正弦波信號幅度出現突變或嚴重跌落的情況，表明水平均壓導體正常。

5.7測試結果和結論

（1）110kV和35kV區域接地網在用上引導體線都正常，不存在斷點或嚴重腐蝕的情況;

（2）35kV區域接地網上引導體線間在300Hz頻率下的總體阻抗大多低于110kV區域，表明35kV區域接地網整體優于110kV區域接地網。

結論：整個接地網未發現嚴重安全隱患，尚可安全運行。

參考文獻：

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（作者單位：國網山西省電力公司臨汾供電公司）