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接地引下線偏移對接地網(wǎng)故障診斷的影響

文檔作者：饒章權(quán) 劉渝根李謙楊楚明張英付客勤肖磊石劉小二文檔來源： 1．廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院 2．重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室 3．重慶電力公司璧山供電局		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年07月28日
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第23卷第11期
2010年11月
廣東電力
GUANGD0NG ELECTRIC P0W ER
Vo1．23 No．11
NOV．2O10
接地引下線偏移對接地網(wǎng)故障診斷的影響
饒章權(quán) ，劉渝根。，李謙 ，楊楚明 ，張英 ，付客勤。， 肖磊石 ，劉小二。
(1．廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣東廣州510080；2．重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重
點實驗室，重慶400044；3．重慶電力公司璧山供電局，重慶402760)
摘要：接地引下線就近歸算到接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的交叉點時易造成可測節(jié)點位置偏移，對接地網(wǎng)故障診斷中端口
電阻的測量產(chǎn)生影響，針對此，依據(jù)電網(wǎng)絡(luò)理論推導(dǎo)出引下線偏移的靈敏度公式；結(jié)合4×4的模擬地網(wǎng)，分析
引下線未偏移、偏移12．5％、偏移25％、偏移50％ 四種條件下對端口電阻測量值的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)引下線偏移約
為50％時，對現(xiàn)場腐蝕診斷準(zhǔn)確性影響較大；建議在現(xiàn)場試驗中應(yīng)盡量參考相關(guān)圖紙，查清測量端口與主網(wǎng)連
接位置。
關(guān)鍵詞：接地網(wǎng)；引下線；偏移；腐蝕；故障診斷
中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1007．290x(2010)11-0031．05
Influence of Grounding Down Line Deviation on Fault
Diagnosis of Grounding Grid
RAO Zhang-quan ，LIU Yu-gen2，LI Qian ，YANG Chu-ming'，ZI-I G Ying ，F(xiàn)U Ke-qin3，XIAO Lei-shi2，LIU Xiao-er2
(1．Electric Power Research lnst．of Guangdong Power Grid Corp．，Guangzhou，Guangdong 510080，China；2．State Key
Laboratory of Power Transmission&amp;amp; Distribution Apparatus。System Security and New Techniques。Co1． of Electrical
Engineering，Chongqing Univ．，Chongqing 400044，China；3．Bishan Power Supply Bureau of Chongqing Electric power
Corp．，Chongqing 402760，China)
Abstract：To evaluate influence on the port resistance measurement in fault diagnosis of grounding grid，for the measurable
node deviation due to the normalization of grounding down line po sitions to the nearby nod es in grounding grid topological
structure，a sensitivity equation is derived based on electric network theory；with an experimental grounding grid with
sixteen branches as an example，the impacts of grounding down line deviation by O％ ，12． 5％ ，25％ ，50％ on the po rt
resistance measurement are analyzed．It is found that grounding down line deviation by about 50％ has greater impact on the
accuracy of on—site corrosion diagnosis．It is suggested that reference drawings should be used to the utmost in field testing，
and the connecting positions of measuring ports and the main network should be clarified．
Key words：grounding grid；down line；deviation；corrosion；fault diagnosis
接地網(wǎng)是確保電氣設(shè)備和人身安全的重要設(shè)
施。地網(wǎng)腐蝕是造成接地網(wǎng)缺陷的主要原因之一，
由此引發(fā)的事故很多，應(yīng)用接地網(wǎng)故障診斷方法及
時發(fā)現(xiàn)地網(wǎng)缺陷并采取相應(yīng)措施具有重要意義。
接地網(wǎng)故障診斷研究代表性的方法有：基于
特勒根定理，將原始接地網(wǎng)(設(shè)計值)和實際接地
網(wǎng)(運(yùn)行多年后)的支路電壓和電流進(jìn)行互換，通
過測量若干可及節(jié)點問的電阻來建立方程，從而
收稿日期：201{)．07-14
基金項目：廣東電網(wǎng)公司科研項目(08093102)
得到接地網(wǎng)各條導(dǎo)體的實際電阻_】 ]。該方法將
測量用的接地引下線與水平主地網(wǎng)的連接點就近
歸算到地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的交叉點上，故對測量及診
斷結(jié)果造成一定誤差。文獻(xiàn)[6—7]提出通過在接
地網(wǎng)的2根接地引下線直接注人和抽出異頻的正
弦波激勵電流，基于電磁感應(yīng)原理測量地表面磁
感應(yīng)強(qiáng)度分布，檢測地網(wǎng)導(dǎo)體斷裂情況，該方法
對發(fā)生腐蝕但尚未斷裂的導(dǎo)體診斷效果不明顯。
以電網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)的接地網(wǎng)故障診斷方法
是以接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為節(jié)點，接
廣東電力 第23卷
地引下線作為可及節(jié)點。但在變電站現(xiàn)場，接地
引下線往往沒有嚴(yán)格處于接地網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，
腐蝕診斷中一般依據(jù)“就近原則”，將接地引下線
與水平主地網(wǎng)的連接位置近似歸算到最近的接地
網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，測量時由于引下線連接位置偏
移導(dǎo)致電阻測量結(jié)果存在偏差，最終對診斷結(jié)果
造成影響。
以往的文獻(xiàn)沒有從理論上深人分析接地引下線
偏移對引下線之問端口電阻的測量值以及接地網(wǎng)支
路電阻診斷值的影響，而該問題的研究對腐蝕診斷
方法在工程上的推廣應(yīng)用具有較好的指導(dǎo)意義，因
此本文將對此進(jìn)行分析。
1 引下線連接位置偏移距離的靈敏度公式
推導(dǎo)
圖1為簡化的接地網(wǎng)模型。假設(shè)接地網(wǎng)有12+1個
節(jié)點、b條支路，忽略土壤因素的影響，可以將接
地網(wǎng)看成1個純電阻網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場測量時由于實際接
地引下線與水平主地網(wǎng)連接位置偏移，例如測量圖
1中節(jié)點 。(或X：)與節(jié)點Y (或Y )之間的端口電
阻時，實際是測量節(jié)點 +2與節(jié)點n+3之間的
端口電阻，即接地網(wǎng)模型增加了節(jié)點11．+2和l"t+
3，同時在原有支路P和q上多了支路b+1和b+
2。測量位置的不同導(dǎo)致接地網(wǎng)模型增加的2個節(jié)
點和2條支路位置不同，即每次測量接地網(wǎng)模型的
關(guān)聯(lián)矩陣都發(fā)生改變，并且支路導(dǎo)納矩陣也發(fā)生改
變，因此導(dǎo)致測量的端口電阻值發(fā)生改變。下面根
據(jù)接地網(wǎng)模型推導(dǎo)引下線連接位置。
將接地網(wǎng)看成1個純電阻電路，當(dāng)電路中引下
圖1 接地網(wǎng)模型
線連接位置發(fā)生偏移時(偏移數(shù)值的變化定義為電
路元件參數(shù)變化量)，必將在輸出參數(shù)即端口電阻
測量值中反映出來，影響地網(wǎng)診斷結(jié)果。根據(jù)靈敏
度理論，故障狀態(tài)的輸出參數(shù)與正常狀態(tài)的相對變
化量不僅與電路元件參數(shù)的相對變化量有關(guān)，而且
與輸出參數(shù)對電路元件參數(shù)的靈敏度有關(guān)。
靈敏度是指電路中元件X 偏離其標(biāo)稱值時，
電路參數(shù)的變化情況，它是衡量電路性能的重要指
標(biāo)之一。靈敏度有微分靈敏度和增量靈敏度2種類
型。微分靈敏度反映了電路中元件X 的微小變化
所導(dǎo)致的輸出參數(shù)丁，的改變。元件X 相對于電路
參數(shù)丁f的靈敏度 ，以及元件X 的相對偏移量
Ax 與電路參數(shù)的相對偏移△丁，之間的關(guān)系可表
示為：
= = ( )／( 兒 ．(1)
= 乃 = ．
若現(xiàn)場測量時未考慮引下線偏移，則由電網(wǎng)絡(luò)理論
可得：
y ·U = I ； (3)
Y = A ·Y b·A ； (4)
U = y： I ； (5)
A =
a 11 a 12
以21 22
口 1 a i2
a n1 a n2
’’ a 1b
‘‘‘ a 2b
： ：
● ●
? 以
： ：
● ●
? 口nb
(6)
式(3)至式(5)中：A為選定參考節(jié)點后原網(wǎng)絡(luò)的關(guān)
聯(lián)矩陣；Y 為原支路導(dǎo)納矩陣；Y 為原節(jié)點導(dǎo)納
矩陣；I 為原節(jié)點的電流列向量；U 為原節(jié)點電
壓列向量。
若現(xiàn)場測量時考慮引下線偏移，則圖1所示支
路數(shù)和節(jié)點數(shù)均增加2，可得
廠A ， A，]
A n+2 -l A 2 E j一 ‘
其中
X2
A =
Y2
，A 3 = 一1
● ● ●
以U ； _、 ； w
第11期 饒章權(quán)，等：接地引下線偏移對接地網(wǎng)故障診斷的影響
式中：A 為考慮引下線偏移選定參考節(jié)點后網(wǎng)絡(luò)
的關(guān)聯(lián)矩陣；X 、Y 分別為新增2條支路一端的
原節(jié)點號，P、q分別為新增節(jié)點所在的原支路號
(如圖1所示)；E為單位矩陣。
令關(guān)聯(lián)矩陣A中口 =0，a 卅=0，則可得
出式(7)中的A 。
根據(jù)式(2)至式(6)，定義引下線偏移距離相對
于測量結(jié)果的靈敏度為：
／xU~+2 ： ： 一 A 2． c)Yb+2 aT
． △， 一 r]r 一 。 ar u 。
(8)
式中：△，表示引下線實際連接位置與引下線歸算
連接點之間距離；△U 為新增2條支路后的節(jié)點
電壓差。
由式(8)可知，現(xiàn)場試驗中引下線偏移距離的
大小對端口電阻測量有影響，具體情形通過靈敏度
反映。
2 引下線連接位置偏移對測量結(jié)果影響規(guī)
律的探討
圖2為接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
、 f 29 30 3l -
37
49 50 54 55 56 57 60
63 74
6759 J J 11 ：
l 95 圭 1O2
t —-．—Yno{● —l 16 9 ：一 I{W一 [I± [— 159 Iil4．4I、 ●．—o『—’一
圖2 接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖2中白點表示實際測量中歸算到就近的網(wǎng)絡(luò)
節(jié)點的引下線與主地網(wǎng)連接位置，黑點表示引下線
與主地網(wǎng)實際連接位置，偏移距離在程序里設(shè)定。
現(xiàn)場試驗中僅測量了220 kV區(qū)域，因此圖2僅反
映220 kV區(qū)域引下線連接位置。
實際工程中需要測量兩條引下線之間的端口電
阻值，由于引下線偏移，導(dǎo)致在現(xiàn)場存在測量引下
線L1一L2、L1一L3、L2．L3三種情況，如圖3所
示，其中白點表示假想引下線與地網(wǎng)連接點，黑點
為實際引下線連接點。
圖3 接地引下線偏移模型
在變電站現(xiàn)場，節(jié)點間電阻的測量費(fèi)時費(fèi)力，
因此在大中型地網(wǎng)腐蝕診斷中，考慮將某一點設(shè)為
不動點，另一端點有規(guī)律移動，可以有效地提高測
量效率。
現(xiàn)場測量中應(yīng)盡可能選接地引下線與主地網(wǎng)交
匯連接點作為不動點，但是實際工程中并不能確定
引下線連接位置是否發(fā)生偏移。為此以不動點位置
發(fā)生偏移以及偏移距離進(jìn)行探討。
通過MATLAB軟件編制的程序能夠快速計算
不動點上下左右偏移為12．5％ ，25％ ，37．5％ ，
5()％ ，62．5％ ，75％ ，87．5％ ，100％ 時，相應(yīng)端
口電阻值的變化情況，如圖4所示。
2l
17
C：
毒13
9
5
一
三
— — —
‘ ：= ==
一
— —
— —
～ ：
0．25 0．50 0．75 1 00
相對節(jié)點間距的百分比
(a)116不動點下偏
(b)116不動點右偏
犍 " m
∞
廣東電力 第23卷
2l
17
差13
9
==： — — — — = = = = = >
— — — — — — — — — 一— —
— — — — —
— — ～
： ： ： ： = 一 ～
0 25 O 5O 0 75 l 00
相對節(jié)點間距的百分比
(C)141不動點上偏
[ 一
17|莖薹 薹萎
I
5【————————． — 。．．．．．．L．．，—．——————— —————』．．。．．．．．． ，———————L———————．．．．
相對 點間距的百分比
(d)141不動點左偏
圖4 引下線偏移距離與端口電阻值關(guān)系曲線
從圖4可看出，隨著不動點位置偏移量的增
加，相應(yīng)端口電阻值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在
偏移距離達(dá)到5O％左右時，端口電阻值達(dá)到頂峰。
為了進(jìn)一步研究引下線偏移對電阻的影響，本
文將由16個節(jié)點、24條支路組成的仿真地網(wǎng)的偏
移量設(shè)為4個等級，即未偏移、偏移12．5％ 、偏
移25％ 、偏移5()％ ，所有節(jié)點均同時偏移相同量。
每條支路電阻為8 mQ，其中第8條支路腐蝕，電
阻增大8倍，地網(wǎng)模型如圖5所示。
21 22 23／¨24 12
／ t0 7 11．．￡ 12 ／
l3 14 15 l6
圖5 地網(wǎng)仿真圖
對其中28組節(jié)點對進(jìn)行分析，并利用電磁暫
態(tài)計算程序進(jìn)行模擬仿真，調(diào)整偏移量進(jìn)行節(jié)點問
電阻的測量，結(jié)果記錄見表10
將表1輸入MATLAB程序進(jìn)行計算，得到表
2的診斷結(jié)果(即支路電阻增大倍數(shù))。
由表2可以看出，偏移量為12．5％時，相對
未偏移的情況，腐蝕支路的電阻增大倍數(shù)減小，相
應(yīng)多出7條額外的腐蝕支路，但由于其電阻增大倍
數(shù)很小，幾乎可以忽略，故此等級的偏移對腐蝕診
斷造成的影響可忽略。
表1 端口電阻測量值 mQ
而偏移量達(dá)到25％時，腐蝕支路的電阻增大
倍數(shù)繼續(xù)減小，但由于新增的腐蝕支路電阻增大侶
數(shù)不大，按照腐蝕判定的原則，8號支路被判定
小故障，腐蝕診斷結(jié)果不變。
但當(dāng)偏移量達(dá)到50％時，8號支路的電阻增大
倍數(shù)已降為1．3倍，判定為未腐蝕，而實際上這條
支路的電阻增大倍數(shù)達(dá)到8倍，在此情況下，此支
第l1期 饒章權(quán)，等：接地引下線偏移對接地網(wǎng)故障診斷的影響 35
路的腐蝕會被忽略掉。
表2 端口電阻測量的診斷結(jié)果
3 結(jié)束語
隨著接地引下線偏移量的增多，偽故障支路數(shù)
目隨之增加，相應(yīng)的腐蝕支路的電阻增大判定將會
越來越小，到最后被忽略，影響試驗最后選擇需要
開挖的支路的判定。同時，通過ATP版本的電磁
暫態(tài)計算程序(ATP Version of Electromagnetic
Transients Program，ATP．EMTP)及Matlab程序
仿真計算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)引下線偏移約為50％ 時，對現(xiàn)
場腐蝕診斷準(zhǔn)確性影響較大。因此，在現(xiàn)場試驗中
應(yīng)盡量參考相關(guān)圖紙，查清測量端口與主網(wǎng)連接位
置。在連接位置不明確情況下采用不動點測量數(shù)據(jù)
時，宜多選取地網(wǎng)不同位置不動點進(jìn)行數(shù)據(jù)測量；
在診斷過程中，宜選取不同測量節(jié)點對數(shù)據(jù)，這樣
診斷中出現(xiàn)的診斷誤差會相應(yīng)減小。
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作者簡介：饒章權(quán)(1980一)，男，湖北廣水人。工程師，工學(xué)碩
士，研究方向為接地技術(shù)及電磁干擾分析及防護(hù)。

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