电力系统接地网故障诊断

1、电力系统接地网故障诊断【摘要】：电力系统的接地网为运行人员和电气设备的安全可靠提供了重要保障。由于接地网的导体材料都是埋在地底下，会因为各种原因造成地网电气连接性能变坏和接地电阻升高，有的甚至造成更严重的电网事故。本文在此对电力系统接地网的故障进行了分析，从而提高了它的可靠安全性。【关键词】：电力系统；接地网；故障分析中图分类号：TM732文献标识码：A文章编号：由于构成变电站的接地网导体是埋在地下的，在施工过程中，会因为施工人员没焊接好或者漏焊、接地短路电流电动力的作用以及地下土壤的侵蚀等各种原因，造成了地网导体和设备接地线腐蚀严重，有的还会断裂，那么，电气连接性能就会变坏，接地电阻也会因此

2、而升高。而且，假如运行设备和主地网没有互相连接也就是出现失地运行，电力系统的接地短路发生故障的时候，会引起电网事故，导致经济受损，也会给社会带来不良影响。根据故障诊断学相关理论我们可以了解到，不管采用哪种方法，有关病态方程和欠定方程这两种方程，都是建立故障诊断方程时的基本方程。可及节点不是无限而是有限的，在电力系统的接地网中，这是欠定方程成为建立故障诊断一个方程的原因所在；因而在故障诊断学里讨论最多的一个问题就是有关欠定方程的求解过程，而长期以来这个问题还是没有得到比较满意的解答。基于此，在这篇文章里，笔者结合多年的工作实践，根据相关理论、原理和技术，诸如矩阵理论、电网理论、能量学原理以及网络

3、优化技术等等，采用多激励法来综合分析和讨论电接地网中的有关故障诊断问题。1、故障诊断方程的建立假设在电力接地网的平面结构中，节点有m个，支路有a条，并且可及节点有n个，在把有关电容和电感的所产生影响忽略不计时，可以应用以下纯电阻性线性等效替换电力接地网，如图一所示：图一：电力接地网等效图线性网络M对灵敏度矩阵进行求解应用电网理来分析节点可以得到以下三个式子：Im=VmYm，Ym=AYaAT，Vm=Ym-1Im在以上三个式子中，节点关联矩阵用上式的字母A表示，此时节点的电流源，其非激励列向量为零，而其激励列向量用上式的符号Im来表示，至于支路的导纳矩阵则用上式的符号Ya来表示，通常对角阵是这个矩

4、阵的一个特征，若电力接地网当中均压导体在支路上的电阻值用Rk来表示，那么它的倒数就是这个对角阵的一个对角元素，在实际当中，有关电力接地网络的Rk具体的数值，可以由平面施工图（电力接地网的），根据相关理论通过一定的计算得到，此外有关节点电压的列向量和节点的导纳矩阵分别则用上式的符号Vm和Ym来表示。如果单个支路电阻发生变化，那么它就会对节点的电压产生影响，这个过程可以根据以上的三个关系式中的第三个式子把Rk的偏导数求出来，就可以得到：由，可得又根据Ym=AYaAT，化简lim，并进行相应的整理，可以得到：Ym-1AATVmd对于那些给定的电力接地网的标称值或者设计值来说，每一条支路的电阻变化时所

5、产生的每个节点的电压变化量，可以通过以上的式子通过计算得出，至于方程左端的节点电压理论计算值Vm可以根据这个式子Vm=Ym-1Im，把它求出来。对于这个对角矩阵YB的数值，可以根据Rk的倒数就是该对角矩阵的对角元素，剩下的部分皆为0，因此所以当每条支路电阻Rk发生变化时就可以通过以上计算得到节点电压Vm所受到影响的大小,把上面所列出的矩阵每一项乘上0.001Rk，就可以把节点电压Vm所受到的影响求出来，当支路电阻Rk的变化幅度不超过百分之一时。这个矩阵Vma在运用上面所提到的方法，通过计算可以知道它实际上是一个维矩阵，把其中跟m个可及节点的行向量取出来，就可以让一个全新的矩阵Vma产生出来，这

6、个矩阵就是就可以当做灵敏度矩阵，在这个灵敏度矩阵当中，每一个元素Vma所表示的物理意义就是：每当施加激励可及节点时，则第a个支路电阻的变化，就是所测量的节点m电压的影响值。在传统测量当中，其灵敏度的矩阵主要是对可及节点之间的电阻进行测量而建立起来的，实践表明，由于这个比较小的电阻，从而对于所使用的仪表仪器来说，其所要求的精确度都是相当高的，因而也带来了比较大的误差数值，对电力接地网故障的快速分析产生了不利影响。1.2把故障诊断方程确定出来在大多数情况下，有关故障诊断方程的建立，大多是运用有关故障诊断理论中的参数识别方法，对每段导体电阻来说，其增长量的百分数就是该诊断参数。假设Ym=Zm-1，那

7、么Ym中的取出的跟n个可及节点有关的行向量所组成的阻抗矩阵就可以用Ymn来表示。假设Vn为第n个可及节点电压列向量的理论计算值，那么Vm8就是该测量值，Vm为其增量，根据相关理论，可以推导得出：Vm=YmnIm,Vm=Vm8-Vm，所以根据Vm=Vm8-Vm，再结合灵敏度矩阵Vma，就可以把故障诊断方程Vm=VmaA，其中A表示a维列向量，那么第k段导体电阻增加倍数就可以用Ak来表示，因为这只是一个非绝对量，所以通过大量实践表明，在进行故障诊断分析时，可以直接进行使用。2、求出故障诊断方程的解实践表明，在电力接地网的接地引线有电流流入大地时，其电流分布通常是根据恒定电流场原理来进行的；但是在绝

8、大多数情况下能量最低原理仍然可为该电流满足，由于对能量不会产生消耗是该电感和电容的一个特征，则有关电感和电容所产生的影响就可以忽略不计，所以可以假设该电源为直流电源（注意：对于交流电源来说仍然适用），因而在电力接地网中，均压导体由于发热所产生的能量就是地网中的主要能量损失和消耗。在电力接地网中，如果每段导体的实际电阻为Rk8,，根据相关理论可以得到：Rk8=Rk0（1+Xk）,那么整个电力接地网的能量损耗表达式就可以用下面这个式子来表示：P=Rk8，由于要求的能量损耗是必须满足最小的，所以有关故障诊断方程的求解也就是要求出Pmin（也就是求出P的最小数值）。用分量表达式来表示通过以上整个推导过

9、程所得到的矩阵形式，那么可以知道目标函数以及该约束条件这两部分就组成了这个故障求解的式子，电阻增量的正约束以及该故障诊断方程的等式约束就组成了上述所提到的约束条件。假设发生故障前和发生故障后，在电力接地网中各段支路具有相等的电流，那么上面所提到的目标函数就可以通过进一步化简，最终求出其最小值。3、算例分析因为上述的故障诊断方程通常就是欠定方程，故所求解往往就是最优解，而非真正的解；应用多激励法可呆板伪故障进行排除，在很多时候，若受到电磁场的干扰、因测量产生的误差及对有关欠定方程的解答等，会促使伪故障的出现，但其重复出现的概率通常不大。假设地网有两条或两条以上支路因断裂或者腐蚀而出现故障，为模拟支路故障，则可把不同阻值电阻接入来进行仿真计算；若地网产生不同程度的服饰比较普遍，则通过这种仿真计算也可把产生故障处查出来。以这种故障诊断方法进行诊断，对于地网的均压导体来说，不管是均匀分布还是非均匀分布，不管是单条支路断裂，还是多条支路断裂，通过仿真计算都可把故障所在处准确地诊断出来4、结束语总之参数识别法是进行电力接地网故障分析经常采用的一种重要方法，这种诊断方法最大的优点就是直接利用故障参量对故障进行诊断，不仅操