基于多源信息融合理论的变电站接地网故障诊断法研究.pdf
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1、2023 年 9 月电力信息基于多源信息融合理论的变电站接地网故障诊断法研究王永翔袁刘宇航(国网上海市电力公司市南供电公司,上海 200233)【摘要】为解决变电站接地网无损检测困难的问题袁对电网络检测法和磁场检测法的原理和特点进行研究袁并结合多源信息融合理论袁提出一种基于多源信息融合理论的变电站接地网故障诊断法遥该方法是指将电网络检测法中的直流检测法和高频交流检测法进行融合袁输出故障支路所在区域袁并在该区域进行磁场检测分析袁最终得到整个接地网最准确的故障支路遥 相比于单一的电网络检测法和磁场检测法袁该方法具有检测效率高尧精度高的优点袁可供相关工程技术人员参考遥【关键词】多源信息融合曰变电站接
2、地网曰电网络检测法曰故障诊断【中图分类号】TM862【文献标识码】A【文章编号】1006-4222(2023)09-0113-030 引言接地网是电力系统的重要硬件设备,起着保护变电站设备安全和工作人员人身安全、疏散短路电流和雷击大电流、维持系统稳定运行的作用1。一旦接地网出现局部腐蚀或完全断裂等问题,会影响系统的稳定运行,威胁工作人员的人身安全。因此,有必要高度关注接地网的健康状态,这对保证电力系统的安全稳定运行具有重要意义。目前,常用的接地网故障检修方法为开挖法,即定期开挖检测接地网,及时维修或更换质量不合格的接地网。开挖法通常需要耗费大量的人力和物力,增加停电时间,效率低下。如果开挖检测
3、不及时,接地网容易出现腐蚀甚至断裂等故障,导致变电站接地性能整体下降,存在安全隐患。近年来,国内外学者提出使用电网络检测法、磁场检测法2、电化学法、超声探伤法等无须开挖的新型检测方法,从不同维度检测接地网,各有优劣,但尚未推广应用到实践中去。基于此,为准确诊断接地网的故障问题,本文提出一种基于多源信息融合理论的变电站接地网故障诊断方法,该方法利用决策级融合技术融合了电网络检测法和磁场检测法的特征,具有效率高、诊断准确率高、易于实施的优势,应用前景广阔。1 接地网故障诊断发展现状1.1 接地网基本原理接地网是指埋设在变电站、发电站等站内的网状金属,土壤埋深约为 12 m,如图 1 所示。接地网主
4、要由铜合金或锌钢合金制成,铜合金导电性能好,且不容易生锈,但是价格较高。而锌钢合金具有较好的经济性,但容易生锈,危险系数高。埋设在地下的接地网容易受到酸雨、雷击电流等诸多因素的影响,出现轻微腐蚀、严重腐蚀甚至断裂等故障,进而增大接地导体的电阻值,一般会增大10 倍以上,导致接地网失去应有的功能。1.2 无损检测方法比较电网络检测法是一种将整个接地网视为无源阻性多端口电网络,通过从端口输入激励、测量反馈电压和电流,推断接地网健康情况的方法,其特点是便于操作,只需在接地引线之间测量等效电阻值即可。但是这一方法对于复杂的故障情况,诊断精度并不高3。例如,当接地引线距离较远且测得异常电阻值时,很难判断
5、究竟是中间哪一条支路出现了故障。磁场检测法的理论基础是电磁感应定律,通过从端口输入励磁电流,检测接地网上方磁场的磁感应强度,来诊断接地网各处支路电阻的健康情况4。这种方法的优点是能够较为直观、准确地检测每一条支路的状况,缺点是检测工作量非常大,易受电磁干扰,费时费力。超声探伤法主要利用超声波的反射特性,检测接地网因巨大电动力而导致的形变,这一方法对导体形变的检测较为直观,但是对于腐蚀这类的故障诊断准确率偏低。电化学法主要检测已腐蚀接地网在土壤中的电图 1 接地网接地引线设备接地点避雷针接地线接地导体1132023 年 9 月电力信息流,通过测量泄漏电流来反推接地网的腐蚀状况,这一方法对于腐蚀程
6、度的诊断非常准确,但是,在实际检测中容易受到土壤中杂散电流的影响,检测难度大。综上所述,现阶段对于接地网的各种无损检测方法各有优缺点,目前都还没有得到推广。因此,本文基于多源信息融合理论,提出一种深度结合电网络检测法和磁场检测法检测结果的方法,可充分发挥这两种方法的优点,高效输出最终的诊断结果。2 多源信息融合理论在接地网故障诊断中的应用2.1 多源信息融合理论多源信息融合理论最初广泛应用于军事领域,通过将不同传感器(如声、光、电磁波、超声波)采集到的信息结合起来,并对其进行分类、集成、融合和处理,以全方位感知战场态势。而在工程领域中,多源信息融合理论可以从不同维度集成不同传感器所获取的信息,
7、进而搭建一个更立体、全方位、更准确的模型。这一过程类似于人类大脑处理不同层次的感知信息,进而做出决策与判断的过程5。根据融合深度,可将多源信息融合分为初级融合、中级融合和高级融合6。初级融合是指串联、并联等简单叠加处理各个维度的数据。中级融合是指初步处理所获取到的各个源头信息和数据,放弃无效数据,对有效数据进行加权整合,再进行下一步分析和处理。高级融合是指初级融合和中级融合的深度立体结合,先初步融合、叠加和判断所提取到的各个传感器特征值,得到初步融合模型后,将结果反馈到输入端进行循环验证和调整,再进行闭环的融合、判断和信息输出,最终得到精确的模型。基于这一思路,为实现接地网故障的无损诊断,本文
8、提出先将电网络检测法中的直流检测法和高频交流检测法进行初步融合,输出初步判断的疑似故障支路区域,再将这一结果与磁场检测法进行融合,在局部疑似故障区域进行磁场检测,从而实现电网络检测法和磁场检测法之间的信息融合。2.2 直流检测法和高频交流检测法的融合电网络检测法包括直流检测法和高频交流检测法。在不同频率的激励下,接地网呈现不同的电气特性。在低频激励下,接地网可视为无源纯阻性网络;在直流激励下,接地网的输入电阻 RAB与激励并联的电阻阻值 Rj呈强相关。接地网直流等效电路如图 2所示。在高频交流激励下,导体和导体之间的电容电感、导体和土壤之间的电容电感均不可以忽略不计。接地网高频交流等效电路如图
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