基于高頻電磁脈沖的變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種基于高頻電磁脈沖的變 電站接地網(wǎng)腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 接地網(wǎng)是變電站的重要組成部分，它為變電站內(nèi)各類設(shè)備提供一個(gè)公共電位參考 點(diǎn)，在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障或遭受雷擊時(shí)提供電流泄放通道，并降低變電站的電位升，其 工作的可靠性對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行影響重大。
[0003] 變電站接地網(wǎng)長期深埋于0. 8m的地下，受到±壤的電化學(xué)作用而常常發(fā)生腐蝕， 在酸堿性較強(qiáng)的±壤中接地網(wǎng)遭受的腐蝕作用更為嚴(yán)重。接地網(wǎng)的腐蝕是一個(gè)漸變的過 程，被腐蝕至一定程度則產(chǎn)生故障，更嚴(yán)重時(shí)發(fā)生斷裂。我國現(xiàn)有接地網(wǎng)多采用鍛鋒扁鋼 材料，且大部分變電站接地網(wǎng)已運(yùn)行5-10年，在不同程度上存在著腐蝕變細(xì)甚至斷裂等缺 陷。同時(shí)，在接地網(wǎng)的焊接施工過程中，也可能存在著連接點(diǎn)虛焊、漏焊的問題，在±壤的腐 蝕作用下導(dǎo)致多根導(dǎo)體的連接點(diǎn)斷開。W上各類缺陷均會(huì)造成接地網(wǎng)接地性能的降低，危 害設(shè)備與人身安全，甚至?xí)饑?yán)重事故的發(fā)生。如何準(zhǔn)確有效地發(fā)現(xiàn)變電站接地網(wǎng)中存 在的故障，進(jìn)而有針對(duì)性地采取防護(hù)措施已成為電力行業(yè)現(xiàn)有接地網(wǎng)運(yùn)維工作中最為突出 的問題。
[0004] 當(dāng)前在工程應(yīng)用中，往往通過大面積挖開接地網(wǎng)對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)， 該種方法較為盲目，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又會(huì)因長時(shí)間停電檢修而帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)變電 站接地網(wǎng)的散流特性，一些新的接地網(wǎng)故障檢測(cè)方法也陸續(xù)出現(xiàn)，可W分為電網(wǎng)絡(luò)分析法、 電磁場(chǎng)分析法兩大類。電網(wǎng)絡(luò)分析法主要根據(jù)接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與支路電阻數(shù)據(jù)建立故障診 斷方程，結(jié)合相應(yīng)優(yōu)化算法求解該方程獲取導(dǎo)體支路電阻變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障診斷。但在 實(shí)際應(yīng)用中接地網(wǎng)并不是所有節(jié)點(diǎn)都有上引導(dǎo)體，因此難W獲取每條支路電阻的精確值， 從而限制了該方法的應(yīng)用。電磁場(chǎng)分析法則通過接地引上線，向接地網(wǎng)注入激勵(lì)電流，測(cè)量 該電流激發(fā)的接地網(wǎng)地表的磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度，根據(jù)其分布特征對(duì)接地網(wǎng)存在的腐蝕故障進(jìn)行 診斷。但該方法受到變電站現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境干擾，且僅能確定故障支路，難W對(duì)具體故障 位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，對(duì)被腐蝕但尚未斷裂的導(dǎo)體也難W做出精確診斷。
[0005] 此外，超聲導(dǎo)波技術(shù)等無損檢測(cè)技術(shù)也在接地網(wǎng)的腐蝕診斷中得到了一定的應(yīng) 用。超聲導(dǎo)波技術(shù)利用電磁超聲換能器放置于接地網(wǎng)導(dǎo)體上，向接地網(wǎng)導(dǎo)體發(fā)射Lamb波、 SH波等多種形式的超聲波，通過接收回波分析其旅行用時(shí)、波幅等參數(shù)來確定接地網(wǎng)導(dǎo)體 的故障位置與類型。但應(yīng)用該方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需挖掘出部分導(dǎo)體W放置超聲換能器，且檢 測(cè)結(jié)果會(huì)大大受到換能器布置方式的影響，限制了其在工程中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于高頻電磁 脈沖的變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)及方法，通過向接地網(wǎng)導(dǎo)體發(fā)射高頻電磁脈沖，接收處 理接地網(wǎng)導(dǎo)體的反射電磁波，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站接地網(wǎng)腐蝕故障的高效、準(zhǔn)確的判斷。
[0007] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[000引一種基于高頻電磁脈沖的變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：
[0009] -電源模塊，用于整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)供電；
[0010] 一信號(hào)發(fā)射模塊，其與接地網(wǎng)連接，用于產(chǎn)生并向接地網(wǎng)發(fā)射高頻電磁脈沖信 號(hào)；
[0011] 一信號(hào)接收模塊，其與接地網(wǎng)連接，用于接收接地網(wǎng)導(dǎo)體反射回來的高頻電磁脈 沖信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波、放大；
[0012] 一控制單元模塊，其分別與信號(hào)發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊連接，用于控制發(fā)射、接 收高頻電磁脈沖信號(hào)，接收信號(hào)接收模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與信號(hào)；
[0013] 一信號(hào)分析顯示終端，其與控制單元模塊連接，接收控制單元模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與 信號(hào)；
[0014] 一探測(cè)小車，用于承載所述的探測(cè)系統(tǒng)。
[0015] 所述的電源模塊為蓄電池。
[0016] 所述的信號(hào)發(fā)射模塊包括：
[0017] 一發(fā)射機(jī)電路，其產(chǎn)生IMHz~IGHz的高頻電磁脈沖信號(hào)；
[0018] 一發(fā)射天線，其分別與接地網(wǎng)和接收發(fā)射機(jī)電路連接，用于接收發(fā)射機(jī)電路產(chǎn)生 的高頻電磁脈沖信號(hào)并將其發(fā)射至接地網(wǎng)地下導(dǎo)體。
[0019] 所述的信號(hào)接收模塊包括：
[0020] -接收天線，其與接地網(wǎng)連接，用于接收接地網(wǎng)地下導(dǎo)體反射回的高頻電磁脈沖 信號(hào)；
[0021] 一接收機(jī)電路，其與接收天線連接，用于獲取接收天線傳輸?shù)母哳l電磁脈沖信號(hào)， 并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波、放大處理。
[0022] 所述的控制單元模塊包括：
[0023] -微處理器巧片，其分別與信號(hào)發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊相連，用于控制信號(hào)的發(fā) 射與接收，并暫存信號(hào)接收模塊傳輸?shù)母哳l電磁脈沖信號(hào)；
[0024] 一通信巧片，其與微處理器巧片連接，接收微處理器傳輸?shù)母哳l電磁脈沖信號(hào)。
[0025] 所述的控制單元模塊與所述的信號(hào)分析顯示終端之間通過W太網(wǎng)連接。
[0026] 一種基于高頻電磁脈沖的變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測(cè)方法，其特征在于，包括W下步 驟：
[0027] (1)將探測(cè)小車置于待測(cè)接地網(wǎng)導(dǎo)體上方；
[002引 似信號(hào)發(fā)射模塊產(chǎn)生IMHz~IGHz的高頻電磁脈沖信號(hào)向地下導(dǎo)體發(fā)射信號(hào)； 信號(hào)接收模塊接收到地下導(dǎo)體反射的高頻電磁脈沖信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行濾波與放大后，再將該 些信號(hào)傳輸至信號(hào)分析顯示終端；信號(hào)分析顯示終端分析并獲取波形特征參數(shù)；
[0029] (3)信號(hào)分析顯示終端通過基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接地網(wǎng)導(dǎo)體寬度預(yù)測(cè)模型對(duì)地下 接地導(dǎo)體的實(shí)際形狀大小進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0030] (4)信號(hào)分析顯示終端在預(yù)測(cè)得到期望輸出量r后，計(jì)算r與根據(jù)導(dǎo)體規(guī)格獲 取的導(dǎo)體實(shí)際寬度W的相對(duì)誤差D，若相對(duì)誤差大于等于10 %，則判斷被探測(cè)段導(dǎo)體出現(xiàn)腐 蝕故障；
[0031] (5)完成該段導(dǎo)體的測(cè)量后，推動(dòng)探測(cè)小車，繼續(xù)重復(fù)上述過程測(cè)量所有的接地網(wǎng) 導(dǎo)體，并評(píng)估其狀態(tài)，診斷是否有故障存在。
[0032] 也就是說，本技術(shù)方案是將實(shí)測(cè)所得信號(hào)的波形參數(shù)作為輸入向量輸入到接地網(wǎng) 導(dǎo)體寬度預(yù)測(cè)模型，然后會(huì)得到相應(yīng)的輸出向量，該輸出即為被測(cè)導(dǎo)體寬度的期望輸出量 (其為預(yù)測(cè)值，即W')，然后將根據(jù)圖紙所得導(dǎo)體寬度（其為標(biāo)準(zhǔn)值，即W)與上述期望輸出 量進(jìn)行比較，根據(jù)二者的相對(duì)誤差即可判斷出導(dǎo)體是否被腐蝕出現(xiàn)故障。
[0033] 所述的波形特征參數(shù)包括脈沖寬度T，、脈沖幅度Um。,、能量E、斜率K。
[0034] 所述的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接地網(wǎng)導(dǎo)體寬度預(yù)測(cè)模型的建模過程如下：
[00巧]3a.W信號(hào)分析顯示終端計(jì)算得到的波形特征參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，從測(cè)量信號(hào) 中任意選取一段數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本向量，所述的波形特征參數(shù)為；信號(hào)脈沖寬度T，，其 中，Ti-T。，T。與Ti分別為脈沖波形的起始與終止時(shí)間；脈沖幅度Um";能量E，其中，
，&為信號(hào)每個(gè)采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)值；斜率K，其中，K=Umax/化-T)，Tm為波 峰出現(xiàn)的時(shí)間；
[0036] 3b.將訓(xùn)練樣本向量中的上述輸入?yún)?shù)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)輸