CN104833898A - 采用m序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法，包括：1)产生现场M序列信号电流作用在变电站接地网上的输入接地引下线；2)采集现场产生的现场M序列信号电流波形、输入接地引下线的响应电压波形和不同位置的输出接地引下线的响应电压波形；3)对接地引下线响应电压记录模块提供的电流和电压波形数据进行处理得到接地网不同位置接地引下线的接地状态参数和识别过程曲线；4)利用当前数据和历史数据，对接地网不同位置接地引下线的接地状态参数进行趋势分析和识别过程曲线进行相关系数分析，从而评估该变电站接地网的腐蚀状态。与现有技术相比，本发明具有简单、准确和不受现场运行条件的限制等优点。

Description

采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法

技术领域

本发明涉及一种变电站接地网腐蚀状态评估方法，尤其是涉及一种采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法。

背景技术

变电站接地网是确保电气设备和人身安全的重要设施。由于接地网埋设在地下，常因土壤多年的腐蚀，导致接地体变细甚至断裂，使接地网接地性能变坏。目前，工程上对接地网接地性能好坏的检测一般通过工频接地电阻来间接判断，但无法了解接地网的腐蚀情况。因为只要测量处的接地体不发生断路，即使接地网被严重腐蚀，工频接地电阻通常也能达到规程要求。所以工程上一般都是在发现地网工频接地电阻不合格或发生由于地网缺陷引起的事故后，通过大面积开挖查找接地网断点和腐蚀段，这种工作方法带有盲目性，工作量极大。

此外，目前常用的工频接地电阻测试得到的接地阻抗值为50Hz或接近50Hz下的工频接地阻抗值，但实际上变电站内发生短路接地故障，或者雷电侵入波或操作波作用下，接地网的暂态冲击接地阻抗起决定作用。因此仅仅测量工频接地阻抗不能代表变电站接地网在故障工况下可以安全运行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法，即使用现场M序列信号电流发生器输出一定幅值的M序列信号电流(>10A,一般选择20A)，施加于被评估的变电站接地网接地引下线上，测量被选定输入接地引下线的M序列信号电流波形(用分流器转换为电压波形)，以及被选定输入和不同输出位置接地引下线的响应电压波形，利用便携式计算机中最小二乘递推算法接地状态参数计算和识别过程曲线绘制软件对M序列信号电流和各电压数据进行处理得到不同位置接地引下线的接地状 态参数和识别过程曲线，并与历年测量的该变电站接地网同一位置接地引下线接地状态参数进行趋势分析和识别过程曲线进行相关系数分析，从而评估该变电站接地网的腐蚀状态。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)现场M序列信号电流发生模块产生现场M序列信号电流作用在变电站接地网上的输入接地引下线；

2)接地引下线响应电压记录模块采集现场M序列信号电流发生模块产生的现场M序列信号电流波形、输入接地引下线的响应电压波形和不同位置的输出接地引下线的的响应电压波形；

3)最小二乘递推接地状态参数计算和识别过程曲线绘制模块对接地引下线响应电压记录模块提供的电流和电压波形数据进行处理得到接地网不同位置接地引下线的接地状态参数和识别过程曲线，并存储于测试结果存储和记录模块；

4)接地网状态评估和分析模块利用最小二乘递推接地状态参数计算和识别过程曲线绘制模块的当前数据和测试结果存储和记录模块的历史数据，对接地网不同位置接地引下线的接地状态参数进行趋势分析和识别过程曲线进行相关系数分析，从而评估该变电站接地网的腐蚀状态。

所述的M序列信号电流由n级串接的线性移位寄存器加异或反馈逻辑线路构成。

最小二乘递推接地状态参数θ＝[R,L,X]^T，其中R为接地阻抗阻性分量、L为接地阻抗感性分量、X为接地网状态良好系数。

所述的过程识别曲线Δ；

$\mathrm{\Δ}\left(k\right)=\widehat{\mathrm{\θ}}(k+1)-\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right).$

所述的当前曲线x和历史曲线y相关系数R_xy计算如下：

计算两个序列的标准方差，

$D_x=\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[X\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)]}^2,D_y=\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[Y\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}Y\left(k\right)]}^2$

计算两个序列的协方差，

$C_{\mathrm{xy}}=\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}[X\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)]\×[Y\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}Y\left(k\right)]$

计算两个序列的归一化协方差系数，

${\mathrm{LR}}_{\mathrm{xy}}=C_{\mathrm{xy}}/\sqrt{D_x{D}_y}$

按照如下公司计算出符合工程需要的相关系数R_xy，

与现有技术相比，本发明可在不停电和不对地网开挖的情况下，了解接地网的运行状态，判定接地网是否发生腐蚀，保障电力***的安全、可靠运行；且具有简单、准确和不受现场运行条件的限制等优点。

附图说明

图1为本发明的功能模块框图；

图2为本发明的流程图；

图3为本发明的现场测试接线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明的具体结果可参照附图，图1是本发明一较佳实施例的基于M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法的主要模块方框图，如图1所示，该变电站接地网腐蚀状态评估方法至少包括：现场M序列信号电流发生模块10、接地引下线响应电压记录模块11、最小二乘递推接地状态参数计算和识别过程曲线绘制模块12、测试结果存储和记录(历史数据查询)模块13、接地网状态评估和分析模块14。模块之间联接关系：现场M序列信号电流发生模块10产生现场M序列信号电流作用在变电站接地网上的输入接地引下线，接地引下线响应电压记录模块11采集现场M序列信号电流发生模块10产生的现场M序列信号电流波形、输入接地引下线的响应电压波形和不同位置的输出接地引下线的的响应电压波形，最小二乘递推接地状态参数计算和识别过程曲线绘制模块12对接地引下线响应电压记录模块11提供的电流和电压波形数据进行处理得到接地网不同位置接地引下线的接地状态参数和识别过程曲线，结果存储于测试结果存储和记录(历史数据查询) 模块13，接地网状态评估和分析模块14利用最小二乘递推接地状态参数计算和识别过程曲线绘制模块12的当前数据和测试结果存储和记录(历史数据查询)模块13的历史数据，对接地网不同位置接地引下线的接地状态参数进行趋势分析和识别过程曲线进行相关系数分析，从而评估该变电站接地网的腐蚀状态。

本发明提供了一种现场M序列信号电流发生器产生一定幅值的M序列信号电流作用在变电站接地网上的输入接地引下线，并记录输入M序列信号电流波形和输入、输出接地引下线的响应电压波形，利用最小二乘递推进行数据处理和计算分析，得到接地网不同位置接地引下线的接地状态参数和识别过程曲线，通过当前和历史接地状态参数的趋势分析和曲线之间的对比，排除了单一频率下阻抗值比较带来的不确定性，可以发现接地网导体由于腐蚀或断裂导致整个接地网状态发生的变化。

本发明提供了一种不需要对接地网进行大面积开挖，不需要进行接地网接地导体取样以及土壤取样，大大减少了变电站接地网腐蚀取样测量的工作量，大大简便了对接地网腐蚀状态进行评估的一种先进方法。

本发明提供了一种能够代表接地网不同位置接地引下线的接地状态参数测量方法，比传统工频接地阻抗更加能够反映接地网的真实运行状态。

本发明提供了一种在测量被选定作为输入端接地引下接地状态参数的同时，还能得到作为输出端接地网不同位置接地引下线的接地状态参数，不受现场运行条件限制，使用电信号测量，可在不停电下进行，而且为全频率激励源，不受变电站工频电磁场的干扰。

本发明的上述技术问题主要是通过以下技术方案的得以解决的：

如图2所示，一种采用M序列的变电站接地网腐蚀状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，进入变电站，选定变电站接地网特定接地引下线的接地状态参数测试点即是M序列信号电流输入端，并根据接地网对角线长度放电压、电流测试线；

步骤2，连接现场M序列信号电流发生装置，选择接地网其它不同位置具有代表性的接地引下线即电压响应输出端，并连接至电压、电流波形记录仪，根据变电站规模选择重要接地引下线，数量可2～3个；

步骤3，利用便携式计算机中最小二乘递推接地状态参数计算和识别过程曲线绘制软件对测试记录并进行计算和分析，绘制过程识别曲线，得到接地网不同位置 接地引下线的接地状态参数和识别过程曲线；

步骤4，比较和分析，查看历史测量的接地网同一位置接地状态参数和识别响应曲线，对接地状态参数进行趋势分析和识别响应曲线进行相关系数分析；

步骤5，根据当前接地状态参数值变化和当前识别过程曲线与历史曲线的相关系数大小评估接地网腐蚀状态。

现场实施案例说明

如图3所示，进入一35kV变电站，选定该变电站2#主变接地排为接地网接地参数测试点即M序列信号电流输入端G，根据接地网对角线长度20m依据DL/T475-2006放电压测试线80m、电流测试线100m。连接现场M序列信号电流发生器(输出标准M序列信号电流波形，峰值20A)，选择出线开关避雷器A、围墙边角B接地引下线作为接地网冲击响应输出端，连接至多通道电压、电流波形记录仪(采样率设置为500MS/s)。测试记录并进行计算和分析，绘制识别过程曲线，得到接地网不同位置接地引下线(A、B和G)的接地状态参数和识别过程曲线；即可根据当前接地状态参数变化和当前识别过程曲线与历史曲线的相关系数大小评估接地网腐蚀状态。

其中，利用的M序列信号电流、最小二乘递推接地状态参数、识别过程曲线和相关系数计算分别如下定义。

(1)M序列信号电流 

M序列又称为伪序列，可由n级串接的线性移位寄存器加异或反馈逻辑线路构成。一般形成的线性反馈逻辑表达式为：

$F\left(x\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{C}_i{x}^i$

式中：x的幂次表示元素对应位置。F(x)称为线性反馈移位寄存器的特征多项式，特征多项式与输入序列的周期有密切联系。

(2)最小二乘递推接地状态参数θ＝[R,L,X]^T，R为接地阻抗阻性分量、L为接地阻抗感性分量、X为接地网状态良好系数：

y(k)＝Φ^T(k)θ+ξ(k)

$\widehat{\mathrm{\θ}}(k+1)=\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right)+K_{N+1}[y(k+1)-\widehat{\mathrm{\Φ}}(k+1)\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right)]$

$K_{\mathrm{\κ}+1}=\frac{P_k(k+1)}{\mathrm{\λ}+{\mathrm{\Φ}}^T(k+1)P_k\mathrm{\Φ}(k+1)}$

$P_{k+1}=\frac{P_k-K_{k+1}{\mathrm{\Φ}}^T(N+1)P_k}{\mathrm{\λ}}$

式中：y(k)为响应电压波形序列；Φ(k)为输入的M序列信号电流波形；K_k+1为增益矩阵；P_k为协方差，其初始值为P₀＝10^βI，其中I为单位矩阵，β一般取较大的正整数；给定估计参数初值，取很小的值，λ为遗忘因子(0＜λ≤1)，使旧数据按指数衰减规律逐渐被“遗忘”掉，从而突出新数据的作用，有效地克服递推最小二乘法的“数据饱和”现象。

(3)过程识别曲线Δ：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\left(k\right)=\widehat{\mathrm{\θ}}(k+1)-\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right)\\ =K_{\mathrm{\κ}+1}[y(k+1)-\widehat{\mathrm{\Φ}}(k+1)\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right)]\end{array}$

(4)当前曲线x和历史曲线y相关系数R_xy计算如下：

计算两个序列的标准方差，

$D_x=\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[X\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)]}^2,D_y=\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[Y\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}Y\left(k\right)]}^2$

计算两个序列的协方差，

$C_{\mathrm{xy}}=\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}[X\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)]\×[Y\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}Y\left(k\right)]$

计算两个序列的归一化协方差系数，

${\mathrm{LR}}_{\mathrm{xy}}=C_{\mathrm{xy}}/\sqrt{D_x{D}_y}$

按照如下公司计算出符合工程需要的相关系数R_xy，

就1)现场M序列信号电流发生模块和2)电压响应输出端接地引下线的选择，二个环节做以下说明：

1)现场M序列信号电流发生模块

本发明基于的M序列信号电流发生模块，推荐使用基于多项式编程形成的电流波，但也可以白噪声形式的电流波，此外峰值大小也可以变化。

2)电压响应输出端接地引下线的选择

上述描述的电压响应输出端接地引下线的选择位置是可以变化的，选取个数也可以变化。

Claims (5)

1.一种采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)现场M序列信号电流发生模块产生现场M序列信号电流作用在变电站接地网上的输入接地引下线；

2)接地引下线响应电压记录模块采集现场M序列信号电流发生模块产生的现场M序列信号电流波形、输入接地引下线的响应电压波形和不同位置的输出接地引下线的的响应电压波形；

3)最小二乘递推接地状态参数计算和识别过程曲线绘制模块对接地引下线响应电压记录模块提供的电流和电压波形数据进行处理得到接地网不同位置接地引下线的接地状态参数和识别过程曲线，并存储于测试结果存储和记录模块；

4)接地网状态评估和分析模块利用最小二乘递推接地状态参数计算和识别过程曲线绘制模块的当前数据和测试结果存储和记录模块的历史数据，对接地网不同位置接地引下线的接地状态参数进行趋势分析和识别过程曲线进行相关系数分析，从而评估该变电站接地网的腐蚀状态。

2.根据权利要求1所述的一种采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法，其特征在于，所述的M序列信号电流由n级串接的线性移位寄存器加异或反馈逻辑线路构成。

3.根据权利要求1所述的一种采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法，其特征在于，最小二乘递推接地状态参数θ＝[R,L,X]^T，其中R为接地阻抗阻性分量、L为接地阻抗感性分量、X为接地网状态良好系数。

4.根据权利要求3所述的一种采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法，其特征在于，所述的过程识别曲线Δ；

$\mathrm{\Δ}\left(k\right)=\widehat{\mathrm{\θ}}(k+1)-\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right).$

5.根据权利要求1所述的一种采用M序列信号电流的变电站接地网腐蚀状态评估方法，其特征在于，所述的当前曲线x和历史曲线y相关系数R_xy计算如下：

计算两个序列的标准方差，

$D_x=\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[X\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)]}^2,D_y=\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{[Y\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}Y\left(k\right)]}^2$

计算两个序列的协方差，

$C_{\mathrm{xy}}=\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}[X\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)]\×[Y\left(k\right)-\frac{1}{n}\underset{k=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}Y\left(k\right)]$

计算两个序列的归一化协方差系数，

${\mathrm{LR}}_{\mathrm{xy}}=C_{\mathrm{xy}}/\sqrt{D_x{D}_y}$

按照如下公司计算出符合工程需要的相关系数R_xy，