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接地引下线偏移对接地网故障诊断的影响

文档作者：饶章权刘渝根李谦杨楚明张英付客勤肖磊石刘小二文档来源： 1．广东电网公司电力科学研究院 2．重庆大学电气工程学院输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室 3．重庆电力公司璧山供电局		点击数：	更新时间： 2022年07月28日
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第23卷第11期
2010年11月
广东电力
GUANGD0NG ELECTRIC P0W ER
Vo1．23 No．11
NOV．2O10
接地引下线偏移对接地网故障诊断的影响
饶章权 ，刘渝根。，李谦 ，杨楚明 ，张英 ，付客勤。， 肖磊石 ，刘小二。
(1．广东电网公司电力科学研究院，广东广州510080；2．重庆大学电气工程学院输配电装备及系统安全与新技术国家重
点实验室，重庆400044；3．重庆电力公司璧山供电局，重庆402760)
摘要：接地引下线就近归算到接地网拓扑结构的交叉点时易造成可测节点位置偏移，对接地网故障诊断中端口
电阻的测量产生影响，针对此，依据电网络理论推导出引下线偏移的灵敏度公式；结合4×4的模拟地网，分析
引下线未偏移、偏移12．5％、偏移25％、偏移50％ 四种条件下对端口电阻测量值的影响，发现当引下线偏移约
为50％时，对现场腐蚀诊断准确性影响较大；建议在现场试验中应尽量参考相关图纸，查清测量端口与主网连
接位置。
关键词：接地网；引下线；偏移；腐蚀；故障诊断
中图分类号：TM862 文献标志码：A 文章编号：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 ，FU 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
接地网是确保电气设备和人身安全的重要设
施。地网腐蚀是造成接地网缺陷的主要原因之一，
由此引发的事故很多，应用接地网故障诊断方法及
时发现地网缺陷并采取相应措施具有重要意义。
接地网故障诊断研究代表性的方法有：基于
特勒根定理，将原始接地网(设计值)和实际接地
网(运行多年后)的支路电压和电流进行互换，通
过测量若干可及节点问的电阻来建立方程，从而
收稿日期：201{)．07-14
基金项目：广东电网公司科研项目(08093102)
得到接地网各条导体的实际电阻_】 ]。该方法将
测量用的接地引下线与水平主地网的连接点就近
归算到地网拓扑结构的交叉点上，故对测量及诊
断结果造成一定误差。文献[6—7]提出通过在接
地网的2根接地引下线直接注人和抽出异频的正
弦波激励电流，基于电磁感应原理测量地表面磁
感应强度分布，检测地网导体断裂情况，该方法
对发生腐蚀但尚未断裂的导体诊断效果不明显。
以电网络理论为基础的接地网故障诊断方法
是以接地网拓扑结构中的网络节点作为节点，接
广东电力 第23卷
地引下线作为可及节点。但在变电站现场，接地
引下线往往没有严格处于接地网的网络节点上，
腐蚀诊断中一般依据“就近原则”，将接地引下线
与水平主地网的连接位置近似归算到最近的接地
网的网络节点上，测量时由于引下线连接位置偏
移导致电阻测量结果存在偏差，最终对诊断结果
造成影响。
以往的文献没有从理论上深人分析接地引下线
偏移对引下线之问端口电阻的测量值以及接地网支
路电阻诊断值的影响，而该问题的研究对腐蚀诊断
方法在工程上的推广应用具有较好的指导意义，因
此本文将对此进行分析。
1 引下线连接位置偏移距离的灵敏度公式
推导
图1为简化的接地网模型。假设接地网有12+1个
节点、b条支路，忽略土壤因素的影响，可以将接
地网看成1个纯电阻网络。现场测量时由于实际接
地引下线与水平主地网连接位置偏移，例如测量图
1中节点 。(或X：)与节点Y (或Y )之间的端口电
阻时，实际是测量节点 +2与节点n+3之间的
端口电阻，即接地网模型增加了节点11．+2和l"t+
3，同时在原有支路P和q上多了支路b+1和b+
2。测量位置的不同导致接地网模型增加的2个节
点和2条支路位置不同，即每次测量接地网模型的
关联矩阵都发生改变，并且支路导纳矩阵也发生改
变，因此导致测量的端口电阻值发生改变。下面根
据接地网模型推导引下线连接位置。
将接地网看成1个纯电阻电路，当电路中引下
图1 接地网模型
线连接位置发生偏移时(偏移数值的变化定义为电
路元件参数变化量)，必将在输出参数即端口电阻
测量值中反映出来，影响地网诊断结果。根据灵敏
度理论，故障状态的输出参数与正常状态的相对变
化量不仅与电路元件参数的相对变化量有关，而且
与输出参数对电路元件参数的灵敏度有关。
灵敏度是指电路中元件X 偏离其标称值时，
电路参数的变化情况，它是衡量电路性能的重要指
标之一。灵敏度有微分灵敏度和增量灵敏度2种类
型。微分灵敏度反映了电路中元件X 的微小变化
所导致的输出参数丁，的改变。元件X 相对于电路
参数丁f的灵敏度 ，以及元件X 的相对偏移量
Ax 与电路参数的相对偏移△丁，之间的关系可表
示为：
= = ( )／( 儿 ．(1)
= 乃 = ．
若现场测量时未考虑引下线偏移，则由电网络理论
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为选定参考节点后原网络的关
联矩阵；Y 为原支路导纳矩阵；Y 为原节点导纳
矩阵；I 为原节点的电流列向量；U 为原节点电
压列向量。
若现场测量时考虑引下线偏移，则图1所示支
路数和节点数均增加2，可得
厂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 饶章权，等：接地引下线偏移对接地网故障诊断的影响
式中：A 为考虑引下线偏移选定参考节点后网络
的关联矩阵；X 、Y 分别为新增2条支路一端的
原节点号，P、q分别为新增节点所在的原支路号
(如图1所示)；E为单位矩阵。
令关联矩阵A中口 =0，a 卅=0，则可得
出式(7)中的A 。
根据式(2)至式(6)，定义引下线偏移距离相对
于测量结果的灵敏度为：
／xU~+2 ： ： 一 A 2． c)Yb+2 aT
． △， 一 r]r 一 。 ar u 。
(8)
式中：△，表示引下线实际连接位置与引下线归算
连接点之间距离；△U 为新增2条支路后的节点
电压差。
由式(8)可知，现场试验中引下线偏移距离的
大小对端口电阻测量有影响，具体情形通过灵敏度
反映。
2 引下线连接位置偏移对测量结果影响规
律的探讨
图2为接地网拓扑结构示意图。
、 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
图2 接地网拓扑结构
图2中白点表示实际测量中归算到就近的网络
节点的引下线与主地网连接位置，黑点表示引下线
与主地网实际连接位置，偏移距离在程序里设定。
现场试验中仅测量了220 kV区域，因此图2仅反
映220 kV区域引下线连接位置。
实际工程中需要测量两条引下线之间的端口电
阻值，由于引下线偏移，导致在现场存在测量引下
线L1一L2、L1一L3、L2．L3三种情况，如图3所
示，其中白点表示假想引下线与地网连接点，黑点
为实际引下线连接点。
图3 接地引下线偏移模型
在变电站现场，节点间电阻的测量费时费力，
因此在大中型地网腐蚀诊断中，考虑将某一点设为
不动点，另一端点有规律移动，可以有效地提高测
量效率。
现场测量中应尽可能选接地引下线与主地网交
汇连接点作为不动点，但是实际工程中并不能确定
引下线连接位置是否发生偏移。为此以不动点位置
发生偏移以及偏移距离进行探讨。
通过MATLAB软件编制的程序能够快速计算
不动点上下左右偏移为12．5％ ，25％ ，37．5％ ，
5()％ ，62．5％ ，75％ ，87．5％ ，100％ 时，相应端
口电阻值的变化情况，如图4所示。
2l
17
C：
毒13
9
5
一
三
— — —
‘ ：= ==
一
— —
— —
～ ：
0．25 0．50 0．75 1 00
相对节点间距的百分比
(a)116不动点下偏
(b)116不动点右偏
犍 " m
∞
广东电力 第23卷
2l
17
差13
9
==： — — — — = = = = = >
— — — — — — — — — 一— —
— — — — —
— — ～
： ： ： ： = 一 ～
0 25 O 5O 0 75 l 00
相对节点间距的百分比
(C)141不动点上偏
[ 一
17|茎薹 薹萎
I
5【————————． — 。．．．．．．L．．，—．——————— —————』．．。．．．．．． ，———————L———————．．．．
相对 点间距的百分比
(d)141不动点左偏
图4 引下线偏移距离与端口电阻值关系曲线
从图4可看出，随着不动点位置偏移量的增
加，相应端口电阻值呈现先增大后减小的趋势，在
偏移距离达到5O％左右时，端口电阻值达到顶峰。
为了进一步研究引下线偏移对电阻的影响，本
文将由16个节点、24条支路组成的仿真地网的偏
移量设为4个等级，即未偏移、偏移12．5％ 、偏
移25％ 、偏移5()％ ，所有节点均同时偏移相同量。
每条支路电阻为8 mQ，其中第8条支路腐蚀，电
阻增大8倍，地网模型如图5所示。
21 22 23／¨24 12
／ t0 7 11．．￡ 12 ／
l3 14 15 l6
图5 地网仿真图
对其中28组节点对进行分析，并利用电磁暂
态计算程序进行模拟仿真，调整偏移量进行节点问
电阻的测量，结果记录见表10
将表1输入MATLAB程序进行计算，得到表
2的诊断结果(即支路电阻增大倍数)。
由表2可以看出，偏移量为12．5％时，相对
未偏移的情况，腐蚀支路的电阻增大倍数减小，相
应多出7条额外的腐蚀支路，但由于其电阻增大倍
数很小，几乎可以忽略，故此等级的偏移对腐蚀诊
断造成的影响可忽略。
表1 端口电阻测量值 mQ
而偏移量达到25％时，腐蚀支路的电阻增大
倍数继续减小，但由于新增的腐蚀支路电阻增大侣
数不大，按照腐蚀判定的原则，8号支路被判定
小故障，腐蚀诊断结果不变。
但当偏移量达到50％时，8号支路的电阻增大
倍数已降为1．3倍，判定为未腐蚀，而实际上这条
支路的电阻增大倍数达到8倍，在此情况下，此支
第l1期 饶章权，等：接地引下线偏移对接地网故障诊断的影响 35
路的腐蚀会被忽略掉。
表2 端口电阻测量的诊断结果
3 结束语
随着接地引下线偏移量的增多，伪故障支路数
目随之增加，相应的腐蚀支路的电阻增大判定将会
越来越小，到最后被忽略，影响试验最后选择需要
开挖的支路的判定。同时，通过ATP版本的电磁
暂态计算程序(ATP Version of Electromagnetic
Transients Program，ATP．EMTP)及Matlab程序
仿真计算发现，当引下线偏移约为50％ 时，对现
场腐蚀诊断准确性影响较大。因此，在现场试验中
应尽量参考相关图纸，查清测量端口与主网连接位
置。在连接位置不明确情况下采用不动点测量数据
时，宜多选取地网不同位置不动点进行数据测量；
在诊断过程中，宜选取不同测量节点对数据，这样
诊断中出现的诊断误差会相应减小。
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作者简介：饶章权(1980一)，男，湖北广水人。工程师，工学硕
士，研究方向为接地技术及电磁干扰分析及防护。

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