李振毅
中平信息技术有限责任公司 河南 平顶山 467000
国内地网导体大多由普通碳钢制成，埋在地下运行多年后会出现腐蚀，易导致接地网出现电气上的开路。接地网发生腐蚀故障，会导致接地网电位升高，站内一次设备的绝缘损坏，易导致变电站二次回路过电压，造成二次设备的绝缘损坏。随着变电站中二次设备的使用率逐年升高，如何避免接地网故障导致其散流功能下降，是一个急需解决的现实问题。
河南天通电力有限公司作为中国平煤神马集团唯一一家专业供电公司，目前拥有110kV电压等级变电站5座，35kV电压等级变电站23座；高压架空线路92条，总长340公里。所属变电站接地网在设计上要达到雷电冲击电流和工频短路电流的要求，其性能的优劣，直接关系到站内人员及设备安全。
针对河南天通电力变电站在实际工作中遇到的检测难题，项目研发了多通道变电站接地网腐蚀二维检测系统，可以有效提升接地网腐蚀检测的效率和准确度，对电力企业具有重要的实用意义。
一、项目关键技术
针对变电站接地网状态评估的方法，利用导通电阻测试仪测量接地网可及接地点之间的端口电阻，该结果只反映接地网的整体的状况，每次只能进行单端口测量，无法明确获知接地网的各个支路电阻的变化情况，测量效率低下。在全站接地网腐蚀程度计算时，接地网建模过程极其繁杂，支路电阻变化率计算自动化程度低，计算结果准确度受测点选择影响大。
1.1基于特勒根定理的接地网腐蚀诊断算法
.png)
.png)
1.2基于粒子群优化算法的欠定方程求解方法
结合接地网的自身特点，其故障诊断的数学模型采用经典优化算法。选取一个初值，按照算法的搜索策略，其搜索路径是确定的，因而只能得到局部极值点，而不是全局最优解。对于随机搜索算法而言，它是以随机选取的初值为迭代初值，搜索路径是随机化的，可在整个空间中搜索来找到全局最优解。考虑到以上两方面的问题，本项目采用一种综合粒子群算法和最小二乘法优点的新算法-使用最小二乘算法进行局部调优的粒子群算法。
二、系统架构设计
要准确判断接地网腐蚀情况，需要获得尽可能多的接地网的端口电阻。本项目设计的多通道变电站接地网腐蚀检测系统正是应对变电站的实际工作要求。
2.1检测系统软件设计
.png)
由图1可知，电流输出线和电压检测线独立，采用四线连接方法（开尔文法）测量电阻。系统包含下位机测量和上位机控制两个部分。下位机测量系统包括交流恒流源单元、控制与信号测量单元、电流和电压信号切换模块，实现电流输出、电压采集、电阻计算、通道切换等功能。上位机控制系统实现人机交互、模型输入、腐蚀计算等功能。上位机和下位机通过USB接口进行通信。
系统设计16个测量通道，图1中交流恒流源的输出通过电流开关模块后施加在任意两个接地引下线端口，同时电压信号开关模块将对应的电压信号切换到控制与信号检测单元。通过排列组合，一次性可完成16个接地引下线中任意两个之间的电阻，共计120个端口电阻的测量。
2.2检测系统硬件系统设计
根据检测原理设计下位机硬件系统，架构如图2所示。使用STM32微处理器作为下位机的控制核心，利用程控交流恒流电源作为激励源，输出频率40~100Hz，输出电流0~15A，微处理器通过RS485接口实现对电流源的控制。电流源的输出电流通过16路大电流继电器切换输出，恒流源的电流经过高精度分流器送至仪表放大器放大、滤波后再经过隔离放大进入AD。16路信号继电器用来切换被测电压，电压信号也经过仪表放大器放大、滤波后再经过隔离放大进入AD。微处理器将AD数据经过滤波后计算出当前两个可及节点间的电阻，并通过USB接口上传至上位机。
.png)
三、社会及经济效益
3.1大幅提升变电站接地网腐蚀检测的效率
将传统的利用导通电阻测试仪进行端口电阻测量方式变为多通道同时测量，大幅减少接线工作量，将往常需要一天的测试时间减少至2个小时。
3.2提升变电站接地网腐蚀检测的准确度
传统测量方法只能获得端口电阻的变化量，无法对腐蚀的支路进行定位。通过本项目的算法研究，实现接地网腐蚀程度的二维成像，直接定位出腐蚀的接地网支路，快速准确的实现腐蚀支路的定位，提高检修的准确度。
多通道变电站接地网腐蚀二维检测系统，实现端口电阻的多通道测量、接地网的高效建模和腐蚀程度的自动诊断。能够彻底改善变电站接地网腐蚀程度检测效率低下、操作复杂、操作繁琐、计算复杂的问题。大幅提升接地网腐蚀检测的效率和准确度，项目研制的工程样机经过产品检验和设计后能够在行业内全面推广。
中平信息技术有限责任公司
李振毅