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摘要：传统的变电站接地网故障诊断方式为停电抽样开挖，这种方法带有很大的盲目性，操作起来很困难，无法准确地确定地网的断点和受腐蚀情况。当前我国正处于变电站接地网亟需诊断维修的阶段，对于接地网故障诊断的理论与技术研究是非常有意义的。
关键词：变电站；接地网；故障诊断
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）28-0110-02
变电站接地网对于电网系统意义非凡，可以保护电力设备、快速泄放故障电流、累计电流和提高零电位参考点，对于运行人员的安全也有着重要的保障作用。但是构成接地网的导体处于地下，并且我国采用的接地网一般是由镀锌钢制成的，容易受到腐蚀、焊接不良、接地短路电流电动力作用等影响导致故障，特别是在腐蚀性较强的地质，接地引下线受到腐蚀而引起的严重事故屡有发生。接地网故障的诊断是变电站稳定运行的一大关键，也是电力系统的迫切需求。
1 接地电网故障诊断的基本原理
自1972年以来，各国学者对接地系统接地参数的数值计算进行了大量的研究，将各种数值计算方法应用到接地参数的计算中，在一定程度上克服了采用解析公式计算变电站接地参数存在的误差。这些工作的理论基础分别为有限差分法、有限元法、模拟电荷法、边界元法、多步法、平均电位法、模拟电荷法、边界元法、多步法、平均电位法、矩阵变换法、矩量法、解祸法等。变电站接地网是由许多金属导体焊接而构成一定的网格状结构，由于各段金属导体的物理性质是确定的，其电阻也是确定的，因此通过欧姆定律即可以算出各自的电阻值。由于视土壤温度变化值为零，因此变电站接地网可以看成是纯电阻性的网络。一般用户的各种电气设备的接地点是与接地引线相连接的，而接地引线是由接地网水平导体引出的。接地引线又称为可及点，因为这是整个接地网所有金属导体中唯一可以碰触的点，当任意一段金属导体发生故障时，其电阻势必会增大，因此通过计算任意两个可及断点的电阻变化即可以对故障点进行诊断。
接地网故障诊断就是依据这样的基本原理，通过测量可及端点之间的电阻，通过计算所得的电阻值，根据一定的计算方式，结合接地网的拓扑结构，对接地网中每一段金属导体的电阻值进行测算。将导体电阻的实际值与初始值进行对比，就可以对接地网的故障进行判断，从而完成整个故障的诊断。
2 计算软件
上述接地网故障诊断的基本原理可以归结为节点诊断法，将接地网看成多段元件，每一端都连接着一个可及点，通过对两个可及点之间的电压和回路电流进行计算，得出电阻值是否发生变化。根据节点诊断法的理论基础，设计一定的计算软件，实现变电站接地网故障的可视化。目前应用较为普遍的诊断计算软件是用Fortran语言和Visual C++编写而成的，对于各个金属导体电阻增量进行测算，并且根据接地网的拓扑网络结构，将所有待求的电阻增质量设定为非负数，利用“能量最低原理”，从而诊断出整个接地网系统的故障情况。这种计算软件对于新建接地网的测算较为准确，而对于运行多年的接地网，一般还要对支路的断裂和腐蚀、局部或全部腐蚀以及支路的故障状况进一步检测。将各项原始数据输入系统，包括接地网金属导体的数目、行数、列数、节点数、可及点数、支路原始电阻值、可及点电位值等；通过一定的数学模型，建立Fortran动态链接库FL.dll，使用VC++建立优化模型动态链接库VC.dll，结合FL.dll，通过优化迭代计算，设置相应的迭代次数和精度，向屏幕中输出优化结果，也就是变量X列向量，X列向量就是接地网中每一金属导体电阻的增量，借助这一数据就可以对故障进行诊断，从优化结果中选出数值大于或等于100的支路，该支路即为故障支路，相反为地网的腐蚀。
3 仿真计算
接地地网长期处于地下，而土壤电阻率一般为接地网金属导体电阻率的几十个数量级，对于土壤分流可以不予以考虑，只需考虑金属导体的电阻率。通过仿真计算，钢的截面积、电阻率和长度都有一定的固定值，通过计算可以得出钢的标称电阻率值，为了使计算结果更加贴近实际，将接地网各段导体的标称电阻值设置为5mΩ，而用0.008～100mΩ的电阻来模拟各段导体的断裂及不同程度的腐蚀情况。
再借助计算软件，对上述程序进行仿真计算，所得的结果即为接地网中每条支路电阻的增量。通过实践检验证明，对于规模较小的接地网络，分散性小的特点导致其无论是单支故障或者多支故障，通过计算软件都可以较简单地予以诊断。而对于分散性广的大型接地网，计算软件的准确性有所下降，只能诊断出大概的故障位置，进而通过故障点周围电阻增值较大的原理，可以进一步进行定位，可以测出故障区域的等效电阻，与原始值进行对比，就可以进一步诊断故障点。
在实际诊断中，可以采用加大直流电流源输入、多激励等方法对接地网诊断中的干扰因素进行排除，因为接地网中各支路金属的电阻较小，可及点的电压相应的也较小，受到外界因素的干扰性较大。
4 模拟实验
接地电网故障诊断中，有一个特点必须明确，就是土壤电阻远远高于地网均压导体的电阻，因此接地网导体的电阻值就是唯一需要考虑的电阻率。进行模拟实验时，可以根据这一特点直接在地面进行，并且其绝缘介质为空气。模拟实验的电源为12V抗干扰微机电源，通过安培表对注入电流进行测量，对可及点之间的电压用万用表进行测量，其限流电阻为100Ω。
模拟实验的主要内容包括接地网分支路出现的腐蚀情况、地网分支路出现断裂的情况和地网腐蚀和之路故障同时并存的情况，进行模拟试验必须注意到，由于测算过程中存在许多误差，如安培表对于直流激励电流的测量必然存在误差；而且接地网各金属导体之间的电容也不可能完全相同；数字万用表的电压测算误差也较大，有可能对几个可及点之间的电压值存在测算错误；基于对这些误差的影响分析，因此在虚拟实验中所得到的数值肯定是有误差的，但是当误差不超过一定比例时，仍然可以对故障情况进行诊断。在实际诊断中，通过采用直流大电流源法、倒相法、改变激励位置及多激励法等来消除干扰、减小误差，只要误差保证在10%以下，即可准确地定位出故障点。
5 结语
文章首先对接地网故障诊断的基本原理、计算软件、仿真计算和模拟实验进行分析研究，期间大量地引用了各种学科的知识，将运筹学原理、网络理论等综合起来，对于接地网故障的诊断进行各个支路的电阻率变化分析，相对准确地建立了一定的故障诊断方程。其次，将能量学中的最低原理、优化技术等理论与接地网故障诊断相结合，建立了一定的数学模型，有效地解决了诊断中病态方程的问题；借助现代计算机技术，编制相应的诊断软件，通过计算软件对接地网中的故障进行仿真计算。最后是本文所提出的模拟实验，通过设定一定的故障模式，通过实验进行验证，其结果基本上一致，该方法具有可行性与实用性。
参考文献
[1] 向铁元，丁坚勇，全猛.接地的重要性[J].电力系统
及其自动化学报，2001，（13）.
[2] 鲁志伟，常树生.双层土坡地网接地电阻的简化计算
[J].高电压技术，1996，（4）.
[3] 颜怀梁，陈先禄.接地计算方法及应用不均匀网孔改
善地网电位分布的计算研究[J].重庆大学学报，
1985，（4）.
[4] 刘洋，崔翔，卢铁兵.变电站接地网的断点诊断方法
[J].电网技术，2008，（2）.
[5] 彭珑，郭洁，李晓峰.微量处理法在变电站接地网腐
蚀诊断中的应用[J].高电压技术，2007，（7）.
[6] 许非吾，张亮，刘义华，金祖山.500kV兰亭变电所
接地网降阻改造[J].高电压技术，2008，（4）.
关键词：变电站；接地网；故障诊断
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）28-0110-02
变电站接地网对于电网系统意义非凡，可以保护电力设备、快速泄放故障电流、累计电流和提高零电位参考点，对于运行人员的安全也有着重要的保障作用。但是构成接地网的导体处于地下，并且我国采用的接地网一般是由镀锌钢制成的，容易受到腐蚀、焊接不良、接地短路电流电动力作用等影响导致故障，特别是在腐蚀性较强的地质，接地引下线受到腐蚀而引起的严重事故屡有发生。接地网故障的诊断是变电站稳定运行的一大关键，也是电力系统的迫切需求。
1 接地电网故障诊断的基本原理
自1972年以来，各国学者对接地系统接地参数的数值计算进行了大量的研究，将各种数值计算方法应用到接地参数的计算中，在一定程度上克服了采用解析公式计算变电站接地参数存在的误差。这些工作的理论基础分别为有限差分法、有限元法、模拟电荷法、边界元法、多步法、平均电位法、模拟电荷法、边界元法、多步法、平均电位法、矩阵变换法、矩量法、解祸法等。变电站接地网是由许多金属导体焊接而构成一定的网格状结构，由于各段金属导体的物理性质是确定的，其电阻也是确定的，因此通过欧姆定律即可以算出各自的电阻值。由于视土壤温度变化值为零，因此变电站接地网可以看成是纯电阻性的网络。一般用户的各种电气设备的接地点是与接地引线相连接的，而接地引线是由接地网水平导体引出的。接地引线又称为可及点，因为这是整个接地网所有金属导体中唯一可以碰触的点，当任意一段金属导体发生故障时，其电阻势必会增大，因此通过计算任意两个可及断点的电阻变化即可以对故障点进行诊断。
接地网故障诊断就是依据这样的基本原理，通过测量可及端点之间的电阻，通过计算所得的电阻值，根据一定的计算方式，结合接地网的拓扑结构，对接地网中每一段金属导体的电阻值进行测算。将导体电阻的实际值与初始值进行对比，就可以对接地网的故障进行判断，从而完成整个故障的诊断。
2 计算软件
上述接地网故障诊断的基本原理可以归结为节点诊断法，将接地网看成多段元件，每一端都连接着一个可及点，通过对两个可及点之间的电压和回路电流进行计算，得出电阻值是否发生变化。根据节点诊断法的理论基础，设计一定的计算软件，实现变电站接地网故障的可视化。目前应用较为普遍的诊断计算软件是用Fortran语言和Visual C++编写而成的，对于各个金属导体电阻增量进行测算，并且根据接地网的拓扑网络结构，将所有待求的电阻增质量设定为非负数，利用“能量最低原理”，从而诊断出整个接地网系统的故障情况。这种计算软件对于新建接地网的测算较为准确，而对于运行多年的接地网，一般还要对支路的断裂和腐蚀、局部或全部腐蚀以及支路的故障状况进一步检测。将各项原始数据输入系统，包括接地网金属导体的数目、行数、列数、节点数、可及点数、支路原始电阻值、可及点电位值等；通过一定的数学模型，建立Fortran动态链接库FL.dll，使用VC++建立优化模型动态链接库VC.dll，结合FL.dll，通过优化迭代计算，设置相应的迭代次数和精度，向屏幕中输出优化结果，也就是变量X列向量，X列向量就是接地网中每一金属导体电阻的增量，借助这一数据就可以对故障进行诊断，从优化结果中选出数值大于或等于100的支路，该支路即为故障支路，相反为地网的腐蚀。
3 仿真计算
接地地网长期处于地下，而土壤电阻率一般为接地网金属导体电阻率的几十个数量级，对于土壤分流可以不予以考虑，只需考虑金属导体的电阻率。通过仿真计算，钢的截面积、电阻率和长度都有一定的固定值，通过计算可以得出钢的标称电阻率值，为了使计算结果更加贴近实际，将接地网各段导体的标称电阻值设置为5mΩ，而用0.008～100mΩ的电阻来模拟各段导体的断裂及不同程度的腐蚀情况。
再借助计算软件，对上述程序进行仿真计算，所得的结果即为接地网中每条支路电阻的增量。通过实践检验证明，对于规模较小的接地网络，分散性小的特点导致其无论是单支故障或者多支故障，通过计算软件都可以较简单地予以诊断。而对于分散性广的大型接地网，计算软件的准确性有所下降，只能诊断出大概的故障位置，进而通过故障点周围电阻增值较大的原理，可以进一步进行定位，可以测出故障区域的等效电阻，与原始值进行对比，就可以进一步诊断故障点。
在实际诊断中，可以采用加大直流电流源输入、多激励等方法对接地网诊断中的干扰因素进行排除，因为接地网中各支路金属的电阻较小，可及点的电压相应的也较小，受到外界因素的干扰性较大。
4 模拟实验
接地电网故障诊断中，有一个特点必须明确，就是土壤电阻远远高于地网均压导体的电阻，因此接地网导体的电阻值就是唯一需要考虑的电阻率。进行模拟实验时，可以根据这一特点直接在地面进行，并且其绝缘介质为空气。模拟实验的电源为12V抗干扰微机电源，通过安培表对注入电流进行测量，对可及点之间的电压用万用表进行测量，其限流电阻为100Ω。
模拟实验的主要内容包括接地网分支路出现的腐蚀情况、地网分支路出现断裂的情况和地网腐蚀和之路故障同时并存的情况，进行模拟试验必须注意到，由于测算过程中存在许多误差，如安培表对于直流激励电流的测量必然存在误差；而且接地网各金属导体之间的电容也不可能完全相同；数字万用表的电压测算误差也较大，有可能对几个可及点之间的电压值存在测算错误；基于对这些误差的影响分析，因此在虚拟实验中所得到的数值肯定是有误差的，但是当误差不超过一定比例时，仍然可以对故障情况进行诊断。在实际诊断中，通过采用直流大电流源法、倒相法、改变激励位置及多激励法等来消除干扰、减小误差，只要误差保证在10%以下，即可准确地定位出故障点。
5 结语
文章首先对接地网故障诊断的基本原理、计算软件、仿真计算和模拟实验进行分析研究，期间大量地引用了各种学科的知识，将运筹学原理、网络理论等综合起来，对于接地网故障的诊断进行各个支路的电阻率变化分析，相对准确地建立了一定的故障诊断方程。其次，将能量学中的最低原理、优化技术等理论与接地网故障诊断相结合，建立了一定的数学模型，有效地解决了诊断中病态方程的问题；借助现代计算机技术，编制相应的诊断软件，通过计算软件对接地网中的故障进行仿真计算。最后是本文所提出的模拟实验，通过设定一定的故障模式，通过实验进行验证，其结果基本上一致，该方法具有可行性与实用性。
参考文献
[1] 向铁元，丁坚勇，全猛.接地的重要性[J].电力系统
及其自动化学报，2001，（13）.
[2] 鲁志伟，常树生.双层土坡地网接地电阻的简化计算
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[3] 颜怀梁，陈先禄.接地计算方法及应用不均匀网孔改
善地网电位分布的计算研究[J].重庆大学学报，
1985，（4）.
[4] 刘洋，崔翔，卢铁兵.变电站接地网的断点诊断方法
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[5] 彭珑，郭洁，李晓峰.微量处理法在变电站接地网腐
蚀诊断中的应用[J].高电压技术，2007，（7）.
[6] 许非吾，张亮，刘义华，金祖山.500kV兰亭变电所
接地网降阻改造[J].高电压技术，2008，（4）.