变电站接地网缺陷诊断方法和技术的研究

论文摘要

接地网是变电站安全运行的重要保证,其接地性能一直受到设计和生产运行部门的重视。在我国,因接地网腐蚀、发生断裂等缺陷引起的电力系统的事故时有发生,每次事故都会造成巨大的经济损失。电力系统迫切需要一种在不挖开接地网,不影响系统正常运行的条件下,实现变电站接地网缺陷诊断的实用、有效的诊断方法和技术。本文结合国家杰出青年科学基金项目“电磁干扰的耦合机理”(编号50325723),国家自然科学基金项目“复杂媒质中大尺度导体周围瞬态电磁场(编号50577019),河北省自然科学基金“瞬态电磁环境下复杂煤质的接地网算法研究”(编号E2006000678)和唐山市供电公司科研项目“变电站接地网电气性能分析及故障诊断系统的现场研究及应用”,针对变电站接地网缺陷诊断的方法和技术进行了研究。本文主要研究成果如下:1.提出了变电站接地网缺陷诊断的一种新方法。通过变电站接地网的两根上引导体,直接注入异频的正弦波激励电流,基于电磁感应原理,利用探测线圈检测激励电流在地表面激发的磁感应强度,依据磁感应强度的分布特征诊断接地网网格导体的缺陷状态,通过仿真计算验证了诊断技术路线的可行性和正确性。2.测量和分析了不同电压等级变电站电磁干扰特性。围绕检测诊断的技术方案,测量了110kV、220kV和500kV变电站内变压器、CT、PT及母线等不同场所的工频电磁干扰水平和瞬态电磁环境的干扰频率范围,给出了检测所面临的复杂电磁环境特征。3.设计开发了复杂电磁环境下磁感应强度的测量系统。综合利用放大、陷波和滤波等技术措施,实现了在变电站复杂电磁环境下磁感应强度的有效测量。通过实验验证了系统的有效性,其抗干扰能力、分辨率和精度均能满足诊断需要。4.设计开发了异频的激励源系统。针对变电站接地网接地性能检测和缺陷诊断的需要,设计了专用的异频正弦波激励源系统。基于线性放大和阻抗变换技术,在较宽频带内和较大输出电流的情况下,实现了频率和输出电流的连续调节,解决了功率放大器和接地网负载之间的阻抗匹配问题。通过实验检验了激励源系统的频率特性、带负载能力和输出电流能力符合设计要求。通过诊断实验,验证了测量诊断系统能够满足变电站接地网缺陷诊断和接地性能检测等工程实际的需要。5.基于上述诊断方法和技术,分别利用试验接地网和实际变电站接地网进行了模拟断点和腐蚀变细等缺陷的实验研究,诊断实验与应用结果验证了本文诊断方法的可行性、诊断技术的有效性和检测系统的可靠性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 接地网接地性能计算和设计的研究进展
• 1.2.2 接地网缺陷诊断方法和技术的研究进展
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 变电站接地网缺陷诊断方法
• 2.1 仿真计算软件
• 2.2 仿真计算
• 2.2.1 计算模型I
• 2.2.2 激励电流频率对地表面磁感应强度的影响
• 2.2.3 土壤结构对地表磁感应强度的影响
• 2.2.4 地表面磁感应强度的分布特征
• 2.2.5 导体缺陷状态对地表面磁感应强度的影响
• 2.2.6 断点的位置及其特征
• 2.2.7 电流注入与抽出点方式的选择
• 2.3 小结
• 第三章 变电站工频磁场的测量与电磁环境分析
• 3.1 测量方法与设备
• 3.2 变电站工频磁场的测量
• 3.2.1 110kV 变电站工频磁场的测量
• 3.2.2 220kV 变电站工频磁场的测量
• 3.2.3 500kV 变电站工频磁场的测量
• 3.2.4 变电站工频干扰特征分析
• 3.3 500KV 变电站瞬态电磁环境测量结果分析
• 3.3.1 变电站瞬态电磁干扰的测量
• 3.3.2 变电站瞬态电磁干扰特性分析
• 3.4 小结
• 第四章 复杂电磁环境下磁感应强度测量系统的设计
• 4.1 测量系统的基本结构
• 4.2 测量系统的基本原理
• 4.3 测量系统的设计与实现
• 4.3.1 探测线圈的设计
• 4.3.1.1 探测线圈的分辨率和灵敏度分析
• 4.3.1.2 探测线圈的频率响应分析
• 4.3.1.3 探测线圈的制作
• 4.3.2 前置缓冲放大器的设计
• 4.3.2.1 仪表放大器的基本原理
• 4.3.2.2 利用AD620设计的实际前置放大器
• 4.3.3 滤波电路的设计
• 4.3.3.1 工频陷波电路的设计
• 4.3.3.2 RC有源带通滤波电路的设计
• 4.3.3.3 利用LTC1068设计的带通中心频率可调的滤波电路
• 4.3.4 整机供电电源的设计
• 4.4 测量系统性能的实验研究
• 4.4.1 测量系统增益的调试
• 4.4.2 单元电路的频率响应
• 4.4.3 测量系统的分辨能力实验
• 4.4.4 测量系统的抗干扰能力
• 4.5 小结
• 第五章 变电站接地网缺陷诊断系统激励源的设计
• 5.1 设计要求与基本结构
• 5.2 激励源电路的设计
• 5.2.1 功率放大电路的设计
• 5.2.2 阻抗变换器的设计
• 5.2.2.1 阻抗变换器变比的计算
• 5.2.2.2 阻抗变换器激励电感的计算
• 5.2.2.3 阻抗变换器磁芯截面积等参数的估算
• 5.2.2.4 阻抗变换器设计结果
• 5.2.2.5 输出电流的监测方法
• 5.3 激励源性能的实验研究
• 5.3.1 幅频与相频特性
• 5.3.2 功率放大器电流输出能力实验
• 5.4 小结
• 第六章 变电站接地网缺陷诊断方法的实验与应用
• 6.1 试验接地网缺陷诊断实验
• 6.1.1 试验接地网结构
• 6.1.2 试验接地网现场电磁背景测量
• 6.1.3 磁感应强度分布特征的实验验证
• 6.1.4 试验接地网断点缺陷模拟与诊断
• 6.1.5 试验接地网腐蚀变细模拟与诊断
• 6.2 实际接地网缺陷诊断的实验与应用
• 6.2.1 唐山倴城220kV 变电站接地网模拟实验
• 6.2.1.1 唐山倴城220kV变电站及接地网基本情况
• 6.2.1.2 土壤电阻率与现场背景测量
• 6.2.1.3 倴城变电站接地网模拟断点实验
• 6.2.2 唐山雷庄220kV 变电站接地网实验
• 6.2.3 唐山市苏家洼110kV 变电站接地网缺陷诊断实例
• 6.3 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表