一种基于改进果蝇优化算法的接地网腐蚀故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进果蝇优化算法的接地网腐蚀故障诊断方法，将混沌映射、动态搜索半径策略判定公式引入果蝇优化算法得到改进后的果蝇优化算法，在预测精度和模型稳定性方面均优于传统方法，验证了该方法的有效性和可行性，进一步提高接地网腐蚀速率的预测精度，解决传统模型易陷入局部最优且随机初始化模型参数影响预测准确性和稳定性的问题，为运维人员提前发现接地网安全隐患并安排检修进而保障电网安全稳定运行提供帮助。而保障电网安全稳定运行提供帮助。而保障电网安全稳定运行提供帮助。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进果蝇优化算法的接地网腐蚀故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及一种基于改进果蝇优化算法的接地网腐蚀故障诊断方法。

技术介绍

[0002]发电厂和变电站(包括换流站、串补站等)接地网是变电站设备的重要组成部分，其基本功能主要反映在其安全性能方面，即在系统发生接地故障时起到快速泄放故障电流，改善地网金属导体和场区地表地电位分布，从而保障设备和人员安全的作用，接地网的状态主要通过其安全性状态的优劣反映出来。保证接地网的安全运行是保证变电站设备安全运行的前提，接地故障或雷击故障状态下，故障电流经地网在土壤泄放过程中，在引起接地网导体电位分布的同时，也将引起地表电位分布。
[0003]现有变电站接地网的运维工作主要通过定期大面积开挖进行，存在代价高、盲目性强等缺陷，丞需准确合理的接地网故障诊断手段。已有的接地网故障诊断方法主要有电化学检测法、电网络理论法和磁场检测法等。
[0004]电网络理论法根据网络的拓扑结构建立故障诊断模型，并引入目标函数进行求解。模型的建立有很多种方法，比如可以运用节点电压法或者特勒根定理来建立故障诊断模型。但是当接地网腐蚀情况较为严重时，支路电阻变化量较大，上述方法的诊断过程可能不收敛，或者出现诊断结果的误差偏大的情况，因此诊断结果并不理想。
[0005]电化学分析法是通过建立一个金属和土壤的共同体系，测量这整个体系的电化学特性来判断腐蚀的速率或腐蚀的程度。虽然对地网的腐蚀程度检测有一定效果，但无法判断故障点，另外，电磁干扰也会影响该方法的应用效果。电化学法理化意义明确，揭示了腐蚀本质，深具发展前景，不过其还远未成熟。
[0006]磁场检测法基于电磁感应原理测量地表磁感应强度分布，诊断网络的支路故障，解决了故障支路的定位问题，也可检测出接地网的实际拓扑结构，但在诊断各支路的腐蚀程度上仍需更深入的研究。它通过接地引下线向接地网施加交流激励，根据接地网的地表电位或磁场分布对接地网的典型故障进行诊断。相比较而言，磁场分析法具有较好的工程应用价值但是，在对接地网的地表电位或磁场分布进行测试时，易受变电站现场建筑物、地下金属管道等因素的影响，且对大型接地网来说，工作量较大。
[0007]现有电气特征的检测技术中，主要包括电化学检测法、电网络理论法和磁场检测法等。基于电网络方法的诊断方法最大的优点就是测量方便，硬件上仅需在暴露在地表面的接地引下线之间测量电阻值，剩余的计算与分析部分全部在软件上实现。但是，电网络方法也有着明显的问题。第一个问题，电网络简化方法得到的接地网的无源纯阻性电网络模型可能与实际接地网存在一定的偏差，尤其是可及节点。理论分析时将其视为某个地下接地导体之间的节点之一，而实际上的接地点可能在其余位置，这种问题被称作可及节点的偏移问题。请参阅图1a和图1b，其中接地引下线的理论情况的模型如图1a所示，而实际中可能出现的情况如图1b所示，基于电网络理论与方法的诊断方法原理清晰，现场操作简单，免于开挖，具有一定的先进性，应用起来的壁垒也比较容易打通。但是这种方法从原理上就具
有一定的缺陷，其检测结果依赖于可及节点的数量、分布在整个接地网的位置、与理论模型的节点偏移程度等情况，一旦可及节点数量太少，或者分布严重不均匀，或者节点偏移严重，则通过该方法测到的诊断结果会有较大的偏差。
[0008]第二个问题，基于上述的电网络方法建立起来的方程，在求解的过程中面临方程非线性且方程组高度欠定的问题，可能因此导致诊断失准甚至是误诊的情形。总之，基于电网络理论与方法的诊断方法原理清晰，现场操作简单，免于开挖，具有一定的先进性，应用起来的壁垒也比较容易打通。但是这种方法从原理上就具有一定的缺陷，其检测结果依赖于可及节点的数量、分布在整个接地网的位置、与理论模型的节点偏移程度等情况，一旦可及节点数量太少，或者分布严重不均匀，或者节点偏移严重，则通过该方法测到的诊断结果会有较大的偏差。
[0009]接地网导体材料在土壤中的腐蚀从机理上讲属于电化学腐蚀，所以通过电化学检测技术来检测接地导体的腐蚀状态是一种有效的手段。分析了接地网电化学腐蚀的机理和各种土壤质地对接地导体的腐蚀程度，提出了用电化学参数评估接地网的方法。基于电化学检测的接地网故障诊断方法具有对导体腐蚀检测精确的优点，可以跳出通过导体电阻值来间接测量腐蚀情况的固定思维，而直接就可以测导体腐蚀情况，具有更高的精度。但是，这一方法的缺陷在于电化学测量难度很大，而且很容易受到土壤中的杂散电流以及导体泄漏电流的影响，并且这一方法只能对腐蚀情况做出判断，对于虚焊、漏焊、断裂等情况无法做出诊断。总之，基于电化学方法的接地网故障诊断法可以针对接地导体的腐蚀情况精确求解，但是这种方法对硬件检测装置要求很高，并且很容易受到土壤中的其余信号的干扰，这种诊断法的广泛运用还需要克服这些问题。
[0010]磁场分析法的基本原理是对接地网从可及节点注入励磁电流，在地表形成磁场，磁场的磁感应分布与支路电流正相关，通过检测磁场的磁感应强度分布，反推接地网支路中的电流分布，进而推出支路电阻值的状况。由于磁场的分布不受可及节点的分布的影响，也不受土壤、混凝土等介质的影响，因此磁场检测法最大的优点就是不受可及节点数量和分布位置的影响，对于各种分布情形都可以进行检测，并且磁场检测结果较为直观。但是这种检测方法也有一定的缺陷，主要在于：该方法要求在接通励磁电流后，对整个接地网上方的磁场进行全部检测，也因此该方法也被称为全区域磁场检测法，不过检测的工作量非常大，而且具有一定的盲目性。这一方法存在的缺陷在于检测数据量过大、变电站现场的磁场检测法处理数据精度偏低，如何更高效地处理磁场数据是这一方法研究的重点。
[0011]术语解释：
[0012]果蝇优化算法：果蝇优化算法(Fruit fly Optimization Algorithm，FOA)是一种基于果蝇觅食行为推演出寻求全局优化的新方法。果蝇本身在感官知觉上优于其他物种，尤其是嗅觉和视觉上。果蝇的嗅觉器官能很好的搜集漂浮在空气中的各种气味，甚至能够嗅到40公里以外的食物源。然后，飞到食物位置附近后亦可使用敏锐的视觉发现食物和同伴聚集的位置，并且向该方向飞去。
[0013]磁场检测法：基于电磁感应原理，利用磁场检测技术对接地网的接地导体电阻的健康程度进行诊断。磁场检测法最大的优点就是不受可及节点数量和分布位置的影响，对于各种分布情形都可以进行检测，并且磁场检测结果较为直观。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于改进果蝇优化算法的接地网腐蚀故障诊断方法，可以有效加快磁场检测接地网故障，提高了接地网腐蚀故障诊断的准确性和稳定性。
[0015]实现上述目的的技术方案是：一种基于改进果蝇优化算法的接地网腐蚀故障诊断方法，包括以下步骤：
[0016]对于一个有N个节点和B条支路的接地网，将不同频率的正弦波励磁电流直接注入接地网的两根上导体，施加的励磁电流为低频电流，忽略各条支路的电感和电容及支路间互感，由电网络理论得下列方程:<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进果蝇优化算法的接地网腐蚀故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：对于一个有N个节点和B条支路的接地网，将不同频率的正弦波励磁电流直接注入接地网的两根上导体，施加的励磁电流为低频电流，忽略各条支路的电感和电容及支路间互感，由电网络理论得下列方程:Y
n
U
n
＝I
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)Y
n
＝AI
n
A
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)U
b
＝A
T
U
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)I
b
＝Y
b
U
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式(1)
‑
(4)中：A为网络的关联矩阵；Y
b
为支路导纳矩阵；Y
n
为节点导纳矩阵；U
b
为支路电压向量；U
n
为节点电压向量；I
n
为节点电流向量；I
b
为支路电流向量；在地表选取T个测量点，并计算这些测量点的横向磁场B
x
可得：式(5)中：表示第i条支路电流；表示第i个地表点的横向磁感应强度；利用比奥—萨伐尔定律计算稳态电流产生的磁场，采用国际单位制，用公式表示：式(6)中，I是源电流；L是积分路径；dl是源电流的微小线元素；e
r
为电流元指向待求场点的单位向量；μ
o
为真空磁导率，其值为固定值；建立接地网支路电阻和接地网上方磁场之间的关系，在接地网上方测量选定的测量点的磁场，采用最小二乘法建立接地网故障诊断的优化模型为：min||M
·
I(Y
b
)
‑
B
T
||2ꢀꢀꢀꢀ
(7)式(7)中，M为式(5)中的矩阵；Y
b
为接地网的支路导纳矩阵；I(Y
b
)为由式(1)～式(4)计算出的支路电流向量；B
T
为T个测量点的磁感应强度向量；采用改进果蝇优化算法计算B
T
，计算出接地网各个支路导纳Y
i
，由下式计算出各个支路的电阻R
i
：R
i
＝1/Y
i
ꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠，张翔，袁辉，仇式鹍，陆倚鹏，郁嘉毅，王哲斐，贺润平，徐赟，
申请(专利权)人：宁波得弘企业发展有限公司，
类型：发明
国别省市：