一种考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法与系统技术方案

本发明专利技术公开一种考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法与系统，涉及电力系统接地导体阻抗评估的技术领域，包括获取接地导体的物理参数及其腐蚀截面的电镜扫描图；根据接地导体的物理参数建立接地导体截面电磁场数学模型，结合接地导体的铁磁特性曲线，建立接地导体导通阻抗评估方程；对接地导体腐蚀截面的电镜扫描图进行有限元网格剖分，获得有限元网格图；利用有限元网格图对接地导体导通阻抗评估方程进行迭代求解，获得接地导体腐蚀截面的电流密度和电场强度，最终计算接地导体单位长度导通阻抗，完成对接地导体导通阻抗评估。本发明专利技术能够准确计算不同截面腐蚀形态的接地导体导通阻抗，为接地网腐蚀诊断提供参考。为接地网腐蚀诊断提供参考。为接地网腐蚀诊断提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法与系统


[0001]本专利技术涉及电力系统接地导体测量评估的
，更具体地，涉及一种考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法与系统。

技术介绍

[0002]接地装置是电力系统安全的重要保障，但易受腐蚀影响；接地装置的腐蚀环境主要分为大气腐蚀和土壤腐蚀，其中接地引下线和电缆沟内的接地体易受大气腐蚀，各种垂直和水平接地体则易受土壤腐蚀。接地装置埋设于地下，运行环境较为恶劣，容易发生腐蚀的部位包括：
①
设备接地引下线及其连接螺丝；
②
各焊接头；
③
电缆沟内的均压带；
④
水平接地体。这些部位代表了接地装置的典型位置，既存在大气腐蚀也存在土壤腐蚀。整体上，引起腐蚀的主要因素还是电化学腐蚀。目前接地网腐蚀的诊断方法可以分为电法、磁法和电化学方法，而在腐蚀评估方面，除了经典的对比法、拓扑检测法和传统的优化方法外，人工智能和图像识别还得到了推广应用。这些新方法应用时取得了良好的效果，但也引发了一个新问题——如何评估不同腐蚀特征下的地网接地特性。实际上，埋地接地导体金属表面上的腐蚀深度不均匀，如果以宏观的观察方法能够测量出局部区域的腐蚀深度明显大于邻近表面区域的腐蚀深度，就认为是局部腐蚀。埋地接地导体在土壤环境中运行一段时间后，金属表面上个别地方出现腐蚀孔或麻点。随着时间的推移，腐蚀孔不断向纵深方向发展，形成小孔腐蚀坑，这种腐蚀称为小孔腐蚀，简称孔蚀或点蚀，如图1所示，常见的孔蚀形貌有1
‑
a窄深形、1
‑
b椭圆形、1
‑
c宽浅形、1
‑
d皮下形、1
‑
e底切形、1
‑
f水平形和1
‑
g垂直形；多数蚀孔小而深，孔径一般小于2mm，孔深常大于孔径，甚至穿透埋地接地导体。蚀孔分散或密集分布在金属表面上，孔口多数被腐蚀产物所覆盖，少数呈开放式，无腐蚀产物覆盖。所以，孔蚀是一种外观隐蔽但破坏性很大的局部腐蚀。现有技术按截面积等效来分析腐蚀影响，评估结果不准确，因此亟需一种考虑接地导体截面腐蚀形态影响的阻抗评估方法。
[0003]现有技术公开了一种高频等电位过度阻抗测量方法，属于防雷等电位
该申请产生1Hz
‑
1MHz的测试电流流通接地体，获得电压有效值和电流有效值后根据不同频率的测试电流的计算电阻、阻抗和电感，综合接地体阻抗评价值、合格接地体的历史测量数据和历史阻抗曲线评价接地体；该专利技术通过高频正弦测试电流模拟雷电流，检测接地体是否存在问题，在不影响正常的使用的情况下，测量阻抗，采用电感作为接地体好坏以及腐蚀程度评价依据；该申请没有考虑接地体实际的截面腐蚀形态，按截面积等效来分析腐蚀影响，无法准确计算不同截面腐蚀形态的接地导体导通阻抗。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服上述现有技术评估接地导体的阻抗时不考虑截面腐蚀形态的缺陷，提供一种考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法与系统，可以准确计算不同截面腐蚀形态的接地导体导通阻抗，为接地网腐蚀诊断提供参考。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术公开了一种考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法，包括：
[0007]S1：获取接地导体的物理参数及其腐蚀截面的电镜扫描图；
[0008]S2：根据接地导体的物理参数建立接地导体截面电磁场数学模型；
[0009]S3：获取接地导体的铁磁特性曲线，结合所述铁磁特性曲线的数据与接地导体截面电磁场数学模型，建立接地导体导通阻抗评估方程；
[0010]S4：对接地导体腐蚀截面的电镜扫描图进行有限元网格剖分，获得有限元网格图；
[0011]S5：基于有限元网格图，对接地导体导通阻抗评估方程进行迭代求解，获得接地导体腐蚀截面的电流密度和电场强度；
[0012]S6：根据接地导体腐蚀截面的电流密度和电场强计算接地导体单位长度导通阻抗，完成对接地导体导通阻抗评估。
[0013]优选地，所述接地导体的物理参数包括电阻率、周长和腐蚀截面面积。
[0014]优选地，所述步骤S2中，建立接地导体截面电磁场数学模型的具体方法为：
[0015]设定接地导体截面内的磁场强度为H，电场强度为E，电流密度为J，建立接地导体的麦克斯韦方程组：
[0016][0017][0018]式中，表示积分，x，y表示电磁场点的横、纵坐标，t表示时间，ρ表示接地导体的电阻率，B表示磁感应强度，μ0表示真空磁导率；设定JEBH为角频率为ω的正弦波，则将以上麦克斯韦方程组改写为：
[0019][0020][0021]引入矢量磁位列向量A，以上方程组等价为：
[0022][0023]将上式改写泛函形式，作为接地导体截面电磁场数学模型的表达式：
[0024][0025]式中，j表示虚数单位。
[0026]优选地，所述步骤S3的具体方法为：
[0027]根据接地导体的非线性磁化特性，设定接地导体的相对磁导率：
[0028][0029]式中，μ
r
表示接地导体的相对磁导率；
[0030]接地导体的铁磁特性曲线是接地导体的相对磁导率
‑
磁场强度的关系曲线，将铁磁特性曲线的数据代入接地导体截面电磁场数学模型的表达式，获得接地导体导通阻抗评估方程。
[0031]优选地，所述步骤S4中，对接地导体腐蚀截面的电镜扫描图进行有限元网格剖分，获得有限元网格图的具体方法为：
[0032]设定最小网格尺寸，采用三角形面网格对对接地导体腐蚀截面的电镜扫描图进行网格剖分，并对每个三角形网格单元及其顶点编号，获得有限元网格图。
[0033]优选地，所述步骤S5中，基于有限元网格图，对接地导体导通阻抗评估方程进行迭代求解，获得接地导体腐蚀截面的电流密度和电场强度的具体方法为：
[0034]S5.1：基于有限元网格图，对接地导体导通阻抗评估方程建立有限元方程；
[0035]S5.2：设置迭代次数q，并初始化参数，令q＝0，
[0036]S5.3：计算q轮次矢量磁位列向量A
(q)
和q轮次磁感应强度B
(q)
；
[0037]S5.4：根据q轮次磁感应强度B
(q)
计算(q+1)轮次的磁场强度H
(q+1)
和(q+1)轮次的磁化强度M
(q+1)
；
[0038]S5.5：在接地导体的铁磁特性曲线上求得(q+1)轮次的磁场强度H
(q+1)
对应的(q+1)轮次相对磁导率并根据麦克斯韦方程组计算出(q+1)轮次的电场强度为E
(q+1)
；
[0039]S5.6：将磁感应强度B
(q)
、磁场强度H
(q+1)
、磁化强度M
(q+1)
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法，其特征在于，包括：S1：获取接地导体的物理参数及其腐蚀截面的电镜扫描图；S2：根据接地导体的物理参数建立接地导体截面电磁场数学模型；S3：获取接地导体的铁磁特性曲线，结合所述铁磁特性曲线的数据与接地导体截面电磁场数学模型，建立接地导体导通阻抗评估方程；S4：对接地导体腐蚀截面的电镜扫描图进行有限元网格剖分，获得有限元网格图；S5：基于有限元网格图，对接地导体导通阻抗评估方程进行迭代求解，获得接地导体腐蚀截面的电流密度和电场强度；S6：根据接地导体腐蚀截面的电流密度和电场强计算接地导体单位长度导通阻抗，完成对接地导体导通阻抗评估。2.根据权利要求1所述的考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法，其特征在于，所述接地导体的物理参数包括电阻率、周长和腐蚀截面面积。3.根据权利要求2所述的考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，建立接地导体截面电磁场数学模型的具体方法为：设定接地导体截面内的磁场强度为H，电场强度为E，电流密度为J，建立接地导体的麦克斯韦方程组：克斯韦方程组：式中，表示积分，x,y表示电磁场点的横、纵坐标，t表示时间，ρ表示接地导体的电阻率，B表示磁感应强度，μ0表示真空磁导率；设定JEBH为角频率为ω的正弦波，则将以上麦克斯韦方程组改写为：斯韦方程组改写为：引入矢量磁位列向量A，以上方程组等价为：将上式改写泛函形式，作为接地导体截面电磁场数学模型的表达式：式中，j表示虚数单位。4.根据权利要求3所述的考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法，其特征在于，所
述步骤S3的具体方法为：根据接地导体的非线性磁化特性，设定接地导体的相对磁导率：式中，μ
r
表示接地导体的相对磁导率；接地导体的铁磁特性曲线是接地导体的相对磁导率
‑
磁场强度的关系曲线，将铁磁特性曲线的数据代入接地导体截面电磁场数学模型的表达式，获得接地导体导通阻抗评估方程。5.根据权利要求1所述的考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法，其特征在于，所述步骤S5中，基于有限元网格图，对接地导体导通阻抗评估方程进行迭代求解，获得接地导体腐蚀截面的电流密度和电场强度的具体方法为：S5.1：基于有限元网格图，对接地导体导通阻抗评估方程建立有限元方程；S5.2：设置迭代次数q，并初始化参数，令q＝0，S5.3：计算q轮次矢量磁位列向量A
(q)
和q轮次磁感应强度B
(q)
；S5.4：根据q轮次磁感应强度B
(q)
计算(q+1)轮次的磁场强度H
(q+1)
和(q+1)轮次的磁化强度M
(q+1)
；S5.5：在接地导体的铁磁特性曲线上求得(q+1)轮次的磁场强度H
(q+1)
对应的(q+1)轮次相对磁导率并根据麦克斯韦方程组计算出(q+1)轮次的电场强度为E
(q+1)
；S5.6：将磁感应强度B
(q)
、磁场强度H
(q+1)
、磁化强度M
(q+1)
和电场强度E
(q+1)
代入有限元方程中，计算(q+1)轮次的矢量磁位列向量A
(q+1)
；S5.7：计算矢量磁位列向量A
(q+1)
和A
(q)
的差值，判断差值是否小于预设的迭代误差，若否，则进行步骤S5.8；否则，则进行步骤S5.9；S5.8：令迭代次数q＝q+1，重复步骤S5.3
‑
S5.7；S5.9：将(q+1)轮次的电场强度E
(q+1)
代入麦克斯韦方程组计算电流密度J，将电场强度E
(q+1)
作为接地导体腐蚀截面的电场强度E，与电流密度J共同输出。6.根据权利要求5所述的考虑截面腐蚀形态的接地导体阻抗评估方法，其特征在于，所述步骤S5.1中，基于有限元网格图，对接地导体导通阻抗评估方程建立的有限元方程具体为：KA+jTA＝P其中，K，T分别表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉旺威，林艺，李国城，李光茂，郑服利，乔胜亚，钟少泉，何昊，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：