[发明专利]一种基于磁场逆问题求解的变电站接地网腐蚀诊断方法

权利要求书

1.一种基于磁场逆问题求解的变电站接地网腐蚀诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、使用数值计算方法计算正常工况下变电站接地网的理论地表面磁感应强度；

步骤2、应用交流信号发生器通过一可及节点向变电站接地网注入交流激励电流，由探测线圈沿接地网上方感应地表面磁场，并由数据采集器采集探测线圈的感应电压信号，选取测点时，根据变电站现场情况，任意分散地选取n个便于探测的地表点为测点，其中，n为接地网导体数；

步骤3、根据采集到的感应电压信号计算n个测点处的磁感应强度；

步骤4、根据n个测点处的磁感应强度，采用Tikhonov正则化算法计算接地网n段导体的轴向电流；

步骤5、分别计算每段导体的轴向电流在接地网各地表点形成的磁感应强度，再将所有导体的计算结果进行叠加，从而得到接地网的地表面磁感应强度的实际计算结果；

步骤6、将实际的接地网地表面磁感应强度与正常工况下理论计算所得的地表面磁感应强度进行比较，对同一接地导体，分别绘制正常工况与实际工况下的地表面磁感应强度曲线，并计算曲线偏差度；若某接地导体的磁感应强度曲线偏差度大于20％，则判断该接地导体存在腐蚀故障，从而完成对变电站接地网的腐蚀诊断。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁场逆问题求解的变电站接地网腐蚀诊断方法，其特征在于，所述的步骤1)通过数值计算方法计算变电站接地网的地表面磁感应强度，具体是：

1a)将节点数目为m的接地网分为n段导体，计算这n段导体之间的互阻抗矩阵R，其中，矩阵元素R_ij表示i段导体和j段导体之间的互阻抗，其计算公式为：

Ri,j=14π(σE+jωϵE)·1lilj[∫li∫lj1Di,jdlidlj+σE+jωϵ0(ϵr-1)σE+jωϵ0(ϵr+1)∫li′∫lj1Di′,jdli′dlj]]]>

i＝1,…,n；j＝1,…,n

式中，σ_E为土壤电导率；ε₀为真空介电常数；ε_r为土壤相对介电常数；ε_E＝ε₀·ε_r为土壤介电常数；l_i与l_j分别为第i段及第j段导体长度；l_i'为第i段导体的镜像长度；D_i,j为将第i段与第j段导体之间的距离；D_i',j为将第i段导体镜像与第j段导体之间的距离；

1b)使用T型等效电路分别表示这n段导体，即1段导体对应1个T型等效电路，所述的T型等效电路由第i段导体的自电感L、自电阻Z₀、第i段和第j段导体之间的互感M、第i段导体的对地电容C和对地电导G组成，其中i＝1,…,n，j＝1,…,n；经T型电路等效后，所述接地网共有m+n个节点及2n段导体；

1c)计算接地网经T型等效电路等效后各段导体的关联矩阵A，其中，关联矩阵A的行对应于接地网经T型等效电路等效后的节点数目m+n，关联矩阵A的列对应于支路数目2n，关联矩阵A中的任意元素a_i,j的定义为：

1d)计算经T型等效电路等效后具有m+n个节点和2n条支路的接地网的阻抗矩阵Z，其计算公式为：

Zi,j=jωMi,j+Z0,i=1,...,2n;j=1,...,2nω=2πfMi,j=μ04π∫ki∫kj1hi,jdkidkjZ0i=jωμI0(γr0)2πr0γI1(γr0)·ki]]>

式中，M_i,j为接地网各支路经T型等效后的互感矩阵；k_i为经T型等效后第i段导体长度，其中i＝1,…,2n；h_i,j为第i段导体与第j段导体之间的距离；Z_0i为第i段导体的内阻抗；μ₀为土壤磁导率，并假设土壤和空气磁导率相同；μ＝μ₀μ_r为导体磁导率；μ_r为导体相对磁导率；ρ_c为导体电阻率；r₀为导体半径；I₀(γr₀)、I₁(γr₀)分别为零阶及一阶贝塞尔函数；

1e)根据关联矩阵A和阻抗矩阵Z计算节点导纳矩阵，为Y_n+m＝AZ^-1A^T；根据阻抗矩阵R计算导纳矩阵，为G＝R^-1；

1f)计算接地网导体n段导体的中点电位和节点电位通过求解接地网数学模型的基本方程得到，所述的接地网数学模型的基本方程为：

式中，G为n×n矩阵；为n个中点电位列向量；为m个节点列向量；Iin=[In+1in,In+2in,...,In+min]T]]>为m个节点注入电流列向量；

1g)计算接地网导体n段导体的轴向电流分布，通过方程求得；其中，R_ii为第i段导体自阻抗；为第i段导体上的轴向电流；和分别为第i段导体两端点的节点电位；

1h)根据求得的接地网导体的轴向电流分布使用叠加原理计算地面上的磁感应强度，地面上任一点P处的磁感应强度计算公式为：

BiP=μ04π∫Iil×rr3,i=1,2,...,n]]>

式中，B_iP为第i段导体轴向电流在点P形成的磁感应强度；μ₀为真空磁导率；r为第i段导体中点与点P之间的距离；

分别计算每段导体的轴向电流在接地网各地表点形成的磁感应强度，再将所有导体的计算结果进行叠加，从而得到接地网的地表面磁感应强度的理论计算结果。