一種基于頻率域電磁法的接地網(wǎng)故障自動診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 發(fā)明涉及電力系統(tǒng)接地網(wǎng)無損探測技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種頻率域電磁 法的接地網(wǎng)故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變電站接地網(wǎng)對電力系統(tǒng)的安全可靠運行和變電站工作人員的人身安全起著重 要作用，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，變電站接地網(wǎng)的設(shè)計也越來越復(fù)雜，接地不良引起 的故障時有發(fā)生，快速診斷并排除接地網(wǎng)故障，使電力系統(tǒng)在最短時間內(nèi)恢復(fù)正常運行成 為電力系統(tǒng)研究的一個重要課題。我國由于資源、經(jīng)濟等原因，接地網(wǎng)所用的材質(zhì)主要為普 通碳鋼，接地網(wǎng)腐蝕通常呈現(xiàn)局部腐蝕形態(tài)，發(fā)生腐蝕后接地網(wǎng)碳鋼材料變脆、起層、松散、 減薄，甚至發(fā)生斷裂，所以電力接地網(wǎng)腐蝕嚴重是目前我國電力接地網(wǎng)最為突出的問題。
[0003] 綜上所述，在不斷電和不對接地網(wǎng)開挖的情況下，對接地網(wǎng)導(dǎo)體的實際腐蝕或斷 裂情況進行檢測和故障診斷研究，從而掌握接地網(wǎng)的運行狀況，并對接地網(wǎng)的安全狀態(tài)加 以評估，及早發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的防護措施，防患于未然，對保護電力系統(tǒng)工作人員人身 和財產(chǎn)安全、保障電力系統(tǒng)安全運行具有重要的指導(dǎo)意義、社會價值和經(jīng)濟價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于頻率域電磁法的接地網(wǎng)故障自動診斷 方法，基于電磁異常環(huán)原理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠在不影響接地網(wǎng)正常運行的情況下，為接地網(wǎng) 作出正確、安全的評估。
[0005] 本發(fā)明提出一種基于頻率域電磁法的接地網(wǎng)故障自動診斷方法，基于的頻率域電 磁法裝置，包括發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)。發(fā)射系統(tǒng)主要包括電源、發(fā)射機、發(fā)射線圈。接收系 統(tǒng)包括接收機、接收線圈，其特征在于，該方法包括如下步驟：
[0006] (1)將欲診斷接地網(wǎng)組成田字形的四個接地網(wǎng)網(wǎng)格劃為一個檢測單元，檢測單元 內(nèi)四個網(wǎng)格中點相連接所構(gòu)成的正方形為有效檢測面積；
[0007] (2)在檢測單元有效檢測面積上方設(shè)置四條平行于接地網(wǎng)網(wǎng)格邊界的試驗測線， 要求測線關(guān)于檢測單元中線呈對稱分布，每條測線上等間距設(shè)置10個測點；
[0008] (3)獲取所述測點坐標信息，將所述頻率域電磁法探測裝置的中心點與所述試驗 測點坐標重合，沿著所述試驗測線逐點進行測量，得到測量數(shù)據(jù)；
[0009] (4)將測量數(shù)據(jù)輸入依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的接地網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)中，得到故障點位 置診斷結(jié)果；
[0010] 其中步驟4中需要構(gòu)建接地網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)，將一個檢測單元內(nèi)每個接地網(wǎng)網(wǎng)格 視為異常環(huán)，按照步驟1-3的測量方法構(gòu)建接地網(wǎng)的等效模型，通過仿真計算得到檢測單 元無故障和出現(xiàn)故障時測點的感應(yīng)電壓值，利用計算得到的感應(yīng)電壓值構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入 的訓(xùn)練樣本集數(shù)據(jù)，進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，故障點位置為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出構(gòu)建接地網(wǎng)故障診 斷系統(tǒng)。當進行接地網(wǎng)故障診斷時，將測量步驟3獲得的測量數(shù)據(jù)送入訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 自動診斷系統(tǒng)進行定位，得到故障診斷結(jié)果。
[0011] 進一步地，構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括一個輸入層、一個隱含 層和一個輸出層，其中，輸入層神經(jīng)元的數(shù)量等于步驟3獲得的測量數(shù)據(jù)的數(shù)量，輸出層神 經(jīng)元的數(shù)量為故障點坐標數(shù)，其中隱含層神經(jīng)元的數(shù)量依據(jù)訓(xùn)練過程中輸入信息量的大小 和復(fù)雜度作相應(yīng)的改變，通過樣本集訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出與期望輸出的誤差平方 和達到最小，通過反復(fù)迭代使相對誤差函數(shù)在斜率下降的方向上計算網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和偏差的變 化而逐漸達到目標，每一次權(quán)值和偏差的變化都與網(wǎng)絡(luò)誤差的響應(yīng)成正比，并以發(fā)射傳播 的方式傳遞到每一層，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的每一層都需要用到激活函數(shù)，激活函數(shù)選擇logsig函 數(shù)：
[0013]f(x)為激活函數(shù)，X為輸入變量；
[0014] 輸入層到隱含層單元J表示如下：
[0016] 其中X]是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量，ωu是連接輸入層和隱含層的權(quán)值，b,是隱含層 單元J的閾值；
[0017] 隱含層單元J到輸出層a,則表示為：
[0019] 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法采用梯度下降法來計算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，權(quán)值更新規(guī)則如下：
[0021] 其中，Wl]是連接權(quán)值，t是訓(xùn)練次數(shù)，ε是學習因子，α是動量因子；
[0022] 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學習誤差Ε為：
[0024] 其中，Q是訓(xùn)練樣本總數(shù)，Ν是輸出個數(shù)，dp]是期望輸出值，ap]是實際輸出值；
[0025] 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過不斷地循環(huán)迭代直到誤差函數(shù)E足夠小，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束。進一步地， 本發(fā)明把接地網(wǎng)網(wǎng)格作為地下水平放置的異常環(huán)，依據(jù)電磁異常環(huán)原理，當發(fā)射電流為諧 變電流Ιτ=I#11^時，接收線圈接收到的異常環(huán)的二次感應(yīng)電壓值為：
[0027] 其中I。為發(fā)射電流幅值，ω是角頻率，1是導(dǎo)體的長度，Ζ。是由導(dǎo)體自身材料決定 的單位長度內(nèi)自阻抗，是導(dǎo)體段的外電感，ΜρΜ%分別為發(fā)射線圈、接收線圈與異常環(huán) 的互感，根據(jù)聶以曼公式（7)求得，
[0028]
[0029] 其中μ。為土壤的磁導(dǎo)率，一般設(shè)為4πX10 7H/m，dsJPds2為線圈矢量元素，R為dsJPds2之間距離。
[0030] 因而可見，接收線圈獲得的感應(yīng)電壓值由兩個因素決定：
[0031] 一是發(fā)射線圈和接受線圈與接地網(wǎng)的相對位置，即測點位置的不同；
[0032] 二是接地網(wǎng)有無斷點，如接地網(wǎng)無斷點，則接地網(wǎng)格內(nèi)都存在渦旋感應(yīng)電流，都會 使接收線圈獲得感應(yīng)電壓；如接地網(wǎng)存在斷點，使某接地網(wǎng)格內(nèi)沒有渦旋感應(yīng)電流，則導(dǎo)致 接收線圈在其上方測點時獲得的感應(yīng)電壓比在無斷點接地網(wǎng)格上方測點時獲得的感應(yīng)電 壓小。
[0033] 進一步地，所述發(fā)射機向發(fā)射線圈提供諧變電流。
[0034] 進一步地，所述的發(fā)射線圈和接收線圈采用水平共面裝置。
[0035] 進一步地，由于接地網(wǎng)導(dǎo)體埋深在距地表5m內(nèi)的淺層區(qū)，所述的方法采用高頻電 磁法，使用頻率范圍在l〇〇k到100M。
[0036] 進一步地，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集采用公式（6)進行計算，按照欲診斷田字格16 等分，在每個網(wǎng)格邊界設(shè)立故障點，每個故障點按照測量測線和測量步驟進行仿真計算，獲 得的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本集，對網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，直至訓(xùn)練結(jié)束。
[0037] 本發(fā)明有益效果在于：本發(fā)明檢測時不需要對接地網(wǎng)進行挖掘，不受現(xiàn)場運行條 件的限制，可以保證接地網(wǎng)的正常運行，避免了人力和財力的浪費。同時，本發(fā)明直接對電 磁法裝置測量到得電壓通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行接地網(wǎng)斷點自動判斷，使檢測過程簡單，易 操作。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明實施例中接地網(wǎng)斷點診斷方法的流程圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明實施例中水平共面線圈裝置示意圖；
[0040] 圖3為檢測單兀內(nèi)有效檢測面積不意圖；
[0041] 圖4為本發(fā)明實施例中測線布置以及不同位置存在斷點的示意圖；
[0042] 圖5為本發(fā)明實施例中頻率域電磁探測裝置與測線相對位置示意圖；
[0043] 圖6為本發(fā)明實施例中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)；
[0044] 圖7為本發(fā)明實施例中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算式。
【具體實施方式】
[0045] 為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實施例作進一步詳細說明。 應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0046] 參閱圖1為本發(fā)明實施例公開的一種基于頻率域電磁法的接地網(wǎng)故障診斷方法 的流程圖。本發(fā)明基于頻率域電磁探測裝置，該裝置包括發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)。發(fā)射系統(tǒng) 主要包括電源、發(fā)射機、發(fā)射線圈。接收系統(tǒng)包括接收機、接收線圈。其中發(fā)射線圈與發(fā)射 機相連，電源向發(fā)射機供電，接收線圈與接收機相連。本發(fā)明采用的發(fā)射線圈和接收線圈裝 置為水平共面裝置，如圖2所示。
[0047] 基于上述頻率域電磁探測裝置，所述方法的具體步驟包括：
[0048] 步驟S1、將欲診斷接地網(wǎng)組成田字形的四個接地網(wǎng)網(wǎng)格劃為一個檢測單元，檢測 單元內(nèi)四個網(wǎng)格中點相連接所構(gòu)成的正方形為有效檢測面積，如圖3所示，檢測單元包括 四個接地網(wǎng)網(wǎng)格A、B、C、D，每個網(wǎng)格的邊長為L，將四個網(wǎng)格的中心點相連接所構(gòu)成的正方 形（如圖3中虛線所圍正方形）范圍即為有效檢測面積。
[0049] 步驟S2、在檢測單元有效檢測面積上方設(shè)置四條平行于接地網(wǎng)網(wǎng)格邊界的試驗測 線，要求測線關(guān)于檢測單元中線呈對稱分布，每條側(cè)線上等間距設(shè)置10個測點，如圖4所 不。
[0050] 步驟S3、獲取所述測點坐標信息，如圖5所示，將所述頻率域電磁法探測裝置的中 心點與所述試驗測