接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布置方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)變電站的接地網(wǎng)對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和工作人員的人身安全起著非常重要的作用。但由于接地網(wǎng)長年被埋設(shè)在地下，受到復(fù)雜的土壤介質(zhì)及不同氣候的影響，常發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，并因施工時(shí)焊接不良等諸多因素，導(dǎo)致接地網(wǎng)碳鋼材料截面減小甚至斷裂，電氣性能惡化，從而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行并危及人身安全。目前，在我國因接地網(wǎng)腐蝕或發(fā)生斷裂而引起的電力系統(tǒng)的事故常有發(fā)生。因此，對接地網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行定期檢查，了解接地網(wǎng)的腐蝕情況和電氣性能，及早發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，對接地網(wǎng)的維護(hù)十分重要。我國埋設(shè)于土壤中的接地網(wǎng)接地導(dǎo)體材料多為碳鋼，存在腐蝕速率快、可靠性差等問題，長期運(yùn)行容易發(fā)生安全事故，需要及時(shí)檢測缺陷并采取修復(fù)措施。
[0003]目前國內(nèi)外對接地網(wǎng)的檢測主要是通過物理方法，測量接地電阻、跨步電壓等參數(shù)，判斷腐蝕和發(fā)生斷裂的位置。但接地網(wǎng)埋于土壤中，具有很強(qiáng)的隱蔽性，而這些方法都無法了解接地網(wǎng)的具體腐蝕情況和位置，須等到發(fā)現(xiàn)接地電阻不合格或事故發(fā)生后，再進(jìn)行大面積開挖來檢查接地網(wǎng)的腐蝕和斷裂情況，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力效果差，影響發(fā)變電站的正常運(yùn)行，還影響環(huán)境綠化，造成的經(jīng)濟(jì)損失甚至超出最初鋪設(shè)接地網(wǎng)的費(fèi)用。因此對接地網(wǎng)的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，顯得尤為重要。
[0004]對接地網(wǎng)腐蝕狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測就需要布置傳感器網(wǎng)絡(luò)，由于土壤性質(zhì)的不均勻性以及各接地電極上流散電流的強(qiáng)度不同，因此，不同位置的接地電極在土壤中被腐蝕的程度亦不同。從理論上來講，應(yīng)采用盡可能多的傳感器才能真實(shí)地、全面地模擬整個(gè)接地網(wǎng)的腐蝕過程。但從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的角度來考慮，埋入土壤中的傳感器數(shù)量不可過多。因此，如何確定出傳感器的數(shù)量與分布，即如何選擇傳感器在土壤中的埋設(shè)位置，對于從有限檢測點(diǎn)來準(zhǔn)確檢測整個(gè)接地網(wǎng)的腐蝕狀態(tài)就顯得十分重要。目前大多采用均勻布置傳感器的方法，這樣就會造成大量傳感器浪費(fèi)，而一些關(guān)鍵點(diǎn)位又沒有得到采樣，耗費(fèi)的成本高，監(jiān)測效果欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布置方法，其方法步驟簡單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便，降低了成本，對接地網(wǎng)中關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行了充分采樣，監(jiān)測效果好，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，具有廣泛的應(yīng)用前景和市場價(jià)值。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布置方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、待監(jiān)測接地網(wǎng)模型的建立:在計(jì)算機(jī)的有限元分析軟件環(huán)境下，繪制出土壤和埋設(shè)在土壤中的接地網(wǎng)，并設(shè)置土壤參數(shù)和接地網(wǎng)參數(shù)，建立起待監(jiān)測接地網(wǎng)模型；其中，土壤參數(shù)包括土壤面積和土壤電導(dǎo)率，所述接地網(wǎng)參數(shù)包括接地網(wǎng)材料、接地網(wǎng)面積、接地網(wǎng)埋深、接地網(wǎng)電導(dǎo)率、可及節(jié)點(diǎn)、可及節(jié)點(diǎn)電導(dǎo)率和可及節(jié)點(diǎn)激勵電壓；
[0008]步驟二、待監(jiān)測接地網(wǎng)模型邊界條件的定義與設(shè)置:將接地網(wǎng)區(qū)域記為Ω，定義接地網(wǎng)區(qū)域Ω的邊界為「且「= 1^+1^+1^，其中，「工為虛設(shè)球冠邊界且設(shè)置Γ i上施加的激勵電壓為0V，Γ2為土壤表面邊界且設(shè)置「2上施加的激勵電壓為0V，Γ3為接地網(wǎng)表面邊界；
[0009]步驟三、對待監(jiān)測接地網(wǎng)模型中的接地網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)格剖分；
[0010]步驟四、設(shè)置求解器和最大收斂步數(shù)，求解待監(jiān)測接地網(wǎng)模型；
[0011]步驟五、接地網(wǎng)表面電位分布數(shù)據(jù)的獲取:查看接地網(wǎng)表面電位分布圖，導(dǎo)出接地網(wǎng)表面電位分布圖中接地網(wǎng)表面各個(gè)點(diǎn)的X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)和Z軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即導(dǎo)出了接地網(wǎng)表面電位分布數(shù)據(jù)，并將接地網(wǎng)表面電位分布數(shù)據(jù)存儲在計(jì)算機(jī)中；其中，接地網(wǎng)表面電位分布圖中的X軸為接地網(wǎng)長度，接地網(wǎng)表面電位分布圖中的Y軸為接地網(wǎng)寬度，接地網(wǎng)表面電位分布圖中的Z軸為接地網(wǎng)表面電位；
[0012]步驟六、接地網(wǎng)表面電位分布曲線圖的繪制:在計(jì)算機(jī)的MATLAB軟件環(huán)境下，以接地網(wǎng)在水平面上的X方向?yàn)閄軸，接地網(wǎng)在水平面上的Y方向?yàn)閅軸，接地網(wǎng)表面電位為Z軸，建立三維直角坐標(biāo)系，并將步驟五中的接地網(wǎng)表面電位分布數(shù)據(jù)繪制到三維直角坐標(biāo)系中，繪制出接地網(wǎng)表面電位分布曲線圖；
[0013]步驟七、接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)布置區(qū)域的確定:在步驟六中繪制的接地網(wǎng)表面電位分布曲線圖中，找出接地網(wǎng)表面電位分布密度最大的區(qū)域和密度最小的區(qū)域，并將接地網(wǎng)表面電位分布密度最大的區(qū)域和密度最小的區(qū)域確定為接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)布置區(qū)域；
[0014]步驟八、接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)的布設(shè):參照步驟七中找出的接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)布置區(qū)域，在土壤中埋設(shè)接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器，且使傳感器的埋設(shè)深度與接地網(wǎng)的埋設(shè)深度相同，形成接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0015]上述的接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布置方法，其特征在于:步驟一中的有限元分析軟件為ANSOFT MAXWELL軟件。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、本發(fā)明的方法步驟簡單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便。
[0018]2、本發(fā)明采用了有限元計(jì)算的方法，確定接地網(wǎng)表面電位分布密度最大的區(qū)域和密度最小的區(qū)域，使傳感器的安放位置保證這些區(qū)域接地電極的腐蝕情況都能得以反映，即在接地網(wǎng)表面電位分布密度最大的區(qū)域和密度最小的區(qū)域均布置有傳感器，既減少了傳感器數(shù)量，降低了成本，又對接地網(wǎng)中關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行了充分采樣。
[0019]3、采用本發(fā)明進(jìn)行接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)布置，監(jiān)測效果好。
[0020]4、本發(fā)明的實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，具有廣泛的應(yīng)用前景和市場價(jià)值。
[0021 ]綜上所述，本發(fā)明方法步驟簡單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便，降低了成本，對接地網(wǎng)中關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行了充分采樣，監(jiān)測效果好，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，具有廣泛的應(yīng)用前景和市場價(jià)值。
[0022]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的方法流程框圖。
[0024]圖2為待監(jiān)測接地網(wǎng)模型及其邊界條件定義圖。
[0025]圖3為進(jìn)行網(wǎng)格剖分后的接地網(wǎng)表面示意圖。
[0026]圖4為接地網(wǎng)表面電位分布圖。
[0027]圖5為接地網(wǎng)表面電位分布曲線圖。
[0028]圖6為接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)布設(shè)示意圖。
[0029]附圖標(biāo)記說明:
[0030]I 一土壤;2—接地網(wǎng)；3—傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0031]如圖1所示，本發(fā)明的接地網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測用傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布置方法，包括以下步驟:
[0032]步驟一、待監(jiān)測接地網(wǎng)模型的建立:在計(jì)算機(jī)的有限元分析軟件環(huán)境下，繪制出土壤I和埋設(shè)在土壤I中的接地網(wǎng)2，并設(shè)置土壤參數(shù)和接地網(wǎng)參數(shù)，建立起待監(jiān)測接地網(wǎng)模型；其中，土壤參數(shù)包括土壤面積和土壤電導(dǎo)率，所述接地網(wǎng)參數(shù)包括接地網(wǎng)材料、接地網(wǎng)面積、接地網(wǎng)埋深、接地網(wǎng)電導(dǎo)率、可及節(jié)點(diǎn)、可及節(jié)點(diǎn)電導(dǎo)率和可及節(jié)點(diǎn)激勵電壓；
[0033]本實(shí)施例中，建立的待監(jiān)測接地網(wǎng)模型如圖2所示，其中，土壤面積為400mX400m，土壤電導(dǎo)率為2.3 X ΙθΛ/m;接地網(wǎng)材料為寬度為60mm、厚度為8mm的鍍鋅鋼，接地網(wǎng)面積為I OOm X I OOm，接地網(wǎng)埋深為0.6m，接地網(wǎng)電導(dǎo)率為1.0 X I O—7s/m，可及節(jié)點(diǎn)為鎂材料，可及節(jié)點(diǎn)電導(dǎo)率為22.6\1068/111，可及節(jié)點(diǎn)激勵電壓為10(^;
[0034]本實(shí)施例中，步驟一中的有限元分析軟件為ANSOFT MAXWELL軟件。<