基于高频电磁脉冲的变电站接地网腐蚀检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统故障检测技术领域，尤其是设及一种基于高频电磁脉冲的变 电站接地网腐蚀检测系统及方法。
【背景技术】
[0002] 接地网是变电站的重要组成部分，它为变电站内各类设备提供一个公共电位参考 点，在电力系统发生短路故障或遭受雷击时提供电流泄放通道，并降低变电站的电位升，其 工作的可靠性对电力系统的安全稳定运行影响重大。
[0003] 变电站接地网长期深埋于0. 8m的地下，受到±壤的电化学作用而常常发生腐蚀， 在酸碱性较强的±壤中接地网遭受的腐蚀作用更为严重。接地网的腐蚀是一个渐变的过 程，被腐蚀至一定程度则产生故障，更严重时发生断裂。我国现有接地网多采用锻锋扁钢 材料，且大部分变电站接地网已运行5-10年，在不同程度上存在着腐蚀变细甚至断裂等缺 陷。同时，在接地网的焊接施工过程中，也可能存在着连接点虚焊、漏焊的问题，在±壤的腐 蚀作用下导致多根导体的连接点断开。W上各类缺陷均会造成接地网接地性能的降低，危 害设备与人身安全，甚至会引起严重事故的发生。如何准确有效地发现变电站接地网中存 在的故障，进而有针对性地采取防护措施已成为电力行业现有接地网运维工作中最为突出 的问题。
[0004] 当前在工程应用中，往往通过大面积挖开接地网对接地网的腐蚀状态进行检测， 该种方法较为盲目，既费时费力，又会因长时间停电检修而带来一定的经济损失。根据变电 站接地网的散流特性，一些新的接地网故障检测方法也陆续出现，可W分为电网络分析法、 电磁场分析法两大类。电网络分析法主要根据接地网拓扑结构与支路电阻数据建立故障诊 断方程，结合相应优化算法求解该方程获取导体支路电阻变化情况，实现对故障诊断。但在 实际应用中接地网并不是所有节点都有上引导体，因此难W获取每条支路电阻的精确值， 从而限制了该方法的应用。电磁场分析法则通过接地引上线，向接地网注入激励电流，测量 该电流激发的接地网地表的磁场感应强度，根据其分布特征对接地网存在的腐蚀故障进行 诊断。但该方法受到变电站现场复杂电磁环境干扰，且仅能确定故障支路，难W对具体故障 位置进行准确判断，对被腐蚀但尚未断裂的导体也难W做出精确诊断。
[0005] 此外，超声导波技术等无损检测技术也在接地网的腐蚀诊断中得到了一定的应 用。超声导波技术利用电磁超声换能器放置于接地网导体上，向接地网导体发射Lamb波、 SH波等多种形式的超声波，通过接收回波分析其旅行用时、波幅等参数来确定接地网导体 的故障位置与类型。但应用该方法进行检测时，需挖掘出部分导体W放置超声换能器，且检 测结果会大大受到换能器布置方式的影响，限制了其在工程中的应用。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于高频电磁 脉冲的变电站接地网腐蚀检测系统及方法，通过向接地网导体发射高频电磁脉冲，接收处 理接地网导体的反射电磁波，实现对变电站接地网腐蚀故障的高效、准确的判断。
[0007] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：
[000引一种基于高频电磁脉冲的变电站接地网腐蚀检测系统，其特征在于，包括：
[0009] -电源模块，用于整个检测系统供电；
[0010] 一信号发射模块，其与接地网连接，用于产生并向接地网发射高频电磁脉冲信 号；
[0011] 一信号接收模块，其与接地网连接，用于接收接地网导体反射回来的高频电磁脉 冲信号，对该信号进行滤波、放大；
[0012] 一控制单元模块，其分别与信号发射模块、信号接收模块连接，用于控制发射、接 收高频电磁脉冲信号，接收信号接收模块传输的数据与信号；
[0013] 一信号分析显示终端，其与控制单元模块连接，接收控制单元模块传输的数据与 信号；
[0014] 一探测小车，用于承载所述的探测系统。
[0015] 所述的电源模块为蓄电池。
[0016] 所述的信号发射模块包括：
[0017] 一发射机电路，其产生IMHz~IGHz的高频电磁脉冲信号；
[0018] 一发射天线，其分别与接地网和接收发射机电路连接，用于接收发射机电路产生 的高频电磁脉冲信号并将其发射至接地网地下导体。
[0019] 所述的信号接收模块包括：
[0020] -接收天线，其与接地网连接，用于接收接地网地下导体反射回的高频电磁脉冲 信号；
[0021] 一接收机电路，其与接收天线连接，用于获取接收天线传输的高频电磁脉冲信号， 并对该信号进行滤波、放大处理。
[0022] 所述的控制单元模块包括：
[0023] -微处理器巧片，其分别与信号发射模块、信号接收模块相连，用于控制信号的发 射与接收，并暂存信号接收模块传输的高频电磁脉冲信号；
[0024] 一通信巧片，其与微处理器巧片连接，接收微处理器传输的高频电磁脉冲信号。
[0025] 所述的控制单元模块与所述的信号分析显示终端之间通过W太网连接。
[0026] 一种基于高频电磁脉冲的变电站接地网腐蚀检测方法，其特征在于，包括W下步 骤：
[0027] (1)将探测小车置于待测接地网导体上方；
[002引 似信号发射模块产生IMHz~IGHz的高频电磁脉冲信号向地下导体发射信号； 信号接收模块接收到地下导体反射的高频电磁脉冲信号，对其进行滤波与放大后，再将该 些信号传输至信号分析显示终端；信号分析显示终端分析并获取波形特征参数；
[0029] (3)信号分析显示终端通过基于BP神经网络的接地网导体宽度预测模型对地下 接地导体的实际形状大小进行预测；
[0030] (4)信号分析显示终端在预测得到期望输出量r后，计算r与根据导体规格获 取的导体实际宽度W的相对误差D，若相对误差大于等于10 %，则判断被探测段导体出现腐 蚀故障；
[0031] (5)完成该段导体的测量后，推动探测小车，继续重复上述过程测量所有的接地网 导体，并评估其状态，诊断是否有故障存在。
[0032] 也就是说，本技术方案是将实测所得信号的波形参数作为输入向量输入到接地网 导体宽度预测模型，然后会得到相应的输出向量，该输出即为被测导体宽度的期望输出量 (其为预测值，即W')，然后将根据图纸所得导体宽度（其为标准值，即W)与上述期望输出 量进行比较，根据二者的相对误差即可判断出导体是否被腐蚀出现故障。
[0033] 所述的波形特征参数包括脉冲宽度T，、脉冲幅度Um。,、能量E、斜率K。
[0034] 所述的基于BP神经网络的接地网导体宽度预测模型的建模过程如下：
[00巧]3a.W信号分析显示终端计算得到的波形特征参数作为输入参数，从测量信号 中任意选取一段数据作为训练样本向量，所述的波形特征参数为；信号脉冲宽度T，，其 中，Ti-T。，T。与Ti分别为脉冲波形的起始与终止时间；脉冲幅度Um";能量E，其中，
，&为信号每个采样点所对应的信号值；斜率K，其中，K=Umax/化-T)，Tm为波 峰出现的时间；
[0036] 3b.将训练样本向量中的上述输入参数构成网络输