接地网磁场拓扑结构重构研究蒋卫

蒋卫彭彦军张晓辉王若涵

摘要：接地网是变电站安全运行的重要保证，针对接地网磁场拓扑结构展开深入、全面的分析与研究不但对于变电站的人员和设备安全具有重要意义，而且可以进一步提升变电站的运行效率。现有研究中常采用磁场逆问题方法对变电站接地网的拓扑结构和腐蚀断裂等问题进行诊断，但是该方法的求解过程通常比较复杂，本文在对拓扑结构进行研究分析的过程之中，通过注入电流后的接地网上方磁场测量数据进行滤波和数值微分处理,可以直接绘制接地网的拓扑结构。

关键词：磁场；拓扑结构；研究

1.磁场微分法导体定位算法研究

磁场微分法的原理是在接地网中注入一定频率的正弦电流时，将会在地表产生磁场分布，对磁场分布进行对距离的微分运算，其磁场微分结果图像的峰值特性能够定位相应的导体支路。以载流单导体进行磁场微分法的理论说明。

从微分图像结果看出函数、的主峰峰值位置与载流导体的位置相同，并都在，并且主峰更加突出和“尖”，因此计算磁感应强度的二阶导数或四阶导数的主峰峰值位置可以确定测量区域内接地网支路所在位置，进而绘制接地网拓扑结构。

2.接地网磁场拓扑结构重构方法

为验证磁场微分法在变电站接地网拓扑结构检测中的可行性，设计了如图2.1所示的接地网结构作为算例，计算其注入电流后的磁场分布，利用微分法完成其拓扑结构的重建。

图2.1接地网拓扑重建仿真模型

在上图的接地网模型中，接地网导体横截面尺寸为0.5×0.02m，接地网规模为20×20m，网格间距等于5m，在单层土壤中埋藏深度h=0.8m，令I=10A的直流电流从引下线导体A注入，并通过导体B流出。取引下线A的位置为坐标原点，取地表面为坐标轴的x-y面。

根据变电站的布局可以判断接地网支路走向，对应到该模型即为可以初步判断x轴和y轴上存在接地网支路。利用上述两组磁场数据，初步得到接地网拓扑结构为图2.2所示的4×4的网格。

图2.2初步判断接地网拓扑

沿着图2.2中接地网格的其他支路继续开展磁场测量，可以进一步完善与验证接地网各支路的分布情况。通过平行于x轴的测量线进行测量，将垂直于x轴的所有支路都进行了准确的检测，同理沿着平行于y轴的测量线进行接地网支路检测，可以得到完整的接地网拓扑结构如图2.3所示，这与仿真模型中设定的接地网拓扑结构一致，验证了磁场微分法进行拓扑结构检测的准确性。

图2.3地网模型结构示意图

为了进一步验证磁场微分法对接地网深度的探测，测量一条支路上方的磁场，并进行3阶微分运算，最终计算得出导体埋深为0.789m，与仿真设置基本一致。

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