技术领域
[0001] 本
申请涉及接地网腐蚀检测技术领域，特别是涉及一种接地网腐蚀速率检测系统。
背景技术
[0002] 接地网是变电站安全运行的重要保证，其接地性能一直受到设计和生产运行部
门的重视。在我国，因接地网腐蚀、发生断裂等
缺陷引起的电
力系统的事故时有发生，且每次事故都会造成巨大的经济损失。
[0003]
现有技术中，通常采用异频
电流注入法对接地网腐蚀、发生断裂等缺陷进行检测。然而，现有的异频电流注入法，虽然可以一定程度上反映接地网的腐蚀程度，但其使用的异频电流源设备体积和电流较大，且测量结果容易受到工频及谐波的影响从而导致测量结果不准确。此外，异频电流注入法无法测量接地网腐蚀速率。
发明内容
[0004] 基于此，有必要针对现有技术无法测量接地网腐蚀速率以及测量结果不准确的问题，提供一种接地网腐蚀速率检测系统。
[0005] 本申请提供一种接地网腐蚀速率检测系统，包括：
[0006] 接地网；
[0007] 扫频电源，与所述接地网电连接，用于为所述接地网提供扫频
电压信号；
[0008] 电流
传感器，
串联于所述扫频电源以及所述接地网之间的回路上，用于检测所述接地网的扫频电流信号；以及
[0009] 主控装置，与所述扫频电源和所述电流传感器分别电连接，用于接收所述扫频电压信号以及所述扫频电流信号，根据所述扫频电压信号和所述扫频电流信号计算所述接地网的扫频阻抗谱，根据所述扫频阻抗谱计算得到所述接地网的腐蚀程度和腐蚀
位置，根据所述接地网腐蚀程度和所述腐蚀程度对应的检测时间计算得到所述接地网的腐蚀速率。
[0010] 在其中一个
实施例中，所述接地网具有输入口和输出口，其中所述输入口和所述输出口为所述接地网中单元长度最小的网格的两端。
[0011] 在其中一个实施例中，所述接地网腐蚀速率检测系统还包括：
[0012]
电阻率测量装置，与所述主控装置电连接，用于测量所述接地网所在位置的
土壤电阻率，并将所述土壤电阻率发送至所述主控装置。
[0013] 在其中一个实施例中，所述主控装置包括：
[0014] 数据获取单元，与所述扫频电源和所述电流传感器分别电连接，用于接收所述扫频电压信号以及所述扫频电流信号；
[0015] 阻抗谱计算单元，与所述数据获取单元电连接，用于根据所述扫频电压信号和所述扫频电流信号计算所述接地网的所述扫频阻抗谱；
[0016] 接地网仿真单元，与所述电阻率测量装置电连接，用于根据所述接地网的结构和所述土壤电阻率对所述接地网进行阻抗谱仿真，以得到所述接地网的标准阻抗谱；以及[0017] 腐蚀速率计算单元，分别与所述阻抗谱计算单元和所述接地网仿真单元电连接，用于根据所述扫频阻抗谱和所述标准阻抗谱，计算所述接地网的腐蚀程度和腐蚀速率。
[0018] 在其中一个实施例中，所述扫频电源包括：
[0020] 功率放大电路，所述功率放大电路的输入端与所述信号发生电路的输出端电连接，用于对所述扫频信号进行放大处理；以及
[0021] 阻抗变换器，与所述功率放大电路的输出端以及所述输入口分别电连接，用于对所述功率放大电路的输出端和所述输入口之间的阻抗、电流和/或电压进行调整。
[0022] 在其中一个实施例中，所述扫频电源还包括：
[0023] 供电电源，与所述信号发生电路、所述功率放大电路以及所述阻抗变换器分别电连接，用于分别为所述信号发生电路、所述功率放大电路以及所述阻抗变换器供电。
[0024] 在其中一个实施例中，所述信号发生电路包括：
[0025] 信号发生支路，用于生成所述扫频信号；
[0026] 控制支路，所述控制支路的输出端与所述信号发生支路的输入端电连接，用于生成
控制信号，并发送所述控制信号至所述信号发生支路，以控制所述信号发生支路生成所述扫频信号；以及
[0027] 信号滤波支路，所述信号滤波支路的输入端与所述信号发生支路的输出端电连接，用于对所述信号发生支路生成的所述扫频信号进行滤波处理。
[0028] 在其中一个实施例中，所述功率放大电路包括：
[0029] 输入级支路，所述输入级支路的输入端与所述信号滤波支路的输出端电连接，用于获取所述扫频信号；
[0030] 推动级支路，所述推动级支路的输入端与所述输入级支路的输出端电连接，用于对所述扫频信号的电压进行放大处理；以及
[0031] 输出级支路，所述输出级支路的输入端与所述推动级支路的输出端电连接，用于对所述扫频信号的电流进行放大处理。
[0032] 在其中一个实施例中，所述功率放大电路还包括：
[0033] 保护级支路，所述保护级支路的输入端与所述输出级支路的输出端电连接，且所述保护级支路的输出端与所述阻抗变换器电连接，用于为所述输入级支路、所述推动级支路和所述输出级支路提供保护。
[0034] 在其中一个实施例中，所述输出级支路为六对晶体管组成互补推挽并联式输出结构。
[0035] 在其中一个实施例中，所述扫频电源的扫频范围为20HZ～30MHZ。
[0036] 本申请提供的接地网腐蚀速率检测系统包括接地网、扫频电源、电流传感器和主控装置。扫频电源与接地网电连接，可以为接地网提供扫频电压信号。电流传感器串联于扫频电源以及接地网之间的回路上，可以检测接地网的扫频电流信号。主控装置与扫频电源和电流传感器分别电连接，可以接收扫频电压信号以及扫频电流信号，并根据扫频电压信号和扫频电流信号计算接地网的扫频阻抗谱，并根据扫频阻抗谱计算得到接地网的腐蚀程度和腐蚀位置，根据接地网腐蚀程度和腐蚀程度对应的检测时间计算得到接地网的腐蚀速率。本申请提供的接地网腐蚀速率检测系统可以无需挖开接地网，即可实现对接地网进行在线腐蚀监测，可以在避免潜伏性故障甚至变电站事故发生的同时，避免对接地网产生损害，且可以大幅的减少了现场检修人员的时间，提高检测效率。接地网腐蚀速率检测系统不需要大电流注入，避免了地电位抬升，具有较高的测量准确度。
附图说明
[0037] 图1为本申请实施例提供的一种接地网腐蚀速率检测系统连接结构示意图；
[0038] 图2为本申请实施例提供的一种接地网腐蚀速率检测方法
流程图；
[0039] 图3为本申请实施例提供的一种接地网腐蚀速率检测系统中扫频电源连接结构示意图；
[0040] 图4为本申请实施例提供的一种接地网某段导体处不同腐蚀程度下FMIN的变化曲线；
[0041] 图5为本申请实施例提供的一种接地网腐蚀速率检测系统中主控装置连接结构示意图；
[0042] 图6为本申请实施例提供的一种接地网腐蚀速率检测系统中功率放大电路末级输出电路。
[0043] 附图标号说明
[0044] 100 接地网腐蚀速率检测系统
[0045] 10 接地网
[0046] 110 输入口
[0047] 120 输出口
[0048] 20 扫频电源
[0049] 210 信号发生电路
[0050] 211 信号发生支路
[0051] 212 控制支路
[0052] 213 信号滤波支路
[0053] 220 功率放大电路
[0054] 221 输入级支路
[0055] 222 推动级支路
[0056] 223 输出级支路
[0057] 224 保护级支路
[0058] 230 阻抗变换器
[0059] 240 供电电源
[0060] 30 电流传感器
[0061] 40 主控装置
[0062] 410 数据获取单元
[0063] 420 阻抗谱计算单元
[0064] 430 接地网仿真单元
[0065] 440 腐蚀速率计算单元
[0066] 50 电阻率测量装置
具体实施方式
[0067] 为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
[0068] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0069] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0070] 在现有技术中的接地网监测方法通常需要挖开接地网10进行检测，浪费了大量人力物力，并且检测效率低下。此外，异频电流注入法需要向接地网10注入大电流，然后通过检测地表电磁强度来间接推算接地网10的腐蚀程度。其具有测试电流较大、测量时间长、受工频电
磁场影响大等缺陷，容易导致检测
精度发生变化，进而造成测量偏差。此外，异频电流注入法所需的测试仪器体积大，且无法实现接地网腐蚀速率在线监测，不能有效的反映潜伏性故障的变化趋势。
[0071] 请参见图1，本申请提供一种接地网腐蚀速率检测系统100。接地网腐蚀速率检测系统100包括接地网10、扫频电源20、电流传感器30和主控装置40。扫频电源20与接地网10电连接，用于为接地网10提供扫频电压信号。电流传感器30串联于扫频电源20以及接地网10之间的回路上，用于检测接地网10的扫频电流信号。主控装置40与扫频电源20和电流传感器30分别电连接，用于接收扫频电压信号以及扫频电流信号，根据扫频电压信号和扫频电流信号计算接地网10的扫频阻抗谱，根据扫频阻抗谱计算得到接地网10的腐蚀程度和腐蚀位置，根据接地网10腐蚀程度和腐蚀程度对应的检测时间计算得到接地网10的腐蚀速率。在其中一个实施例中，接地网10具有输入口110和输出口120，其中输入口110和输出口
120为接地网10中单元长度最小的网格的两端。
[0072] 请一并参见图2，本申请提供还一种接地网腐蚀速率检测方法，包括：步骤S100，为接地网提供扫频电压信号，并检测从接地网流出的扫频电流信号。步骤S200，根据扫频电压信号和扫频电流信号计算得到扫频阻抗谱。步骤S300，记录接地网所在位置的土壤电阻率，并根据接地网的结构和土壤电阻率对接地网进行阻抗谱仿真，得到标准阻抗谱。步骤S400，根据扫频阻抗谱与标准阻抗谱，计算接地网中导体的腐蚀程度和腐蚀位置。步骤S500，根据腐蚀程度及腐蚀程度对应的检测时间，计算接地网的腐蚀速率。在其中一个实施例中，接地网腐蚀速率检测方法还包括：在为接地网提供扫频电压信号之前，在接地网的网格中选取单元长度最小的网格，将单元长度最小的网格的两端分别作为接地网的输入口和接地网的输出口。
[0073] 可以理解，扫频电源20可以从接地网10的输入口110注入扫频范围为20Hz～30MHz的单位
正弦波，即为接地网10提供扫频电压信号。且电流传感器30可以测量从输出口120流出的接地网10的响应电流，即扫频电流信号。根据扫频电压信号和扫频电流信号即可计算得到接地网10的扫频阻抗谱。扫频阻抗谱包括阻抗幅频特性和阻抗相频特性，可以表示为：
[0074]
[0075] 其中，Zx(ω)为接地网10的两端口的扫频阻抗谱，ΓL为接地网10的远端，即距离测试端口最远的两端口的反射系数，γ为接地网10的传播系数，l为接地网10的总长度，x为距离接地网10远端，即距离测试端口最远的两端口的长度，R(ω)为接地网10的频域复阻抗
实部，X(ω)为接地网10的频域复阻抗的
虚部。
[0076] 在其中一个实施例中，接地网腐蚀速率检测系统100可以选取接地网10中单元长度最小的网格的两端分别作为输入口110和输出口120。通过选取接地网10中单元长度最小的网格的两端分别作为输入口110和输出口120可以将接地网10中的其他网格视为带分布参数的传输线，同时还可以方便在现场对接地网10进行测试接线。若两个测量端口相距较远，会导致接线过长，则无法保证测试线
频率响应。
[0077] 通过采用宽频激励源输入扫频电压信号，可以通过输出口120测量接地网10流出的扫频电流信号，并根据扫频电流信号和扫频电压计算接地网10的分布阻抗特征，即扫频阻抗谱。通过记录接地网10所在位置的土壤电阻率，可以对接地网10进行阻抗谱仿真，得到标准阻抗谱。对比分析宽频激励源下的扫频阻抗谱和仿真得到的标准阻抗谱，可以针对不同断点的分布阻抗特征找出区别较为明显的频段，通过与预设
阈值进行比较，可以判断接地网10中当前导体位置以及导体状态是否达到腐蚀或断裂标准。
[0078] 在其中一个实施例中，针对扫频阻抗谱中与仿真得到的标准阻抗谱具有较为明显区别的特征频域曲线，可以根据测量得到的扫频阻抗谱至空间位置的反傅里叶
算法得到被腐蚀的导体的位置，并可以进一步基于分布阻抗信息获取接地网10导体的腐蚀点或断点位置。通过长时间(通常以年为单位)多次测量接地网10中腐蚀点或断点处FMIN值的变化，对比分析得到运行年限下该频段阻抗演变规律，得到其腐蚀速率。在其中一个实施例中，腐蚀速率可以为用每年FMIN值的变化量进行表示。
[0079] 本申请提供的接地网腐蚀速率检测系统100可以无需挖开接地网，即可实现对接地网10进行在线腐蚀监测，可以在避免潜伏性故障甚至变电站事故发生的同时，避免对接地网10产生损害，且可以大幅的减少了现场检修人员的时间，提高检测效率。接地网腐蚀速率检测系统100不需要大电流注入，避免了地电位抬升，具有较高的测量准确度。
[0080] 在其中一个实施例中，在接地网腐蚀速率检测方法中，根据扫频阻抗谱与标准阻抗谱，计算接地网中导体的腐蚀程度和腐蚀位置，包括：对扫频阻抗谱进行傅里叶反变换处理，得到实际时域阻抗信号，并对标准阻抗谱进行傅里叶反变换处理，得到标准时域阻抗信号。根据实际时域阻抗信号和标准时域阻抗信号，计算接地网中导体的腐蚀程度和腐蚀位置。在其中一个实施例中，实际时域阻抗信号为扫频阻抗谱进行傅里叶反变换处理后得到的复数值的实部。在其中一个实施例中，标准时域阻抗信号为标准阻抗谱进行傅里叶反变换处理后得到的复数值的实部。
[0081] 在其中一个实施例中，接地网腐蚀速率检测系统100还包括电阻率测量装置50。电阻率测量装置50与主控装置40电连接，用于测量接地网10所在位置的土壤电阻率，并将土壤电阻率发送至主控装置40。
[0082] 请一并参见图3，在其中一个实施例中，主控装置40包括数据获取单元410、阻抗谱计算单元420、接地网仿真单元430、腐蚀速率计算单元440。数据获取单元410与扫频电源20和电流传感器30分别电连接，用于接收扫频电压信号以及扫频电流信号。阻抗谱计算单元420与数据获取单元410电连接，用于根据扫频电压信号和扫频电流信号计算接地网10的扫频阻抗谱。接地网仿真单元430与电阻率测量装置50电连接，用于根据接地网10的结构和土壤电阻率对接地网进行阻抗谱仿真，以得到接地网10的标准阻抗谱。腐蚀速率计算单元440分别与阻抗谱计算单元420和接地网仿真单元430电连接，用于根据扫频阻抗谱和标准阻抗谱，计算接地网10的腐蚀程度和腐蚀速率。
[0083] 可以理解，主控装置40可以将测量得到的扫频阻抗谱进行傅里叶反变换(IFFT)处理。IFFT的原理为：首先取频域信号(复数)的共轭复数，即虚部取反。然后再进行FFT变换，即可将频域信号转换到时域。由于FFT变换的结果为复数，故对频域进行IFFT变换后的结果也是复数，此时只需取该复数的实部，即可得到原时域信号。时域信号与位置域直接相关，可以表示为：
[0084]
[0085] 其中，ρ为土壤电阻率，S为接地网10中网格的总面积，ε∞为高频
介电常数。D为接地网网格内的电通量。r为接地网导体的电阻率，接地网总长度l。
[0086] 与此同时，可以采用电阻率测量装置50记录接地网10所在位置的土壤电阻率ρ。在其中一个实施例中，主控装置40还可以根据接地网10的实际结构以及实测的土壤电阻率ρ，仿真接地网10中腐蚀点或断点存在位置，得到标准阻抗谱。在仿真过程中，可以将接地网10中的每段导体进行编号，并在仿真时循环改变假设被腐蚀的某段导体，得到一系列标准阻抗谱后分别和实测扫频阻抗谱进行对比。首先，定义接地网10的腐蚀程度为：
[0087]
[0088] 其中，ZM(m，n)为仿真得到的坐标为(m，n)断点时的标准阻抗谱的时域阻抗信号，ZM为测量得到的接地网10的扫频阻抗谱的时域阻抗信号。
[0089] 在其中一个实施例中，在接地网腐蚀速率检测方法中，根据实际时域阻抗信号与标准时域阻抗信号，计算接地网中导体的腐蚀程度和腐蚀位置，包括：根据实际时域阻抗信号，计算接地网中的所有导体位置。根据导体位置，分别计算实际时域阻抗信号与标准时域阻抗信号的比值。判断比值是否大于预设阈值。若比值大于或等于预设阈值，则标准阻抗谱对应的导体没有被腐蚀。若比值小于预设阈值，则标准阻抗谱对应的导体的腐蚀位置即为腐蚀位置。
[0090] 在其中一个实施例中，根据导体位置，分别计算实际时域阻抗信号与每段导体对应的标准时域阻抗信号的比值，包括：根据导体位置，分别计算接地网中的每段导体被腐蚀时的标准时域阻抗信号。分别计算实际时域阻抗信号与每段导体被腐蚀时的标准时域阻抗信号的比值。
[0091] 可以理解，ZM即为对扫频阻抗谱进行傅里叶反变换处理，得到实际时域阻抗信号。ZM(m，n)即为对标准阻抗谱进行傅里叶反变换处理，得到标准时域阻抗信号。在其中一个实施例中，预设阈值可以为0.1，当FMIN小于0.1时，即可以判定当前仿真位置(m，n)为腐蚀点或者断点，若FMIN大于0.1时，则可以判定当前仿真位置(m，n)处无明显腐蚀或者断裂。请一并参见图4，进一步的，通过在线多次测量接地网10的扫频阻抗谱，并记录FMIN随时间变化趋势，可计算得到接地网10的腐蚀速率。
[0092] 在其中一个实施例中，腐蚀速率为FMIN/h,FMIN为腐蚀程度，且h为产生腐蚀程度FMIN的时间，其中， ZM为实际时域阻抗信号，ZM(m，n)为腐蚀导体位置为(m,n)时的标准时域阻抗信号。
[0093] 请一并参图5，在其中一个实施例中，扫频电源20包括信号发生电路210、功率放大电路220和阻抗变换器230。信号发生电路210用于生成扫频信号。功率放大电路220的输入端与信号发生电路210的输出端电连接，用于对扫频信号进行放大处理。阻抗变换器230与功率放大电路220的输出端以及输入口110分别电连接，用于对功率放大电路220的输出端和输入口110之间的阻抗、电流和/或电压进行调整。在其中一个实施例中，扫频电源20还包括供电电源240。供电电源240与信号发生电路210、功率放大电路220以及阻抗变换器230分别电连接，用于分别为信号发生电路210、功率放大电路220以及阻抗变换器230供电。
[0094] 在其中一个实施例中，扫频电源20的扫频范围为20HZ～30MHZ。可以理解，扫频电源20为接地网腐蚀速率检测系统100的激励源。其中，信号发生电路210可以包括信号发生器，信号发生器可以用于产生
波形信号并进行频率调节。功率放大电路220可以用于扫频信号的功率进行放大。阻抗变换器230可以用于对功率放大电路220和接地网10负载之间的阻抗、电流或电压变换处理。供电电源240可以为上述各部分电路和器件提供工作电压。另外，扫频电源20还可以包括频率、电流的输出监控以及显示电路，可以方便对接地网10的腐蚀速率测量过程中数据的记载与调节。
[0095] 在其中一个实施例中，信号发生电路210包括信号发生支路211、控制支路212和信号滤波支路213。信号发生支路211用于生成扫频信号。控制支路212的输出端与信号发生支路211的输入端电连接，用于生成控制信号，并发送控制信号至信号发生支路211，以控制信号发生支路211生成扫频信号。信号滤波支路213的输入端与信号发生支路211的输出端电连接，用于对信号发生支路211生成的扫频信号进行滤波处理。可以理解，信号滤波支路213可以包括工频陷波电路，可以有效滤除外界工频干扰对系统运行的影响，从而提高接地网腐蚀速率检测系统检测腐蚀速率的准确性。
[0096] 在其中一个实施例中，功率放大电路220包括输入级支路221、推动级支路222、输出级支路223。输入级支路221的输入端与信号滤波支路213的输出端电连接，用于获取扫频信号。推动级支路222的输入端与输入级支路221的输出端电连接，用于对扫频信号的电压进行放大处理。输出级支路223的输入端与推动级支路222的输出端电连接，用于对扫频信号的电流进行放大处理。在其中一个实施例中，功率放大电路220还包括保护级支路224。保护级支路224的输入端与输出级支路223的输出端电连接，且保护级支路224的输出端与阻抗变换器230电连接，用于为输入级支路221、推动级支路222和输出级支路223提供保护。在其中一个实施例中，输出级支路223为六对晶体管组成互补推挽并联式输出结构。
[0097] 可以理解，由于信号发生电路210中的信号发生器产生的信号通常比较微弱，无法驱动作为负载的接地网10。因此，需要采用功率放大电路220对生成的扫频信号进行放大，以提升扫频信号的输出功率。可以理解，本申请对功率放大电路220的工作频率不作限定，只要其可以满足激励源的设计要求即可。在其中一个实施例中，功率放大电路220的工作频率可以位于30Hz-30MHz的频带内。此外，功率放大电路220可以对扫频信号的频率和电流实现连续调节，并可以在保证足够输出电流(0-0.05A)的条件下连续工作。可以理解，功率放大电路220的设置可以保证扫频信号的输出频，从而保证接地网腐蚀速率检测系统100在测量接地网10时的准确性。
[0098] 在其中一个实施例中，功率放大电路220可以包括功率
放大器。由于线性
功率放大器具有电磁兼容性好、电路简单、成本低、电压电流纹波小等优点，可以采用线性功率放大器。其中，线性功率放大器中的输入级、推动级和输出级等支路可以采用现有技术。针对线性功率放大器的末级输出，可以采用互补推挽式输出以减小导通损耗。在其中一个实施例中，请一并参见图6，可以利用15W的±5V的直流电源进行供电。其中，六对晶体管可以组成互补推挽并联的输出形式，设计最大输出功率POM＝11W，则每只输出管的最大管耗为：
[0099]
[0101]
[0102] 其中，本实施例中电阻单位均为Ω。可以理解，通过采用六对晶体管可以组成互补推挽并联的输出形式，可以减小导通损耗，从而提高接地网腐蚀速率检测系统检测腐蚀速率的准确性。
[0103] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0104] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
