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? DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.180336 ?

研究背景

接地網(wǎng)是變電站、發(fā)電廠等的重要組成部分，是電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行的保障。接地網(wǎng)埋于地下，由于焊接不良、泄露電流原電池效應(yīng)和土壤腐蝕等原因，接地網(wǎng)支路易發(fā)生腐蝕、斷裂，從而降低接地性能，嚴(yán)重威脅人員和電力系統(tǒng)的安全。對(duì)于已經(jīng)建設(shè)的老舊變電站，需要對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕進(jìn)行定位判斷，從而指導(dǎo)開挖檢修。

現(xiàn)有的基于磁場(chǎng)測(cè)量和電網(wǎng)路理論的接地網(wǎng)腐蝕診斷方法受到環(huán)境和理論算法的影響，其診斷效果還有待提高。為此，本文研究了生物醫(yī)學(xué)電阻抗成像與接地網(wǎng)腐蝕診斷的異同，將電阻抗成像（EIT）引入到接地網(wǎng)的腐蝕診斷中，主要研究了成像中的逆問題及其解決辦法，提高了成像質(zhì)量，驗(yàn)證了該方法的可行性。

論文所解決的問題及意義

通過引入醫(yī)學(xué)中的電阻抗成像技術(shù)對(duì)接地網(wǎng)的腐蝕診斷進(jìn)行研究，在工程中為接地網(wǎng)的腐蝕診斷提出一種新的解決思路，發(fā)展了生物與電氣領(lǐng)域的交叉應(yīng)用；在理論上，研究成像問題的病態(tài)性，提高成像的分辨率與抗噪能力，有利于成像技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）成像場(chǎng)域?qū)Ρ确治雠c建模

通過對(duì)比分析，考慮到接地網(wǎng)腐蝕診斷的問題可以轉(zhuǎn)化為接地網(wǎng)場(chǎng)域的電阻率分布求解問題，因此與電阻抗成像技術(shù)具有相似性。同時(shí)，接地網(wǎng)場(chǎng)域存在大尺寸，電阻率高度比度等問題，會(huì)加重成像病態(tài)性。為了從物理建模上提高成像精度，分析了接地網(wǎng)場(chǎng)域的電流場(chǎng)分布，結(jié)合接地網(wǎng)支路與土壤的電阻率高對(duì)比度，提出了“土壤分離”的成像方法，建立起只含有支路網(wǎng)絡(luò)的成像場(chǎng)域，在此模型上進(jìn)行成像，大大提高了成像分辨率和腐蝕定位的精度。

（2）成像病態(tài)性研究與改進(jìn)正則化

電阻抗成像是一個(gè)數(shù)學(xué)病態(tài)問題，在接地網(wǎng)成像中，由于其接地網(wǎng)場(chǎng)域的自身特性，其病態(tài)性更加嚴(yán)重。為了抑制接地網(wǎng)電阻抗成像的病態(tài)性，從病態(tài)性的產(chǎn)生根源上分析了不同正則化的處理效果。將現(xiàn)有的兩種基本正則化方法與逆問題迭代求解過程中的解集相結(jié)合，提出一種改進(jìn)正則化方法，對(duì)病態(tài)性算子的奇異值進(jìn)行了不同程度的修正（如圖1所示），降低了病態(tài)算子的矩陣條件數(shù)，提高了成像穩(wěn)定性與成像精度。

圖1 不同正則化下的病態(tài)奇異值

（3）成像方法完善與實(shí)施

接地網(wǎng)的成像激勵(lì)注入與數(shù)據(jù)采集均來(lái)自于接地引下線，因此是一種“內(nèi)源式”成像。為了提高成像的圖像質(zhì)量以滿足工程需要，提出了將接地網(wǎng)有意識(shí)地分區(qū)，并在重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域進(jìn)行分區(qū)成像，該方法結(jié)合土壤分離成像，使圖像質(zhì)量大大提高。同時(shí)，針對(duì)實(shí)際中的接地網(wǎng)，可以有選擇性的成像檢測(cè)，提高了成像效率。實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了電阻抗成像的接地網(wǎng)腐蝕診斷模擬實(shí)驗(yàn)，其成像結(jié)果如圖2所示，從圖像中可以清晰定位預(yù)置的腐蝕支路點(diǎn)，驗(yàn)證了該方法的可行性。

圖2 接地網(wǎng)電阻抗成像腐蝕診斷結(jié)果

結(jié)論

提出了接地網(wǎng)的電阻抗成像方法：

• 在接地網(wǎng)的電阻抗成像逆問題中，該改進(jìn)正則化方法對(duì)病態(tài)算子奇異值進(jìn)行了有效的修正，降低了成像病態(tài)性，提高了成像分辨率；

• 土壤分離和分區(qū)成像提高了對(duì)腐蝕缺陷的定位準(zhǔn)確度和診斷效率，能夠?qū)拥鼐W(wǎng)支路的局部腐蝕進(jìn)行定位和腐蝕程度判定。

引用本文

李星,楊帆,余曉,董曼玲,姚德貴. 基于內(nèi)源式電阻抗成像的接地網(wǎng)缺陷診斷逆問題研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(5): 902-909.Li Xing, Yang Fan, Yu Xiao, Dong Manling, Yao Degui. Research on the Inverse Problem of Grounding Grid Fault Diagnosis Based on Inner-Source EIT. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(5): 902-909.

團(tuán)隊(duì)介紹

李星

博士，擔(dān)任Asia-Pacific Journal of Electronic and Electrical Engineering期刊審稿專家。先后參與國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、工信部專項(xiàng)項(xiàng)目、國(guó)家電網(wǎng)項(xiàng)目等6項(xiàng)，現(xiàn)主要從事生物醫(yī)電與電磁成像相關(guān)領(lǐng)域的研究。

楊帆

教授，博士生導(dǎo)師。中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)理論電工專委會(huì)委員、《High Voltage》期刊Associate Editor、CIGRE電磁環(huán)境與保護(hù)工作組會(huì)員。研究方向?yàn)殡姶艧岫辔锢韴?chǎng)與電磁環(huán)境。出版著作2部，發(fā)表論文70余篇，其中SCI論文30余篇，國(guó)內(nèi)授權(quán)發(fā)明專利30余項(xiàng)。

團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有教授1名，博士后1名，博士/碩士研究生20余名。近五年先后承擔(dān)承擔(dān)國(guó)家973計(jì)劃、國(guó)家自然基金、青年基金等項(xiàng)目10余項(xiàng)，其他省部級(jí)橫向課題30余項(xiàng)。獲國(guó)家電網(wǎng)科技進(jìn)步獎(jiǎng)1項(xiàng)，其他省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)3項(xiàng)，在SCI/EI期刊發(fā)表論文30余篇，國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)30余項(xiàng)。