辽宁工程技术大学科研团队提出接地网电阻抗成像的新方法

接地网是变电站、发电厂的重要组成部分，接地网性能的好坏直接影响工作人员及电气设备的安全。由于接地网常年埋于地下，接地网导体常常因受土壤侵蚀而无法正常工作，目前已经发生了多起因接地网造成事故的事例，因此需要对接地网进行故障诊断，为电力系统稳定运行提供保障。目前提出的很多方法难以得到准确的结果，实际上凭借经验进行停电开挖判断，具有盲目性并且无法直观成像。

电阻抗成像（Electrical Impedance Tomography, EIT）技术具有非入侵、无损伤、结构简单、易于操作且成本低廉等优点，有广阔的应用前景。然而提高图像质量和分辨率是当前电阻抗成像领域的一大挑战，特别是EIT技术应用于接地网故障诊断领域，由于接地网的测量电压数据有限，不足以反映重构目标的基本特征，且接地网中导体和土壤的电阻率数量级相差巨大使其系统矩阵病态性严重，因此EIT逆问题具有不适定性。

因此，为了克服接地网扁钢和土壤电阻率数量级相差巨大，改善接地网电阻抗成像病态性问题，辽宁工程技术大学电气与控制工程学院的研究人员闫孝姮、林晓雪、吕秋皓、陈伟华，在2022年第9期《电工技术学报》上撰文，将传统的同伦延拓法与Tikhonov正则化相结合，提出了基于Homotopy-Tikhonov算法（HT-GN）的接地网电阻抗成像故障诊断方法。

图 3×3接地网模型

研究人员在求取的最佳迭代初值和最佳正则化参数基础上，对比了HT-GN算法和Tikhonov算法的接地网重建图像，分析不同迭代初值、不同正则化参数对接地网成像的影响。仿真结果表明基于HT-GN算法重构的接地网图像腐蚀位置更加清晰，且收敛后的电压相对误差更小，优于Tikhonov算法重建的接地网图像，但迭代次数相对较多。

他们针对HT-GN算法的接地网电阻抗成像，分别对比了最佳迭代初值与该初值的0.2~1.5倍、最佳正则化参数与其他正则化参数的接地网重构图像，仿真结果表明采用HT-GN算法的接地网图像在几种迭代初值条件下均能收敛，并且在最佳迭代初值和最佳正则化参数条件下腐蚀区域成像效果最好，图像清晰度最高。进一步验证了在接地网电阻抗成像中，该方法对电阻率迭代初值要求更加宽松且成像效果与正则化参数的选取密切相关。

另外，仿真设置了接地网轻腐蚀、重腐蚀、断裂三种情况，结果表明采用HT-GN算法均能反映接地网腐蚀位置，且轻腐蚀状态下电压相对误差最小，随着腐蚀程度加大，接地网腐蚀区域成像越明显。同时接地网实验验证了轻腐蚀条件下该方法重建图像的可行性。

研究人员指出，基于HT-GN算法的接地网电阻抗成像腐蚀位置更清晰，收敛效果最好，更好地改善了电阻抗成像逆问题的病态性，为解决接地网腐蚀定位成像提供了一种新方法，推动了电阻抗成像技术在接地网中的实际应用，有利于解决实际工程问题。