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接地網(wǎng)是變電站、發(fā)電廠的重要組成部分，接地網(wǎng)性能的好壞直接影響工作人員及電氣設(shè)備的安全。由于接地網(wǎng)常年埋于地下，接地網(wǎng)導(dǎo)體常常因受土壤侵蝕而無法正常工作，目前已經(jīng)發(fā)生了多起因接地網(wǎng)造成事故的事例，因此需要對接地網(wǎng)進行故障診斷，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供保障。目前提出的很多方法難以得到準(zhǔn)確的結(jié)果，實際上憑借經(jīng)驗進行停電開挖判斷，具有盲目性并且無法直觀成像。

電阻抗成像（Electrical Impedance Tomography, EIT）技術(shù)具有非入侵、無損傷、結(jié)構(gòu)簡單、易于操作且成本低廉等優(yōu)點，有廣闊的應(yīng)用前景。然而提高圖像質(zhì)量和分辨率是當(dāng)前電阻抗成像領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)，特別是EIT技術(shù)應(yīng)用于接地網(wǎng)故障診斷領(lǐng)域，由于接地網(wǎng)的測量電壓數(shù)據(jù)有限，不足以反映重構(gòu)目標(biāo)的基本特征，且接地網(wǎng)中導(dǎo)體和土壤的電阻率數(shù)量級相差巨大使其系統(tǒng)矩陣病態(tài)性嚴重，因此EIT逆問題具有不適定性。

因此，為了克服接地網(wǎng)扁鋼和土壤電阻率數(shù)量級相差巨大，改善接地網(wǎng)電阻抗成像病態(tài)性問題，遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院的研究人員閆孝姮、林曉雪、呂秋皓、陳偉華，在2022年第9期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，將傳統(tǒng)的同倫延拓法與Tikhonov正則化相結(jié)合，提出了基于Homotopy-Tikhonov算法（HT-GN）的接地網(wǎng)電阻抗成像故障診斷方法。

圖 3×3接地網(wǎng)模型

研究人員在求取的最佳迭代初值和最佳正則化參數(shù)基礎(chǔ)上，對比了HT-GN算法和Tikhonov算法的接地網(wǎng)重建圖像，分析不同迭代初值、不同正則化參數(shù)對接地網(wǎng)成像的影響。仿真結(jié)果表明基于HT-GN算法重構(gòu)的接地網(wǎng)圖像腐蝕位置更加清晰，且收斂后的電壓相對誤差更小，優(yōu)于Tikhonov算法重建的接地網(wǎng)圖像，但迭代次數(shù)相對較多。

他們針對HT-GN算法的接地網(wǎng)電阻抗成像，分別對比了最佳迭代初值與該初值的0.2~1.5倍、最佳正則化參數(shù)與其他正則化參數(shù)的接地網(wǎng)重構(gòu)圖像，仿真結(jié)果表明采用HT-GN算法的接地網(wǎng)圖像在幾種迭代初值條件下均能收斂，并且在最佳迭代初值和最佳正則化參數(shù)條件下腐蝕區(qū)域成像效果最好，圖像清晰度最高。進一步驗證了在接地網(wǎng)電阻抗成像中，該方法對電阻率迭代初值要求更加寬松且成像效果與正則化參數(shù)的選取密切相關(guān)。

另外，仿真設(shè)置了接地網(wǎng)輕腐蝕、重腐蝕、斷裂三種情況，結(jié)果表明采用HT-GN算法均能反映接地網(wǎng)腐蝕位置，且輕腐蝕狀態(tài)下電壓相對誤差最小，隨著腐蝕程度加大，接地網(wǎng)腐蝕區(qū)域成像越明顯。同時接地網(wǎng)實驗驗證了輕腐蝕條件下該方法重建圖像的可行性。

研究人員指出，基于HT-GN算法的接地網(wǎng)電阻抗成像腐蝕位置更清晰，收斂效果最好，更好地改善了電阻抗成像逆問題的病態(tài)性，為解決接地網(wǎng)腐蝕定位成像提供了一種新方法，推動了電阻抗成像技術(shù)在接地網(wǎng)中的實際應(yīng)用，有利于解決實際工程問題。

本文編自2022年第9期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“基于Homotopy-Tikhonov算法的接地網(wǎng)電阻抗成像方法”。本課題得到了基金項目2019年遼寧省教育廳科學(xué)技術(shù)研究創(chuàng)新團隊項目、遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)科創(chuàng)新團隊項目和遼寧省科技廳面上項目資助的支持。