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变电站接地网是维护电力系统安全运行、保障运行人员及电气设备安全的重要措施。其中接地网接地电阻的故障将极大地影响接地网的接地性能，因此对接地网接地电阻的故障诊断具有十分重要的意义。提出了一种基于节点电压非线性优化模型的变电站接地网故障诊断方法。首先将接地网可及节点的电压表示为支路电阻值的非线性函数，通过在不同节点施加电流激励并在不同的节点测量节点电压，然后建立一组非线性诊断方程。最后利用非线性最小二乘优化方法求解诊断方程，从而得到故障网络各电阻的实际值。仿真实例说明了该方法的有效性。