曹　敏， 李佳奇,， 畢志周， 張林山， 張長(zhǎng)勝， 李　川

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650217；2.昆明理工大學(xué) 信息工程與自動(dòng)化學(xué)院，云南 昆明 650500)

?

瞬變電磁法在山地變電站邊坡接地網(wǎng)檢測(cè)研究

曹敏1， 李佳奇1,2， 畢志周1， 張林山1， 張長(zhǎng)勝2， 李川2

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650217；2.昆明理工大學(xué) 信息工程與自動(dòng)化學(xué)院，云南 昆明 650500)

接地網(wǎng)的完整對(duì)于電力系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行起到重要作用。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的變電站建設(shè)在山丘上，由于邊坡滑動(dòng)的作用，北側(cè)上下游擋土墻均出現(xiàn)了裂縫。采用瞬變電磁儀對(duì)變電站上下馬道和邊坡進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，通過(guò)對(duì)視電阻率成像圖進(jìn)行分析，反映出了實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)。實(shí)例檢測(cè)結(jié)果表明：瞬變電磁法能夠高效、簡(jiǎn)便運(yùn)用在在接地網(wǎng)無(wú)損檢測(cè)。

接地網(wǎng)； 瞬變電磁法； 變電站； 視電阻率

0　引　言

接地網(wǎng)監(jiān)測(cè)是發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)安全隱患、保證其正常運(yùn)行的必要手段。至今，國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)于接地電阻的測(cè)量已取得諸多顯著成果，相對(duì)而言，對(duì)于接地網(wǎng)腐蝕檢測(cè)的研究則較晚。目前，已從理論上提出的接地網(wǎng)腐蝕程度及其斷點(diǎn)檢測(cè)方法主要有電網(wǎng)絡(luò)分析法、電磁場(chǎng)檢測(cè)法及電化學(xué)方法等三大類。

瞬變電磁(transient electromagnetic method,TEM)法是一種先進(jìn)的地球物理勘探方法，對(duì)地下異常體的探測(cè)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已有效應(yīng)用于淺部工程探測(cè)[1,2]。

本文引進(jìn)瞬變電磁法，通過(guò)接收裝置采集接地網(wǎng)格在土壤中形成低阻渦流回路產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理快速成像，以達(dá)到接地網(wǎng)斷點(diǎn)診斷的目的。

1　瞬變電磁法原理

瞬變電磁法或稱為時(shí)間域電磁法，是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的時(shí)間或者人工源電磁探測(cè)的一種方法。利用不接地的回線(磁源)或接地線源(電偶源)向地下發(fā)送一次脈沖磁場(chǎng)(通常稱為一次場(chǎng)),在它的激發(fā)下,地下地質(zhì)體中激勵(lì)起的感應(yīng)渦流將產(chǎn)生時(shí)間變化的感應(yīng)電磁場(chǎng)(通常稱為二次場(chǎng))。由于二次場(chǎng)包含有地下地質(zhì)體豐富的地電信息,在一次脈沖磁場(chǎng)的間歇期間,利用線圈或接地電極觀測(cè)二次場(chǎng)(或稱響應(yīng)場(chǎng))的變化,通過(guò)對(duì)這些相應(yīng)信息的提取與分析,從而達(dá)到探測(cè)地下地質(zhì)體的目的[1～4]。圖1為瞬變電磁儀的野外工作方法原理。

圖1　瞬變電磁儀的野外工作方法原理Fig 1　Field work methods principle of TEM instrument

在理論研究的過(guò)程中,為了使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化,一般情況下只討論單階躍波激勵(lì)的問(wèn)題,并對(duì)位移電流的影響進(jìn)行忽略[5,6]。引入一些輔助參數(shù)

(1)

式中ρ為均勻大地的電阻率;t為瞬變場(chǎng)擴(kuò)散的時(shí)間;μ0為空氣的磁導(dǎo)率,其值為4π×10-7h/m。τ通常被稱作擴(kuò)散參數(shù),具有長(zhǎng)度量綱,以m為單位時(shí), 其表達(dá)式為

(2)

中心回線裝置的感應(yīng)電壓表達(dá)式為[7～9]

(3)

(4)

通過(guò)推導(dǎo)得出ti時(shí)刻的ρτ的表達(dá)式為

(5)

2　瞬變電磁法在接地網(wǎng)中的應(yīng)用研究

本文選定云南某供電局220 kV變電站作為該系統(tǒng)的應(yīng)用試點(diǎn)站。該變電站地處云南省東西北部，氣候環(huán)境多變，冬夏降雨量分布差異大，使得接地網(wǎng)腐蝕破損現(xiàn)象明顯。選擇該變電站作為項(xiàng)目的實(shí)施地能更加具有針對(duì)性，而項(xiàng)目的順利進(jìn)展也證明了系統(tǒng)的普適性和可推廣性。采用瞬變電磁法對(duì)該變電站邊坡馬道的接地網(wǎng)進(jìn)行了腐蝕檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為一個(gè)山地變電站的邊坡的上下馬道和坡體，在邊坡取了4條側(cè)線作為檢測(cè)線。實(shí)驗(yàn)裝置采用LTEM—1瞬變電磁儀,采樣間隔10 μs，采樣時(shí)間5 ms，線圈采用重疊回線方式，發(fā)射線圈邊長(zhǎng)1.35 m，接收線圈邊長(zhǎng)1.35 m。

實(shí)驗(yàn)分為4條測(cè)線，分別為上平面、上斜坡、下平面和下斜坡。4條測(cè)線的測(cè)試結(jié)果如圖2～圖5所示。

圖2　邊坡上平面的物探檢測(cè)圖Fig 2　Geophysical detection figure of upper plane on slope

圖3　邊坡上斜面的物探檢測(cè)圖Fig 3　Geophysical detection figure of ramp of slope

圖4　邊坡下平面的物探檢測(cè)圖Fig 4　Geophysical detection figure of lower plane on slope

圖5　邊坡下斜面的物探檢測(cè)圖Fig 5　Geophysical detection figure of lower ridge slope

圖3為邊坡上斜面的物探檢測(cè)圖，圈出的位置為低阻體，結(jié)構(gòu)可能為角鋼、接地樁位或者錨桿，在平面0～55 m，深度0.5～4.5 m之間。圖4為邊坡下平面的物探檢測(cè)圖，圈出的位置為低阻體，結(jié)構(gòu)可能為角鋼、接地樁位或者錨桿，在平面0～55 m，深度0～1.8 m之間。圖5為邊坡下斜面的物探檢測(cè)圖，圈出的位置為低阻點(diǎn)，在平面0～55 m，深度0～6 m之間。

通過(guò)對(duì)視電阻率圖像進(jìn)行分析，可有效地分析出該變電站接地網(wǎng)的形態(tài)特征。同時(shí)，基于本文所提的瞬變電磁檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)時(shí)間短，可節(jié)省大量人力、物力及財(cái)力。

3　結(jié)　論

本文提出了一種接地網(wǎng)瞬變電磁檢測(cè)方法。該方法在地面上施加一個(gè)斜階躍關(guān)斷的脈沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)接地網(wǎng)感應(yīng)信號(hào)的檢測(cè)，反演計(jì)算視電阻率并快速成像，從視電阻率斷面圖中直觀診斷接地網(wǎng)斷點(diǎn)故障情況?？紤]到接地網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)干擾信號(hào)多而強(qiáng)，采用小波變換濾掉了檢測(cè)數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)。變電站接地網(wǎng)腐蝕檢測(cè)實(shí)例表明：該方法檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，濾波效果良好，可用于工程實(shí)際。

[1]Dawalibi F.Electromagnetic fields generated by overhead and buried short conductors:Part 1—single conductor[J].IEEE Transactions on Power Delivery,1986,1(4):105-111.

[2]Dawalibi F.Electromagnetic fields generated by overhead and buried short conductors,Part 2—ground networks[J].IEEE Transactions on Power Delivery,1986,1(4):112-119.

[3]劉洋,崔翔,趙志斌.測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度診斷變電站接地網(wǎng)斷點(diǎn)[J].高電壓技術(shù),2008,34(7):1389-1394.

[4]劉洋,江明亮,崔翔.變電站接地網(wǎng)導(dǎo)體與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)探測(cè)方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2013,28(5):167-173.

[5]劉春，何俊佳，尹小根，等．復(fù)合接地網(wǎng)接地電阻的計(jì)算機(jī)仿真[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23(6):159-163．

[6]肖新華，劉華，陳先祿，等．接地網(wǎng)腐蝕和斷點(diǎn)的診斷理論分析[J]．重慶大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2001，24(3):72-75．

[7]Zhang B，Zhao Z B，Cui X．Diagnosis of breaks in substation’s grounding grids by using the electromagnetic method[J]．IEEE Transactions on Magnetic，2002，38(2):473-476．

[8]Hu J，Zeng R，He J L，et al．Novel method of corrosion diagnosis for grounding grid[C]∥Proceedings of the 2000 International Conference on Power System Technology，Perth，Australia， 2000:1365-1370．

Research on detection of slope grounding grid of mountain substation by transient electromagnetic method

CAO Min1, LI Jia-qi1,2, BI Zhi-zhou1, ZHANG Lin-shan1, ZHANG Chang-sheng2, LI Chuan2

(1.Test & Research Institute，Yunnan Electric Power Test & Research Institute Group Co Ltd，Kunming 650217,China;2.Faculty of Information Engineering and Automation,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China)

Complete grounding grid for safety and reliable operation of power system plays an important role.Experimental substation construction site on a hill,due to the sliding of the slope,on the north side of both upstream and downstream retaining walls had cracks.Non-destructive test on up and down slope of substation and bridleways is carried out using transient electromagnetic(TEM)instrument,through analysis on apparent resistivity imaging map,reflects the structure of grounding grid state of experimental locations.TEM method can be efficiently and easily used in non-destructive test of grounding grid.

grounding grid； transient electromagnetic (TEM)method； transformer substation； apparent resistivity

2015—10—26

TH 741

A

1000—9787(2016)08—0054—02

曹敏(1961-)，男，山東齊河人,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要從事電網(wǎng)設(shè)計(jì)檢測(cè)。

DOI:10.13873/J.1000—9787(2016)08—0054—02