CN104006736B - 一种基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法，根据所选接地网支路位置，选定一矩形测量区域，在测量区域内利用接地网的上引接地体，从一点注入电流并从另一点抽出电流，测量接地网地表面垂直于地表面方向的磁感应强度或平行于地表面方向的磁感应强度，经过对磁感应强度进行数字滤波处理后消去噪音干扰，通过微分法，首先求取垂直于地表面方向的磁感应强度的1阶导数的模、3阶导数的模或平行于地表面方向的磁感应强度的2阶导数的模，其次获取各阶导数的模的主峰和旁峰的峰值距离，来确定测量区域内的接地网支路埋藏深度。整个过程检测过程简单，计算量小。

Description

一种基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法
技术领域
本发明涉及一种接地网支路埋藏深度检测方法，特别涉及了一种基于微分法的检测接地网载流导体埋藏深度的方法。
背景技术
接地网是变电站安全运行的重要保证，其接地性能一直受到设计和生产运行部门的重视。接地网在变电站安全运行中，不仅为变电站内各种电气设备提供一个公共的电位参考地，在接地网遭受雷击或电力系统发生短路故障时，还能迅速排泄故障电流，并降低变电站的地电位升。接地网接地性能的优劣直接关系到变电站内工作人员的人身安全和各种电气设备的安全及正常运行。我国接地网一般采用扁钢制成,相互连接成网格形状，水平埋在地下深约0.3～2米，网格的间距通常3～7米，两侧的网格的比例通常为1:1～1:3。由于接地网长期运行容易发生腐蚀,需要及时检测接地网的缺陷并采取修复措施。
目前接地网腐蚀诊断的主要方法有基于电路理论的分析方法和基于电磁场理论的分析方法。前者是将接地网看成纯电阻网络，利用电路理论的基本原理，通过一定的测量手段和计算方法建立接地网的腐蚀诊断方程，并通过求解诊断方程得到各支路导体的实际阻值或电阻值变化率，进而对接地网的腐蚀状况进行判别，这种方法需要事先了解接地网的全部或部分设计图纸；后者主要是通过向接地网注入一定频率的电流，并测量接地网地表磁场强度，最后根据磁场的分布对接地网腐蚀程度进行诊断。有学者采用求解磁场逆问题的方法来确定接地网的拓扑结构，但求解磁场逆问题的过程中会出现病态解，求解过程复杂。
由于当时文档管理不善和现场施工不规范，仍在役的投运多年的变电站设计图纸缺失或实际接地网支路埋藏深度与设计图纸不符等情况造成无法了解接地网支路埋藏深度，造成实际变电站接地网支路的开挖深度不确定。
发明内容
针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种检测过程简单、计算量小的基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法。本发明的技术方案如下：
一种基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法，其特征在于包括以下步骤：
101、根据待测接地网支路的地表面上的若干个上引接地体，任意选取上引接地体A作为注入电流端，上引接地体B作为抽出电流端，且A≠B；并在接地体A和接地体B之间选择一个测量区域S；
102、对步骤101中的测量区域S建立右手直角坐标系xyz，具体为：以所选接地网支路中点为坐标原点，以垂直于测量区域S向上的方向为z轴正方向，以所选接地网支路电流的方向为x轴正方向，过坐标原点且垂直于接地网支路的方向为y轴，完成建立右手直角坐标系xyz，其中坐标轴x轴和y轴与测量区域S的边平行或垂直；
103、将测量区域S划分为M×N网格，网格的边与x轴平行或垂直，选定网格的节点Pij为测量点，测量点Pij对应的位置坐标为(xij,yij)，向步骤101中所述的上引接地体A注入电流，测量出在测量点Pij上沿z轴正方向的磁感应强度B测z(x,y)和沿y轴正方向的磁感应强度B测y(x,y)，其中M为网格的行数，N为网格的列数，1≤i≤M+1，1≤j≤N+1；改变测量点的位置得到若干个测量点的磁感应强度B测z(x,y)和磁感应强度B测y(x,y)，并统计得到磁感应强度函数Bz(x,y)和磁感应强度函数By(x,y)；此处统计法采用了线性拟合法；
104、对步骤103中得到的磁感应强度函数Bz(x,y)采用微分法得到1阶导数的模，公式如下或采用微分法得到磁感应强度函数Bz(x,y)3阶导数的模或对步骤103中得到的磁感应强度函数By(x,y)采用微分法得到2阶导数的模，公式如下：
105、根据步骤104中得到Bz(x,y)1阶导数的模在计算软件中得出的主峰位置和旁峰位置，并求出旁峰和主峰之间的距离差s1，根据公式h＝0.577s1求出接地网支路的埋藏深度h；或根据3阶导数的模在计算软件中得出的主峰位置和旁峰位置，并求出旁峰和主峰之间的距离差s3，根据公式h＝1.376s3，求出接地网支路的埋藏深度h；或根据By(x,y)2阶导数的模在计算软件中得出的主峰位置和旁峰位置，并求出旁峰和主峰之间的距离差s2，根据公式h＝s2，求出接地网支路的埋藏深度h，完成接地网支路埋藏深度检测。
进一步的，步骤103中接地体A注入的电流的频率为0～2000Hz、幅值为1A～30A。
进一步的，步骤103中所述M×N网格在x轴方向具有相等的间距△x，在y轴方向具有相等的间距△y。
进一步的，步骤105中所述各阶导数的模的旁峰是指主峰旁边第一个旁峰；主峰和旁峰的峰值距离是指主峰峰值和旁峰峰值在平行于y轴方向上的距离。
进一步的，在进行步骤104的计算之前，先对垂直于地表面方向的磁感应强度Bz(x,y)和/或平行于地表面方向的磁感应强度By(x,y)进行数字滤波处理。
本发明的优点及有益效果如下：
本方法根据所选接地网支路位置，选定一矩形测量区域S，通过利用接地网的上引接地体，从一点注入电流并从另一点抽出电流，测量接地网地表面垂直于地表面方向的磁感应强度Bz(x,y)或平行于地表面方向的磁感应强度By(x,y)，经过对磁感应强度Bz(x,y)或By(x,y)进行数字滤波处理后消去噪音干扰，通过微分法，首先求取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数的模3阶导数的模或磁感应强度By(x,y)的2阶导数的模其次获取各阶导数的模的主峰和旁峰的峰值距离，来确定测量区域S内的接地网支路埋藏深度。测量区域S内的接地网支路埋藏深度是垂直于地表面方向的磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数的模的主峰和旁峰的峰值距离的0.577倍、3阶导数的模的主峰和旁峰的峰值距离的1.376倍，和/或平行于地表面方向的磁感应强度By(x,y)的2阶导数的模的主峰和旁峰的峰值距离的1倍。整个过程检测过程简单，计算量小。
附图说明
图1本发明优选实施例测量点标注示意图；
图2的分布图；
图3的切面图；
图4的分布图；
图5的切面图；
图6的分布图；
图7的切面图；
图8检测接地网埋藏深度的流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出一个非限定性的实施例对本发明作进一步的阐述。
一种基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法，包括以下步骤：
步骤一，根据所选接地网支路位置，在接地网地表面确定一个测量区域S，获取所述测量区域S的磁感应强度，包括垂直于地表面方向的磁感应强度Bz(x,y)和/或平行于地表面方向的磁感应强度By(x,y)；
步骤二，分别获取垂直于地表面方向的磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数的模3阶导数的模和/或平行于地表面方向的磁感应强度By(x,y)的2阶导数的模
步骤三，根据步骤二中所述各阶导数的模的主峰和旁峰的峰值距离确定测量区域S内的接地网支路埋藏深度。
上述步骤一中所述获取所述测量区域的磁感应强度的步骤具体为：
A利用接地网的上引接地体，从任一个上引接地体注入电流，并从除去注入电流的上引接地体之外的另一个上引接地体抽出电流；该注入电流的频率为0～2000Hz、幅值为1A～30A。
B根据所选接地网支路位置，在接地网地表面，确定一个矩形的测量区域S，所述测量区域S位于步骤A所述的注入电流和抽出电流两个上引接地体之间，以垂直于测量区域S向上为z轴正方向，所选接地网支路在x轴上，所选接地网支路电流方向与x轴正方向相同，以所选接地网支路中点为坐标原点，建立右手直角坐标系xyz，其中坐标轴x轴和y轴与测量区域S的边平行或垂直；
C将测量区域S划分为M×N网格，网格的边与x轴平行或垂直，选定网格的节点Pij为测量点，测量点对应的位置坐标为(xij,yij)，测量出在测量点Pij上垂直于地表面的磁感应强度Bz(x,y)和沿y轴正方向的磁感应强度By(x,y)，其中M为网格的行数，N为网格的列数，1≤i≤M+1，1≤j≤N+1。
M×N网格在x轴方向具有相等的间距△x，在y轴方向具有相等的间距△y。
接地网地表面的测量区域S在所选接地网支路的正上方位置。
步骤三中所述各阶导数的模的旁峰是指主峰旁边第一个旁峰；主峰和旁峰的峰值距离是指主峰峰值和旁峰峰值在平行于y轴方向上的距离。
步骤三中所述测量区域S内的接地网支路埋藏深度，是垂直于地表面方向的磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数的模的主峰和旁峰的峰值距离的0.577倍、3阶导数的模的主峰和旁峰的峰值距离的1.376倍，和/或平行于地表面方向的磁感应强度By(x,y)的2阶导数的模的主峰和旁峰的峰值距离的1倍。
本发明的方法进行检测时，在步骤一之后和进行步骤二的计算之前，可以先对垂直于地表面方向的磁感应强度Bz(x,y)和/或平行于地表面方向的磁感应强度By(x,y)进行数字滤波处理。
获取步骤二中各阶导数的模的具体步骤如下：
获取磁感应强度Bz(x,y)的3阶导数的模的过程：
以测量点位置变量x为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数
以测量点位置变量ｙ为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数
以测量点位置变量x为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的2阶导数
以测量点位置变量ｙ为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的2阶导数
以测量点位置变量x为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的3阶导数
以测量点位置变量ｙ为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的3阶导数
获取磁感应强度Bz(x,y)的3阶导数的模
获取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数的模的过程：
以测量点位置变量x为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数
以测量点位置变量ｙ为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数
获取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数的模
获取磁感应强度By(x,y)的2阶导数的模的过程：
以测量点位置变量x为自变量，求取磁感应强度By(x,y)的1阶导数
以测量点位置变量ｙ为自变量，求取磁感应强度By(x,y)的1阶导数
以测量点位置变量x为自变量，求取磁感应强度By(x,y)的2阶导数
以测量点位置变量ｙ为自变量，求取磁感应强度By(x,y)的2阶导数
获取磁感应强度By(x,y)的2阶导数的模
参见图1，实际情况下，变电站接地网的支路长度固定，在xyz坐标系中，一根长度L的载流导体MN水平埋在磁导率为μ的单层均匀土壤中，导体平行放在x轴上，载流导体在x轴正半轴长度OM为L1，在x轴负半轴长度ON为L2，地表面平行于xoy平面且距离为h，导体中流过的电流为I，电流的方向沿着x轴正方向。假设平面z＝h的下方为磁导率为μ的单层均匀土壤，土壤的磁导率近似取真空中的磁导率μo。忽略导体在土壤上的泄漏电流。
选取I＝1A、h＝1m、L1＝L2＝3m。
如图1，在接地网地表面选定一个测量面S，面积为12m×12m，在测量面S上划分399×399网格，网格的边与x轴平行或垂直，网格在x轴方向具有相等的间距△x＝3cm，网格在y轴方向具有相等的间距△y＝3cm，网格的节点Pij为测量点，测量点具有对应的位置坐标为(xij,yij)，测量在测量点Pij上垂直于地表面的磁感应强度Bz(x,y)，测量在测量点Pij上平行于y轴正方向的磁感应强度By(x,y)，其中M为网格的行数，N为网格的列数，1≤i≤400，1≤j≤400。
获取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数的模参见图2；
以测量点位置变量x为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数
以测量点位置变量ｙ为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数
获取磁感应强度Bz(x,y)的1阶导数的模
参见图3，获取图2中x＝0m横切面，从x＝0m横切面获取的主峰峰值的坐标位置为y＝0m,的旁峰峰值的坐标位置为y＝±1.64m,可以确定接地网支路的埋藏深度h＝0.577×1.64m＝0.94628m。
获取磁感应强度Bz(x,y)的3阶导数的模参见图4；
以测量点位置变量x为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的3阶导数
以测量点位置变量ｙ为自变量，求取磁感应强度Bz(x,y)的3阶导数
获取磁感应强度Bz(x,y)的3阶导数的模
参见图5，获取图4中x＝0m横切面，从x＝0m横切面获取的主峰峰值的坐标位置为y＝0m,的旁峰峰值的坐标位置为y＝±0.737m,可以确定接地网支路的埋藏深度h＝1.376×0.737m＝1.0141m。
获取磁感应强度By(x,y)的2阶导数的模参见图6；
以测量点位置变量x为自变量，求取磁感应强度By(x,y)的2阶导数
以测量点位置变量ｙ为自变量，求取磁感应强度By(x,y)的2阶导数
获取磁感应强度By(x,y)的2阶导数的模
参见图7，获取图6中x＝0m横切面，从x＝0m横切面获取的主峰峰值的坐标位置为y＝0m,的旁峰峰值的坐标位置为y＝±1.007m,可以确定接地网支路的埋藏深度h＝1×1.007m＝1.007m。
图8为本发明检测接地网埋藏深度的流程图。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法，其特征在于包括以下步骤：
101、根据待测接地网支路的地表面上的若干个上引接地体，任意选取上引接地体A作为注入电流端，上引接地体B作为抽出电流端，且A≠B；并在接地体A和接地体B之间选择一个测量区域S；
102、对步骤101中的测量区域S建立右手直角坐标系xyz，具体为：以所选接地网支路中点为坐标原点，以垂直于测量区域S向上的方向为z轴正方向，以所选接地网支路电流的方向为x轴正方向，过坐标原点且垂直于接地网支路的方向为y轴，完成建立右手直角坐标系xyz，其中坐标轴x轴和y轴与测量区域S的边平行或垂直；
103、将测量区域S划分为M×N网格，网格的边与x轴平行或垂直，选定网格的节点Pij为测量点，测量点Pij对应的位置坐标为(xij,yij)，向步骤101中所述的上引接地体A注入电流，测量出在测量点Pij上沿z轴正方向的磁感应强度Bz(x,y)和沿y轴正方向的磁感应强度By(x,y)，其中M为网格的行数，N为网格的列数，1≤i≤M+1，1≤j≤N+1；改变测量点的位置得到若干个测量点的磁感应强度Bz(x,y)和磁感应强度By(x,y)，并线性拟合得到磁感应强度B‘z(x,y)和磁感应强度B‘y(x,y)；
104、对步骤103中线性拟合得到的磁感应强度B‘z(x,y)采用微分法得到1阶导数的模，公式如下或对线性拟合得到磁感应强度B‘z(x,y)采用微分法得到的3阶导数的模或对步骤103中线性拟合得到的磁感应强度B‘y(x,y)采用微分法得到2阶导数的模，公式如下：
105、根据步骤104中线性拟合得到磁感应强度B‘z(x,y)的1阶导数的模求出旁峰和主峰之间的距离差s1，根据公式h＝0.577s1求出接地网支路的埋藏深度h；或根据线性拟合得到磁感应强度B‘z(x,y)的3阶导数的模求出旁峰和主峰之间的距离差s3，根据公式h＝1.376s3，求出接地网支路的埋藏深度h；或根据线性拟合得到磁感应强度B‘y(x,y)的2阶导数的模求出旁峰和主峰之间的距离差s2，根据公式h＝s2，求出接地网支路的埋藏深度h，所述各阶导数的模的旁峰是指主峰旁边第一个旁峰；主峰和旁峰的峰值距离是指主峰峰值和旁峰峰值在平行于y轴方向上的距离，完成接地网支路埋藏深度检测。
2.根据权利要求1所述的基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法，其特征在于：步骤103中接地体A注入的电流的频率为0～2000Hz、幅值为1A～30A。
3.根据权利要求1所述的基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法，其特征在于：步骤103中所述M×N网格在x轴方向具有相等的间距Δx，在y轴方向具有相等的间距Δy。
4.根据权利要求1所述的基于微分法的接地网支路埋藏深度检测方法，其特征在于：在进行步骤104的计算之前，先对垂直于地表面方向的磁感应强度Bz(x,y)和/或平行于地表面方向的磁感应强度By(x,y)进行数字滤波处理。
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