CN108387938B - 一种基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法，通过在接地网支路的地表面选择两个引下线分别注入和流出电流，然后以待测引下线为基点建立待测区域A，先确定连接方式，再根据测量的地表合成磁感应强度和地表水平方向磁感应强度确定待测引下线的水平布置方向和待测引下线与接地网支路的连接点，然后即可确定待测引下线的连接方向；本发明能够准确判定接地网引下线的连接方向，整个分析过程步骤操作简单，且能准确判定出不同连接方式的引下线的连接方向，为接地网的拓扑检测与腐蚀诊断技术提供准确的参考依据，且检测过程简单，数据计算量小，提高了引下线连接方向的分析效率。
Description
技术领域
本发明涉及接地网支路连接方向分析技术领域，尤其涉及一种基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法。
背景技术
接地网作为电力接地系统中一个重要的组成部分，主要存在于发电厂和变电站中，用于雷电流等大电流的快速泄放，以降低地电位升，防止产生危险电压。因此，接地网的性能好坏在很大程度上决定着电力系统运行的安全可靠性。
接地网在长期运行下会发生腐蚀情况，影响电力系统安全运行，因此需要对接地网的缺陷进行及时检测和修复。现阶段对接地网腐蚀诊断的主要技术手段之一就是使用电网络原理，将接地网视为一个纯电阻网络，通过引下线作为导线向接地网注入流出电流以及采集电压，因此引下线在水平地网连接方向的确定很大程度影响着测量结果的准确性。
接地引下线在地表以上部分很容易通过观察识别其连接方向，但接地引下线在地表以下部分却很难识别其走向和判别其连接接地网支路位置。由于历史原因和一些技术条件的限制，很多正在运行的老旧变电站的接地网设计图纸存在丢失或者破损的情况，导致接地引下线连接方向不可知；也有一些变电站的接地网设计图纸与接地网的实际引下线走向无法对应，这就给电力部门进行变电站接地网的状态检测带来了很多不便，将会对腐蚀诊断结果带来较大误差。因此，针对接地网导体埋设深度未知以及接地网设计图纸与实际地网埋设深度无法对应的情况，有必要研究一种接地网引下线连接方向检测方法，为电力部门进行抽样开挖提供准确的接地网导体定位，也为接地网的腐蚀状态检测奠定良好的基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法，能够准确判定接地网引下线的连接方向，为接地网的拓扑检测与腐蚀诊断技术提供准确的参考依据，且检测过程简单，数据计算量小，提高了引下线连接方向的分析效率。
本发明采用的技术方案为：
一种基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.在待测接地网支路的地表面上任意选择两个引下线L和L＇，向引下线L注入恒定电流，并将引下线L＇作为流出电流端；
B.在引下线L和引下线L＇之间任意选定一个引下线作为待测引下线Lt，设待测引下线Lt顶端穿入地表的位置为P点，围绕P点建立待测区域A，待测区域A边界距离P点的最大距离取值范围为5m～10m；
C.测量待测区域A地表面的磁场分布，判定待测引下线Lt的连接方式；判断待测引下线Lt连接方式的具体方法是：
c1.测量待测区域A的地表水平方向磁感应强度By和待测区域A的地表合成磁感应强度B，分别建立A区地表水平方向磁感应强度By分布图和A区地表合成磁感应强度B分布图；
c2.根据A区地表合成磁感应强度B分布图和A区地表水平方向磁感应强度By分布图判定待测引下线Lt的连接方式：
Ⅰ.若A区地表合成磁感应强度B分布图中的一边存在明显的条形凸起，同时A区地表水平方向磁感应强度By分布图的同一边是都也存在明显的条形凸起，则待测引下线Lt的连接方式为方式一；所述方式一中引下线先在地表或浅地表水平布置，到达接地网支路正上方时再垂直向下与接地网支路相连；
Ⅱ.若A区地表合成磁感应强度B分布图中四边磁场的分布基本相似，未存在明显凸起，同时A区地表水平方向磁感应强度By分布图的四边磁场分布变化幅度也较小，则待测引下线Lt的连接方式为方式二；所述方式二中引下线先垂直向下布置，到达接地网所在平面之后再水平布置并与接地网支路相连；
D.判定待测引下线Lt的水平布置方向，并确定待测引下线Lt与接地网支路的连接点O的位置；
连接方式为方式一时，待测引下线Lt的水平布置方向和连接点O的位置的判定包括以下步骤：
d11：在A区地表水平方向磁感应强度By分布图上选择两条与条形凸起相交的测量线，分别测量两条测量线上水平磁场的峰值，将两条测量线的峰值位置相连，连线方向即为待测引下线Lt的水平布置方向；
d12：根据接地网支路设计图纸获取水平布置距离标准T，则以P点为起点，沿步骤d11所得水平布置方向延伸距离T后所到达的位置的正下方即为连接点O的位置，T的取值为5m～10m；
连接方式为方式二时，待测引下线Lt的水平布置方向和连接点O的位置的判定包括以下步骤：
d21：以P点为圆心，以从接地网支路设计图纸获取的水平布置距离标准T为半径，建立圆形的待测区域A＇，T的取值为5m～10m；
d22：测量待测区域A＇的地表水平方向磁感应强度By＇和待测区域A＇的地表合成磁感应强度B＇，分别建立A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图和建立A＇区地表合成磁感应强度B＇分布图；
d23：选择A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图中地表水平方向磁感应强度By＇最大幅值所在位置Q，A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图的原点与位置Q之间的连线方向即为待测引下线Lt的水平布置方向：连接方式二下，A＇区地表合成磁感应强度B＇分布图和A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图中的一边均存在轻微翘起，且翘起方向相同，A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图中翘起的最高点即为最大幅值所在位置Q；
d24：根据接地网支路设计图纸获取水平布置距离标准T，则以P点为起点，沿步骤d23所得水平布置方向延伸距离T后所到达的位置的正下方即为连接点O的位置；
E.根据待测引下线Lt的连接方式、水平布置方向和待测引下线Lt与接地网支路的连接点O的位置，获得待测引下线Lt的连接方向。
所述待测区域A建立的具体过程为：以P点为中心，分别建立边长为0.6m的内正方形和边长为1.2m的外正方形，内正方形和外正方形之间的环形区域即为待测区域A。
所述待测区域A和待测区域A＇的测量方法相同，均包括以下步骤：
(1)对待测区域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，以垂直于待测区域向上的方向为z轴正方向，以所选接地网支路电流的方向为x轴正方向，以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轴与待测区域的边平行或垂直；
(2)将待测区域划分为M*N的网格，网格的边与x轴平行或垂直，选择网格的节点Pij为测量点，测量点Pij对应的位置坐标为(xij，yij)，其中，M为网格的行数，N为网格的列数，1≤i≤M+1,1≤j≤N+1；
(3)向引下线L中注入恒定电流，测量出测量点Pij上的地表合成磁感应强度Bij和测量点Pij上沿y轴正方向的地表水平方向磁感应强度Byij；
(4)改变测量点的位置得到网格中每个测量点的地表合成磁感应强度和沿y轴正方向的地表水平方向磁感应强度，建立待测区域的地表合成磁感应强度分布图和地表水平方向磁感应强度分布图。
所述步骤A中注入引下线L的电流采用频率为0Hz～2000Hz，幅值为1A～30A的正弦交流电流。
所述步骤A中注入引下线L的电流的频率为1000Hz，幅值为10A。
所述待测区域A和待测区域A＇地表面磁场分布的测量采用霍尼韦尔公司的HMC1022型磁敏电阻传感器进行。
本发明具有以下有益效果：
(1)通过在接地网支路的地表面选择两个引下线分别注入和流出电流，然后以待测引下线为基点建立待测区域A，先确定连接方式，再根据测量的地表合成磁感应强度和地表水平方向磁感应强度确定待测引下线的水平布置方向和待测引下线与接地网支路的连接点，然后即可确定待测引下线的连接方向，整个分析过程步骤操作简单，且能准确判定出不同连接方式的引下线的连接方向，判定结果准确，间接地保障了腐蚀诊断结果的准确性；
(2)通过将待测区域A设计为由一个内正方形和一个外正方形构成的环形区域，在保证测量准确度的前提下缩小了磁场测量的范围，减少测量的工作量和测量数据的计算量，提高工作效率和计算效率；
(3)通过将向引下线L注入的电流选择为频率为1000Hz，幅值为10A的正弦交流电流，能够有效区别接地网地表的磁感应强度和变电站电磁场的背景噪声，减小测量接地网地表合成磁感应强度时受到的干扰，提高测量准确度。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中待测引下线采用连接方式一时的结构示意图；
图3为本发明中待测引下线采用连接方式二时的结构示意图；
图4为本发明中待测引下线采用连接方式一时的A区地表合成磁感应强度B分布图；
图5为本发明中待测引下线采用连接方式二时的A区地表合成磁感应强度B分布图；
图6为优选实施方式中待测区域A的测量位置示意图；
图7为优选实施方式中待测引下线采用连接方式一时的A区地表合成磁感应强度B分布图；
图8为优选实施方式中待测引下线采用连接方式一时的A区地表水平方向磁感应强度By分布图；
图9为优选实施方式中待测引下线采用连接方式二时的A区地表合成磁感应强度B分布图；
图10为优选实施方式中测量点标注示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法，包括以下步骤：
A.在待测接地网支路的地表面上任意选择两个引下线L和L＇，向引下线L注入恒定电流，并将引下线L＇作为流出电流端；在接地网拓扑结构未知的条件下，L和L＇的选取采用选择间隔较远的两根接地引下线的方式，注入引下线L的电流采用频率为0Hz～2000Hz，幅值为1A～30A的正弦交流电流；为了区别变电站电磁场背景噪声，向引下线L注入的电流优选选用频率为1000Hz，幅值为10A的交流电流作为激励电流注入到接地网中；
B.在引下线L和引下线L＇之间任意选定一个引下线作为待测引下线Lt，设待测引下线Lt顶端穿入地表的位置为P点，围绕P点建立待测区域A，待测区域A边界距离P点的最大距离取值范围为5m～10m；
同时，为了减少磁场测量的范围，减小测量的工作量，如图6所示，待测区域A的建立采用以P点为中心，分别建立边长为0.6m的内正方形和边长为1.2m的外正方形，内正方形由测量线d2、c2、c3和d3构成，外正方形由测量线d1、c1、d4和c4构成，内正方形和外正方形之间的环形区域即为待测区域A；通过分析环形测量区域内的磁场分布来判别引下线的连接方向，大大减少了测量的工作量；
C.测量待测区域A地表面的磁场分布，判定待测引下线Lt的连接方式：磁场分布的测量优选采用霍尼韦尔公司的HMC1022型磁敏电阻传感器进行；判断待测引下线Lt连接方式的具体方法是：
c1.测量待测区域A的地表水平方向磁感应强度By和待测区域A的地表合成磁感应强度B，分别建立A区地表水平方向磁感应强度By分布图和A区地表合成磁感应强度B分布图；
c2.根据A区地表合成磁感应强度B分布图和A区地表水平方向磁感应强度By分布图判定待测引下线Lt的连接方式：
Ⅰ.如图7和图8所示，若A区地表合成磁感应强度B分布图中的一边存在明显的条形凸起，同时A区地表水平方向磁感应强度By分布图的同一边是都也存在明显的条形凸起，则待测引下线Lt的连接方式为方式一；如图2所示，方式一中引下线先在地表或浅地表水平布置，到达接地网支路正上方时再垂直向下与接地网支路相连；常规测量方法下，待测区域A选定一个矩形或圆形区域，如图4所示，需要测量大量数据，本发明中采用环形测量区域，测量结果如图7和图8所示，大大减少了测量工作量和计算量；
Ⅱ.如图9所示，若A区地表合成磁感应强度B分布图中四边磁场的分布基本相似，未存在明显凸起，同时A区地表水平方向磁感应强度By分布图的四边磁场分布变化幅度也较小，则待测引下线Lt的连接方式为方式二；如图3所示，方式二中引下线先垂直向下布置，到达接地网所在平面之后再水平布置并与接地网支路相连，方式二下的地表磁场分布如图5所示；常规测量方法下，待测区域A选定一个矩形或圆形区域，如图5所示，需要测量大量数据，本发明中采用环形测量区域，测量结果如图9所示，大大减少了测量工作量和计算量；
D.判定待测引下线Lt的水平布置方向，并确定待测引下线Lt与接地网支路的连接点O的位置；
方式一下的待测引下线Lt的水平布置方向和连接点O的位置的判定包括以下步骤：
d11：在A区地表水平方向磁感应强度B分布图上选择两条与条形凸起相交的测量线，分别测量两条测量线上水平磁场的峰值，将两条测量线的峰值位置相连，连线方向即为待测引下线Lt的水平布置方向；
d12：根据接地网支路设计图纸获取水平布置距离标准T，则以P点为起点，沿步骤d11所得水平布置方向延伸距离T后所到达的位置的正下方即为连接点O的位置，T的取值为5m～10m；
方式二下的待测引下线Lt的水平布置方向和连接点O的位置的判定包括以下步骤：
d21：以P点为圆心，以从接地网支路设计图纸获取的水平布置距离标准T为半径，建立圆形的待测区域A＇，T的取值为5m～10m；
d22：测量待测区域A＇的地表水平方向磁感应强度By＇和待测区域A＇的地表合成磁感应强度B＇，分别建立A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图和建立A＇区地表合成磁感应强度B＇分布图；
d23：选择A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图中地表水平方向磁感应强度By＇最大幅值所在位置Q，A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图的原点与位置Q之间的连线方向即为待测引下线Lt的水平布置方向：连接方式二下，A＇区地表合成磁感应强度B＇分布图和A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图中的一边均存在轻微翘起，且翘起方向相同，A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图中翘起的最高点即为最大幅值所在位置Q；
d24：根据接地网支路设计图纸获取水平布置距离标准T，则以P点为起点，沿步骤d23所得水平布置方向延伸距离T后所到达的位置的正下方即为连接点O的位置；
E.根据待测引下线Lt的连接方式、水平布置方向和待测引下线Lt与接地网支路的连接点O的位置，获得待测引下线Lt的的连接方向。
上述待测区域A和待测区域A＇的测量方法相同，均包括以下步骤：
(1)对待测区域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，以垂直于待测区域向上的方向为z轴正方向，以所选接地网支路电流的方向为x轴正方向，以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轴与待测区域的边平行或垂直；
(2)将待测区域划分为M*N的网格，网格的边与x轴平行或垂直，选择网格的节点Pij为测量点，测量点Pij对应的位置坐标为(xij，yij)，其中，M为网格的行数，N为网格的列数，1≤i≤M+1,1≤j≤N+1；
(3)向引下线L中注入恒定电流，测量出测量点Pij上的地表合成磁感应强度Bij和测量点Pij上沿y轴正方向的地表水平方向磁感应强度Byij；
(4)改变测量点的位置得到网格中每个测量点的地表合成磁感应强度和沿y轴正方向的地表水平方向磁感应强度，建立待测区域的地表合成磁感应强度分布图和地表水平方向磁感应强度分布图。
地表合成磁感应强度B、地表合成磁感应强度B＇、地表水平方向磁感应强度By和地表水平方向磁感应强度By＇均优选通过利用毕奥-萨伐尔定律求解。
如图10所示，在建立的右手直角坐标系中假设一根载流导体M＇N＇水平埋设在磁导率为μ的单层均匀土壤中，导体平放在x轴上，载流导体M＇N＇的中点与右手直角坐标系原点＇重合，载流导体M＇N＇在x轴正半轴的长度O＇M＇为L1，载流导体M＇N＇在x轴负半轴的长度O＇N＇为L2，地表面平行于xO＇y平面且距离为h，载流导体M＇N＇中流过的电流为I，电流的方向沿着x轴正方向，选取地表面任意一点为测量点P＇，则地表合成磁感应强度B和地表合成磁感应强度B＇的求解公式为：
公式(1)中，Boxy表示接地网导体上方的磁场，即地表合成磁感应强度，μ表示载流导体M＇N＇埋藏地表的单层土壤磁导率，I表示载流导体M＇N＇中流过的电流，h表示载流导体M＇N＇在土壤中的埋设深度，y表示测量点P＇在xyz平面的纵坐标，表示线段O＇P＇与线段N＇P＇的夹角为，表示线段O＇P＇与线段M＇P＇的夹角；公式(2)和公式(3)中，L1表示载流导体M＇N＇在x轴正半轴长度，L2表示载流导体M＇N＇在x轴负半轴长度；
地表水平方向磁感应强度By和地表水平方向磁感应强度By＇的求解公式为：
公式(4)中，Boz表示垂直于地面的磁感应强度，即地表水平方向磁感应强度，μ表示载流导体M＇N＇埋藏地表的单层土壤磁导率，I表示载流导体M＇N＇中流过的电流，h表示载流导体M＇N＇在土壤中的埋设深度，y表示测量点P＇在xyz平面的纵坐标，表示线段OP与线段NP的夹角为，表示线段OP与线段MP的夹角。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
A．在待测接地网支路的地表面上任意选择两个引下线L和L＇，向引下线L注入恒定电流，并将引下线L＇作为流出电流端；
B．在引下线L和引下线L＇之间任意选定一个引下线作为待测引下线Lt，设待测引下线Lt顶端穿入地表的位置为P点，围绕P点建立待测区域A，待测区域A边界距离P点的最大距离取值范围为5m～10m；
C．测量待测区域A地表面的磁场分布，判定待测引下线Lt的连接方式；判断待测引下线Lt连接方式的具体方法是：
c1. 测量待测区域A的地表水平方向磁感应强度By和待测区域A的地表合成磁感应强度B，分别建立A区地表水平方向磁感应强度By分布图和A区地表合成磁感应强度B分布图；
c2.根据A区地表合成磁感应强度B分布图和A区地表水平方向磁感应强度By分布图判定待测引下线Lt的连接方式：
Ⅰ.若A区地表合成磁感应强度B分布图中的一边存在明显的条形凸起，同时A区地表水平方向磁感应强度By分布图的同一边是都也存在明显的条形凸起，则待测引下线Lt的连接方式为方式一；所述方式一中引下线先在地表或浅地表水平布置，到达接地网支路正上方时再垂直向下与接地网支路相连；
Ⅱ.若A区地表合成磁感应强度B分布图中四边磁场的分布相似，未存在明显凸起，同时A区地表水平方向磁感应强度By分布图的四边磁场分布变化幅度也较小，则待测引下线Lt的连接方式为方式二；所述方式二中引下线先垂直向下布置，到达接地网所在平面之后再水平布置并与接地网支路相连；
D．判定待测引下线Lt的水平布置方向，并确定待测引下线Lt与接地网支路的连接点O的位置；
连接方式为方式一时，待测引下线Lt的水平布置方向和连接点O的位置的判定包括以下步骤：
d11：在A区地表水平方向磁感应强度By分布图上选择两条与条形凸起相交的测量线，分别测量两条测量线上水平磁场的峰值，将两条测量线的峰值位置相连，连线方向即为待测引下线Lt的水平布置方向；
d12：根据接地网支路设计图纸获取水平布置距离标准T，则以P点为起点，沿步骤d11所得水平布置方向延伸距离T后所到达的位置的正下方即为连接点O的位置，T的取值为5m～10m；
连接方式为方式二时，待测引下线Lt的水平布置方向和连接点O的位置的判定包括以下步骤：
d21：以P点为圆心，以从接地网支路设计图纸获取的水平布置距离标准T为半径，建立圆形的待测区域A＇，T的取值为5m～10m；
d22：测量待测区域A＇的地表水平方向磁感应强度By＇和待测区域A＇的地表合成磁感应强度B＇，分别建立A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图和建立A＇区地表合成磁感应强度B＇分布图；
d23：选择A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图中地表水平方向磁感应强度By＇最大幅值所在位置Q，A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图的原点与位置Q之间的连线方向即为待测引下线Lt的水平布置方向：连接方式二下，A＇区地表合成磁感应强度B＇分布图和A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图中的一边均存在轻微翘起，且翘起方向相同，A＇区地表水平方向磁感应强度By＇分布图中翘起的最高点即为最大幅值所在位置Q；
d24：根据接地网支路设计图纸获取水平布置距离标准T，则以P点为起点，沿步骤d23所得水平布置方向延伸距离T后所到达的位置的正下方即为连接点O的位置；
E．根据待测引下线Lt的连接方式、水平布置方向和待测引下线Lt与接地网支路的连接点O的位置，获得待测引下线Lt的连接方向。
2.根据权利要求1所述的基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法，其特征在于：所述待测区域A建立的具体过程为：以P点为中心，分别建立边长为0.6m的内正方形和边长为1.2m的外正方形，内正方形和外正方形之间的环形区域即为待测区域A。
3.根据权利要求1所述的基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法，其特征在于：所述待测区域A和待测区域A＇的测量方法相同，均包括以下步骤：
（1）对待测区域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，以垂直于待测区域向上的方向为z轴正方向，以所选接地网支路电流的方向为x轴正方向，以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轴与待测区域的边平行或垂直；
（2）将待测区域划分为M*N的网格，网格的边与x轴平行或垂直，选择网格的节点Pij为测量点，测量点Pij对应的位置坐标为（xij，yij），其中，M为网格的行数，N为网格的列数，1≤i≤M+1,1≤j≤N+1；
（3）向引下线L中注入恒定电流，测量出测量点Pij上的地表合成磁感应强度Bij和测量点Pij上沿y轴正方向的地表水平方向磁感应强度Byij；
（4）改变测量点的位置得到网格中每个测量点的地表合成磁感应强度和沿y轴正方向的地表水平方向磁感应强度，建立待测区域的地表合成磁感应强度分布图和地表水平方向磁感应强度分布图。
4.根据权利要求1所述的基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法，其特征在于：所述步骤A中注入引下线L的电流采用频率为0 Hz～2000Hz，幅值为1A～30A的正弦交流电流。
5.根据权利要求4所述的基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法，其特征在于：所述步骤A中注入引下线L的电流的频率为1000Hz，幅值为10A。
6.根据权利要求1所述的基于磁场法的接地网引下线连接方向分析方法，其特征在于：所述待测区域A和待测区域A＇地表面磁场分布的测量采用霍尼韦尔公司的HMC1022型磁敏电阻传感器进行。
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