CN108594312A - 一种拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测装置与方法，目的在于屏蔽线圈上方良导体的影响，并探测接地网的断点情况。本发明首先以拱型管作为发射线圈的支架，从拱型管的一端开始采用偶数层螺旋缠绕的方式绕制发射线圈，发射线的两头会从拱型管的一端引出，并将引出的两根发射线并起来，接收线圈位于拱型发射线圈的底端中间对称位置；构成接地网断点探测装置。在接地网上方地面布置多条侧线，将拱型探测装置垂直或平行于接地网一个方向的导体探测接地网的响应，利用感应电压切片图判断接地网断点情况。本发明的目的在于屏蔽线圈上方良导体的影响，并探测接地网的断点情况。

Description

一种拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测装置与方法

技术领域

本发明涉及一种拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测装置与方法，适用于应用电磁探测方法探测接地网断点的研究中，可以屏蔽线圈上方良导体的影响，并探测接地网的断点情况。

背景技术

变电站的接地网对电力系统的安全可靠运行起着重要作用，其一旦发生故障，将会产生巨大的损失。在我国接地网所使用的材料主要是扁钢和圆钢等钢制材料，常年埋于地下，易发生腐蚀甚至变细断裂，但目前并没有成熟准确的方法可用于接地网断点检测的工程实际。

电磁法探测是一种常用的地球物理方法，主要包括瞬变电磁法TEM、频率域电磁法FEM、探地雷达方法GPR。近年来该类方法也被应用于接地网的断点检测中。但由于接地网地面上方会有许多良导体，应用普通的电磁探测装置无法屏蔽上方良导体的影响，将会影响接地网的断点探测。

中国专利CN201410069150.8公开了一种瞬变电磁法的接地网断点诊断方法，该方法基于瞬变电磁法，采用中心回线装置在接地网上方地面进行探测，用各测点的感应电压数据反演得到视电阻率断面图，并以此判断接地网的断点情况。

中国专利CN201510418318.6公开了一种基于瞬变电磁异常环原理的接地网断点诊断方法，该方法将接地网视为异常线圈，根据欲检测位置,确定测量区域，在接地网上方地面采用中心回线装置进行探测，根据测量的感应电压形态判断接地网的断点情况。

中国专利CN201610006760.2公开了基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置与方法，该方法以密绕螺线的方式缠绕在U形支架上,发射线的两端分别在U形支架的两端连接发射机，接收线圈与发射线圈保持间隔1～5m，采用二分搜索算法进行全区视电阻率计算,用于井下矿井隧道的探测。

以上所述方法应用瞬变电磁法探测接地网的断点情况，采用中心回线探测装置，这种探测装置无法屏蔽地面上方良导体的影响。基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪可以屏蔽发射线圈上方良导体的影响，但是由于发射线的两头分离，分别在U形管的两端，发射线连接发射机将会整体构成一个大圈，发射线的移动对接收到的感应电压变化很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测装置与方法，解决接地网地面上方存在大量良导体的问题。

本发明是这样实现的，

一种拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测装置，该装置包括：连接有接收机的接收线圈，以及连接发射机的发射线圈，所述发射线圈包括一不导电材质的拱型管骨架作为支撑，在所述拱型管骨架上具有螺旋缠绕的发射线。

进一步地，所述拱型支撑骨架选自是圆形环或椭圆形环的一部分弧形、或两侧平行中间采用弧形连接的u型结构。

进一步地，所述发射线圈为开口端开口角度小于等于180度的拱型发射线圈。

进一步地，所述发射线为偶数层，每偶数层均从拱型管骨架的一端管脚向另一端管脚缠绕后沿第一次缠绕方向双层缠绕回发射线开始缠绕的位置，形成双层，发射线的两头并起来连接发射机。

进一步地，所述接收线圈位于发射线圈的底端中间对称位置，连接接收机。

进一步地，所述发射线圈的制备方法包括如下步骤：

1).采用不导电材质的拱型管作为发射线圈的支撑；

2).先从拱型管的一端管脚处开始将发射线缠绕成拱型螺线管的形状；

3).缠绕到拱型管的另一端管脚后，再将发射线沿之前的缠绕方向双层缠绕回发射线开始缠绕的位置，反复至少一次，发射线的两头会从拱型管的一端引出，并将引出的两端并起来，连接发射机。

一种拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测方法，包括：

1).在接地网上方地面布置多个测点；

2).将探测装置垂直或平行于接地网一个方向的导体探测接地网的响应；

3).利用各测点发射电流完全关断后同一时刻的感应电压切片图判断接地网断点情况。

进一步地，所述探测装置包括有发射线圈和接收线圈，所述发射线圈为拱型，接收线圈位于发射线圈的底端中间对称位置，连接接收机，所述发射线圈的制备步骤包括：

采用不导电材质的拱型管作为拱型发射线圈的支撑；

先从拱型管的一端管脚处开始将发射线缠绕成拱型螺线管的形状；

缠绕到另一端管脚后，再将发射线沿之前的缠绕方向双层缠绕回发射线开始缠绕的位置，反复至少一次；发射线的两头会从拱型管的一端引出，并将引出的两根发射线并起来，连接发射机。

进一步地，步骤3)中，感应电压切片图判断接地网断点的方法包括：

当接地网完好时，按照拱型发射线圈的平面方向，感应电压切片图整体表现为一正一负；对于内部的导体段，平行于发射线圈平面方向的导体段，感应电压表现为凹陷；垂直于拱型发射线圈平面方向的导体段，感应电压表现为正负交界；

当接地网的断点位于接地网的边缘导体或边缘节点处，则断点所在的环路效应消失，只显示为单根导体的响应，在导体两端出现感应电压一正一负，相较于环路的响应，感应电压值会小很多；

当接地网的断点位于接地网的内部导体处，对于平行于拱型发射线圈平面方向的导体段，则断点所在的感应电压不再凹陷；对于垂直于拱型发射线圈平面方向的导体段，则断点所在的感应电压正负交界的区间会缩短，正负峰值的距离会缩短；

当接地网的断点位于接地网的内部节点处，相当于内部导体全部断开，平行于拱型发射线圈平面方向的导体段所在的感应电压不再凹陷；垂直于拱型发射线圈平面方向的导体段所在的感应电压正负交界的区间会缩短，正负峰值的距离会缩短；

对于接地网内部导体和内部节点出现断点的情况，断开的不构成回路的导体表现为单个导体的响应，感应电压值在导体两端表现为一正一负。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明针对接地网地面上方存在大量良导体的问题，采用拱型螺线管发射线圈，并限制缠绕角度大于等于180度，屏蔽发射线圈上方良导体的响应，并采用偶数层缠绕的方式，使发射线从一端引出并起来，消除发射线的移动造成的影响，接收线圈放在发射线圈底端中心对称位置，可以保证探测良导体的对称性，更易分辨。通过电流完全关断后各测点同一时刻的感应电压切片图判断接地网的断点情况。

附图说明

图1是一种基于偶数层拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测装置部分结构示意图；

图2是一种基于偶数层拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测步骤流程图；

图3是基于偶数层拱型螺线管发射线圈的探测装置测量接地网示意图；

图4是单层拱型发射线圈示意图；

图5是双层拱型发射线圈示意图；

图6是单层和双层缠绕的拱型线圈移动发射线时连续采集接收到的感应电压对比图；

图7是底端开口角度等于180度的双层拱型发射线圈对不同位置良导体的衰减曲线(绝对值)示意图；

图8是本发明一个实施例接地网平面示意图；

图9是本发明一个实施例感应电压切片图结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1、4、5结合图3所示，一种基于偶数层拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测装置，包括连接有接收机的接收线圈3，以及连接发射机的发射线圈，所述发射线圈，采用不导电材质的拱型管作为拱型发射线圈的支撑(图1中发射线圈内部4的位置)；采用螺旋缠绕的方式在拱型支撑骨架上缠绕发射线1，制作发射线圈，拱型支撑骨架可以是圆形环、椭圆形环等的一部分弧形环，或两侧平行中间采用弧形连接的u型结构。发射线圈为开口端开口角度2小于等于180度的拱型发射线圈，当然，拱型支撑骨架为开口端开口角度小于等于180度的结构。优选地，选择拱型支撑骨架形成的发射线圈开口端开口角度小于180度的拱型发射线圈，例如对于圆形环或者对于椭圆形环而言，开口端为一个缺口，缺口所在的弧形对应的圆心角为定义为开口角度，这个角度在小于180度时，效果最佳，为了证明这个效果，见如下的对比，如图4和图5所示，分别选用底端开口角度大于180度的拱型发射线圈(图4a，图5a)、底端开口角度等于180度的拱型发射线圈(图4b，图5b)(螺旋缠绕绝对的180度不好控制，所以将下方管脚延长，以确保底端开口角度为180度)、底端开口角度小于180度的拱型发射线圈(图4c，图5c)。拱型发射线圈的磁感线为穿过线圈内部并从管脚的一端到另一端闭合，当拱型线圈的底端开口角度大于180度时，磁感线不仅从拱型线圈的下方从一端回到另一端，也会从上方从一端回到另一端，这样当上方有良导体时就不能干扰下方接地网的检测；而当拱型线圈的底端开口角度大于180度时，磁感线仅从拱型线圈的下方从一端回到另一端。为了能够屏蔽掉发射线圈上方良导体的响应，拱型线圈的底端开口角度小于等于180度的为最优的选择。

发射线圈螺旋线缠绕在拱型管上，形成偶数层的结构，先从拱型管的一端管脚处开始将发射线缠绕成拱型螺线管的形状；缠绕到另一端管脚后，再将发射线沿之前的缠绕方向双层(任意偶数层缠绕均可)缠绕回发射线开始缠绕的位置，发射线的两头会从拱型管的一端引出，并将引出的发射线两头并起来，连接发射机。如图6所示，分别为单层(图6a)和双层缠绕(图6b)的拱型线圈移动发射线时，连续采集接收到的感应电压，可以看出双层缠绕的拱型线圈可以消除发射线移动造成的接收到感应电压的改变。

接收线圈位于拱型发射线圈的底端中间对称位置，连接接收机，可以保证探测的对称性，探测结果没有位置偏移，更易分辨；若拱型发射线圈两边绝对对称，接收线圈放在中间对称位置，一次场将会被抵消掉，只接收到二次场，但实际绕制较难达到绝对对称，所以会接收到二次场以及未完全抵消掉的一次场。底端开口角度等于180度的双层拱型发射线圈对不同位置良导体的衰减曲线(绝对值)如图7所示，可以看出，当发射线圈上方有异常时与无异常时测得的感应电压衰减曲线基本重合，证明该拱型线圈可以屏蔽发射线圈上方的异常响应；当发射线圈下方中间位置有异常时，由于穿过良导体的正负磁场的抵消，感应电压衰减曲线与无异常时重合；当发射线圈下方靠近一端管脚处有异常时，感应电压衰减曲线位于无异常时曲线的下方；当发射线圈下方靠近另一端管脚处有异常时，感应电压衰减曲线位于无异常时曲线的上方；说明两管脚处垂向磁场表现为一正一负，接收到的异常体的感应电压也为一正一负；相较于无异常时的衰减曲线，以其为基准，下方两管脚处有异常时表现为一上一下。

本实施提供的测量方法采用如图8所示的接地网格，小网格边长为0.5m，接地网导体边框为0.04m，接地网距地面0.2m，左上方网格处有断点，在接地网上方地面布置多个测点；共13条测线，各测线间隔为0.1m，每条测线上13个测点，各测点间隔0.1m。参见图1，包括:

1).确定拱型发射线圈的形状尺寸，采用不导电材质的拱型管作为拱型发射线圈的支撑；

2).采用偶数层缠绕的方式绕制拱型发射线圈，先从拱型管的一端管脚处开始将发射线缠绕成拱型螺线管的形状；

3).缠绕到另一端管脚后，再将发射线沿之前的缠绕方向双层(任意偶数层缠绕均可)缠绕回发射线开始缠绕的位置，发射线的两头会从拱型管的一端引出，并将引出的两根发射线并起来，连接发射机；

4).接收线圈位于拱型发射线圈的底端中间对称位置，连接接收机；

5).在接地网上方地面布置多个测点；

6).将拱型探测装置垂直或平行于接地网一个方向的导体探测接地网的响应；

7).利用各测点发射电流完全关断后同一时刻的感应电压切片图判断接地网断点情况。

感应电压切片图判断接地网断点的方法包括：

当接地网完好时，按照拱型发射线圈的平面方向，感应电压切片图整体表现为一正一负；对于内部的导体段，平行于发射线圈平面方向的导体段，感应电压表现为凹陷；垂直于拱型发射线圈平面方向的导体段，感应电压表现为正负交界；

当接地网的断点位于接地网的边缘导体或边缘节点处，则断点所在的环路效应消失，只显示为单根导体的响应，在导体两端出现感应电压一正一负，相较于环路的响应，感应电压值会小很多；

当接地网的断点位于接地网的内部导体处，对于平行于拱型发射线圈平面方向的导体段，则断点所在的感应电压不再凹陷；对于垂直于拱型发射线圈平面方向的导体段，则断点所在的感应电压正负交界的区间会缩短，正负峰值的距离会缩短；

当接地网的断点位于接地网的内部节点处，相当于内部导体全部断开，平行于拱型发射线圈平面方向的导体段所在的感应电压不再凹陷；垂直于拱型发射线圈平面方向的导体段所在的感应电压正负交界的区间会缩短，正负峰值的距离会缩短；

对于接地网内部导体和内部节点出现断点的情况，断开的不构成回路的导体表现为单个导体的响应，感应电压值在导体两端表现为一正一负。

如图9所示，沿测线方向，即按照拱型发射线圈的平面方向，感应电压切片图整体表现为一正一负；接地网的边缘处导体存在断点，断点所在的环路效应消失；对于内部的导体段，平行于拱型发射线圈平面方向的导体段，该处的感应电压表现为凹陷，垂直于拱型发射线圈平面方向的导体段，该处的感应电压表现为正负交界。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测装置，其特征在于，该装置包括：连接有接收机的接收线圈，以及连接发射机的发射线圈，所述发射线圈包括一不导电材质的拱型管骨架作为支撑，在所述拱型管骨架上具有螺旋缠绕的发射线。

2.按照权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述拱型支撑骨架选自是圆形环或椭圆形环的一部分弧形、或两侧平行中间采用弧形连接的u型结构。

3.按照权利要求1或2所述的探测装置，其特征在于，所述发射线圈为开口端开口角度小于等于180度的拱型发射线圈。

4.按照权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述发射线为偶数层，每偶数层均从拱型管骨架的一端管脚向另一端管脚缠绕后沿第一次缠绕方向双层缠绕回发射线开始缠绕的位置，形成双层，发射线的两头并起来连接发射机。

5.按照权利要求1或4所述的探测装置，其特征在于，所述接收线圈位于发射线圈的底端中间对称位置，连接接收机。

6.按照权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述发射线圈的制备方法包括如下步骤：

1).采用不导电材质的拱型管作为发射线圈的支撑；

2).先从拱型管的一端管脚处开始将发射线缠绕成拱型螺线管的形状；

3).缠绕到拱型管的另一端管脚后，再将发射线沿之前的缠绕方向双层缠绕回发射线开始缠绕的位置，反复至少一次，发射线的两头会从拱型管的一端引出，并将引出的两端并起来，连接发射机。

7.一种拱型螺线管发射线圈的接地网断点探测方法，其特征在于，包括：

1).在接地网上方地面布置多个测点；

2).将探测装置垂直或平行于接地网一个方向的导体探测接地网的响应；

3).利用各测点发射电流完全关断后同一时刻的感应电压切片图判断接地网断点情况。

8.按照权利要求7所述的探测方法，其特征在于：所述探测装置包括有发射线圈和接收线圈，所述发射线圈为拱型，接收线圈位于发射线圈的底端中间对称位置，连接接收机，所述发射线圈的制备步骤包括：

采用不导电材质的拱型管作为拱型发射线圈的支撑；

先从拱型管的一端管脚处开始将发射线缠绕成拱型螺线管的形状；

缠绕到另一端管脚后，再将发射线沿之前的缠绕方向双层缠绕回发射线开始缠绕的位置，反复至少一次；发射线的两头会从拱型管的一端引出，并将引出的两根发射线并起来，连接发射机。

9.按照权利要求7所述的探测方法，其特征在于：

步骤3)中，感应电压切片图判断接地网断点的方法包括：

当接地网完好时，按照拱型发射线圈的平面方向，感应电压切片图整体表现为一正一负；对于内部的导体段，平行于发射线圈平面方向的导体段，感应电压表现为凹陷；垂直于拱型发射线圈平面方向的导体段，感应电压表现为正负交界；

当接地网的断点位于接地网的边缘导体或边缘节点处，则断点所在的环路效应消失，只显示为单根导体的响应，在导体两端出现感应电压一正一负，相较于环路的响应，感应电压值会小很多；

当接地网的断点位于接地网的内部导体处，对于平行于拱型发射线圈平面方向的导体段，则断点所在的感应电压不再凹陷；对于垂直于拱型发射线圈平面方向的导体段，则断点所在的感应电压正负交界的区间会缩短，正负峰值的距离会缩短；

当接地网的断点位于接地网的内部节点处，相当于内部导体全部断开，平行于拱型发射线圈平面方向的导体段所在的感应电压不再凹陷；垂直于拱型发射线圈平面方向的导体段所在的感应电压正负交界的区间会缩短，正负峰值的距离会缩短；

对于接地网内部导体和内部节点出现断点的情况，断开的不构成回路的导体表现为单个导体的响应，感应电压值在导体两端表现为一正一负。