CN109061379B - 基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法，目的在于识别接地网的网格拓扑结构和断点位置，为利用瞬变电磁法探测接地网提供一种新的拓扑结构和断点识别方法。本发明首先利用瞬变电磁中心回线装置测量接地网的电磁响应，对于测得的同一时刻的接地网的感应电压响应分别沿x向、y向测线进行偶数阶微分处理，绘制感应电压x向、y向偶数阶微分切片图，得到接地网y向导体和x向导体的位置，最后将偶数阶微分后的x向、y向测线数据合并，绘制感应电压偶数阶微分合成切片图并得到完整的接地网的网格拓扑结构。本发明的目的在于提供一种接地网拓扑结构和断点识别的新方法。

Description

基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法

技术领域

本发明涉及一种基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法，适用于应用瞬变电磁法探测接地网拓扑结构和断点的研究中，可以准确识别接地网的网格拓扑结构和断点位置。

背景技术

接地网是变电站安全稳定运行的保障，可以为变电站提供参考地电位，通过接地下引线与变电站地上设备相连，作为快速排泄电力系统中故障电流的通道。当接地网在地下产生腐蚀发生断裂时，会使其接地性能下降，不能保障变电站的安全稳定运行。因此需要检测接地网的断点情况并及时维修。

瞬变电磁法是一种常用的地球物理探测方法，近年来也被应用于接地网的断点探测中。

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，该方法在地面测量接地网的瞬变电磁响应，将测得的各测点的感应电压数据按照烟圈理论进行反演，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，采用瞬变电磁中心回线装置测量接地网的瞬变电磁响应，并根据所测得各测点同一时刻的感应电压曲线的形态判断接地网的断点情况。

以上所述方法都是应用瞬变电磁法探测接地网的断点情况，存在的问题是无法准确识别接地网的拓扑结构和断点位置，本发明将瞬变电磁法测量得到的接地网的感应电压数据进行位置微分处理，提取接地网的拓扑结构和断点位置信息，使得结果能够清晰直观的呈现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法，解决无法准确识别接地网的拓扑结构和断点位置的问题，将瞬变电磁法测量得到的接地网的感应电压数据进行位置微分处理，提取接地网的拓扑结构和断点位置信息，使得结果能够清晰直观的呈现。

本发明是这样实现的，一种基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法包括：

一种基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法，包括如下步骤：

1)利用瞬变电磁中心回线装置在接地网上方地面测量接地网的电磁响应，测线按照接地网地面上方变电站一次设备的横纵向x、y方向测量，测点间隔l_jian不超过接地网格最小尺寸L_min的

和线圈尺寸a一半的最小值:

测得各测点的感应电压为V_ij,其中i代表x方向坐标，i＝x_qi:x_jian:x_zhong；j代表y方向坐标，j＝y_qi:y_jian:y_zhong,其中，x_qi，y_qi分别表示测点x向、y向起点坐标；x_jian，y_jian分别表示测点x向、y向测点间隔；x_zhong，y_zhong分别表示测点x向、y向终点坐标；

2)利用所测得各测点某一时刻的感应电压数据绘制感应电压切片图；

3)为了呈现接地网的y向导体的位置，对所测某一时刻接地网感应电压数据沿每一条x向测线分别对位置进行偶数阶微分得到VH^(k) _ij；为了呈现接地网的x向导体的位置，对所测某一时刻接地网感应电压数据沿每一条y向测线分别对位置进行偶数阶微分得到VL^(k) _ij；分别利用VH^(k) _ij、VL^(k) _ij数据绘制感应电压x向、y向偶数阶微分切片图；

根据感应电压x向、y向偶数阶微分切片图呈现接地网y向、x向导体的具体位置，识别规律如下：接地网导体所在位置的感应电压偶数阶微分值相较非导体位置为负向最大值或正向最大值，呈负向凸起或正向凸起；非导体位置的感应电压偶数阶微分值相较导体所在位置更接近于0，呈平地状；

4).对于得到的x向偶数阶微分的各测点数据VH^(k) _ij和y向偶数阶微分的各测点数据VL^(k) _ij进行合并得到对应的各测点数据V^(k) _ij，并利用各测点数据V^(k) _ij绘制感应电压偶数阶微分合成切片图；

5).根据感应电压切片图、感应电压x向、y向偶数阶微分切片图、感应电压偶数阶微分合成切片图识别接地网的拓扑结构和断点准确位置。

进一步地，步骤5中，根据感应电压偶数阶微分合成切片图直观呈现接地网的网格拓扑结构和较大的断点位置；对于较小的局部断点，根据感应电压切片图确定断点所在环路，根据感应电压x向、y向偶数阶微分切片图确定断点所在具体位置。

进一步地，根据感应电压切片图识别接地网的网格拓扑结构，识别规律如下：接地网格导体位置处相较非导体处的感应电压值V_ij较大，呈现凸起状，且内部导体节点位置处的感应电压值V_ij为局部极大值；非导体位置相较导体位置的感应电压值V_ij较小，呈现凹陷状；

根据感应电压切片图识别接地网存在断点的环路，识别规律如下：断点所在环路的感应电压值V_ij相较正常环路明显降低。

进一步地，根据感应电压偶数阶微分合成切片图直接识别接地网的网格拓扑结构，识别规律如下：接地网格导体位置处的感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij为负向最大值或正向最大值，呈现负向凸起或正向凸起；每个小接地网格中心位置的感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij相较接地导体处更接近于0，表现为平地状。

进一步地，当接地网存在较大的断点时，根据感应电压偶数阶微分合成切片图直接判断接地网断点的精确位置；识别规律如下：断点所在位置的感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij为负向最大值或正向最大值的特征消失，其感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij更接近于0，表现为平地状；

当接地网存在较小的局部断点时，根据感应电压x向、y向偶数阶微分切片图判断接地网断点的精确位置；识别规律如下：对于平行于断点所在导体方向的微分，断点所在位置处的感应电压偶数阶微分值相较正常无断点的接地网导体处的感应电压偶数阶微分值增大或减小；对于垂直于断点所在导体方向的微分，断点所在位置处的感应电压偶数阶微分值相较正常无断点的接地网导体处的感应电压偶数阶微分值的负向凸起或正向凸起效应减弱。

进一步地，步骤1中，瞬变电磁中心回线装置的线圈尺寸按照所测接地网格的最小尺寸选择，选择小线圈进行测量，通常接地网小网格边长为5m～15m，埋深为0.5m～1.5m，选择线圈半径不超过1m；线圈放在地面进行测量；发射电流为阶跃波、斜阶跃波或e指数波。

进一步地，步骤2中，时刻选择发射电流完全关断后1～2ms左右的时刻。

进一步地，步骤4中，对于得到的x向偶数阶微分的各测点数据VH^(k) _ij和y向偶数阶微分的各测点数据VL^(k) _ij做如下合并处理：当微分阶次的一半为奇数时，取各测点

和

中的最小值为该测点的值：

当微分阶次的一半为偶数时，取各测点和

中的最大值为该测点的值：

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明针对接地网的拓扑结构和断点识别，利用瞬变电磁法探测接地网得到的感应电压数据，对各测点同一时刻的感应电压数据按照不同测线分别对位置进行偶数阶微分处理，且对x向、y向微分进行合并处理。利用感应电压切片图、感应电压x向、y向偶数阶微分切片图、感应电压偶数阶微分合成切片图可以实现接地网的拓扑结构和断点准确位置的识别。

附图说明

图1是基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法示意图；

图2是基于瞬变电磁法的接地网探测示意图；

图3是接地网探测模型示意图；

图4是发射电流为斜阶跃波示意图；

图5是感应电压切片图；

图6是感应电压x向二阶微分切片图；

图7是感应电压y向二阶微分切片图；

图8是感应电压二阶微分合成切片图；

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。

本发明提供一种基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法：

1).利用瞬变电磁中心回线装置在接地网上方地面测量接地网的电磁响应，测线按照接地网地面上方变电站一次设备的横纵向(即x、y向)方向测量，测点间隔l_jian不超过接地网格最小尺寸L_min的

和线圈尺寸a一半的最小值，即

测得各测点的感应电压为V_ij(其中i代表x方向坐标，i＝x_qi:x_jian:x_zhong；j代表y方向坐标，j＝y_qi:y_jian:y_zhong)；

2).利用所测得各测点某一时刻的感应电压数据绘制感应电压切片图；

3).为了呈现接地网的y向导体的位置，需要对所测某一时刻接地网感应电压数据沿每一条x向测线分别对位置进行偶数阶微分得到VH^(k) _ij；为了呈现接地网的x向导体的位置，需要对所测某一时刻接地网感应电压数据沿每一条y向测线分别对位置进行偶数阶微分得到VL^(k) _ij；分别利用VH^(k) _ij、VL^(k) _ij数据绘制感应电压x、y向偶数阶微分切片图；

根据感应电压x、y向偶数阶微分切片图分别可以直观呈现接地网y、x向导体的具体位置，识别规律如下：接地网导体所在位置的感应电压偶数阶微分值相较非导体位置为负向最大值或正向最大值，呈负向凸起或正向凸起(其中，当微分阶次的一半(即

)为奇数时，为负向最大值，呈现负向凸起；当微分阶次的一半(即

)为偶数时，为正向最大值，呈现正向凸起)；非导体位置的感应电压偶数阶微分值相较导体所在位置更接近于0，呈平地状。

4).为了直观呈现接地网的网格拓扑结构，对于得到的x向k阶微分的各测点数据VH^(k) _ij和y向k阶微分的各测点数据VL^(k) _ij进行合并得到对应的各测点数据V^(k) _ij，并利用各测点的V^(k) _ij数据绘制感应电压偶数阶微分合成切片图；

5).根据感应电压切片图、感应电压x、y向偶数阶微分切片图、感应电压偶数阶微分合成切片图识别接地网的拓扑结构和断点准确位置；

根据感应电压切片图可以大体识别接地网的网格拓扑结构，识别规律如下：接地网格导体位置处相较非导体处的感应电压值V_ij较大，呈现凸起状，且内部导体节点位置处的感应电压值V_ij为局部极大值；非导体位置相较导体位置的感应电压值V_ij较小，呈现凹陷状。

根据感应电压切片图可以识别接地网存在断点的环路，识别规律如下：断点所在环路的感应电压值V_ij相较正常环路明显降低。

根据感应电压偶数阶微分合成切片图可以直接识别接地网的网格拓扑结构，识别规律如下：接地网格导体位置处的感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij为负向最大值或正向最大值，呈现负向凸起或正向凸起(其中，当微分阶次的一半(即

)为奇数时，为负向最大值，呈现负向凸起；当微分阶次的一半(即

)为偶数时，为正向最大值，呈现正向凸起)；每个小接地网格中心位置的感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij相较接地导体处更接近于0，表现为平地状。

当接地网存在较大的断点时，可以根据感应电压偶数阶微分合成切片图直接判断接地网断点的精确位置；识别规律如下：断点所在位置的感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij为负向最大值或正向最大值的特征消失，其感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij更接近于0，表现为平地状。

当接地网存在较小的局部断点时，根据感应电压x、y向偶数阶微分切片图可以判断接地网断点的精确位置；识别规律如下：对于平行于断点所在导体方向的微分，断点所在位置处的感应电压偶数阶微分值相较正常无断点的接地网导体处的感应电压偶数阶微分值增大或减小(其中，当微分阶次的一半(即

)为奇数时，表现为增大；当微分阶次的一半(即

)为偶数时，表现为减小)；对于垂直于断点所在导体方向的微分，断点所在位置处的感应电压偶数阶微分值相较正常无断点的接地网导体处的感应电压偶数阶微分值的负向凸起或正向凸起效应减弱(其中，当微分阶次的一半(即

)为奇数时，表现为负向凸起减弱；当微分阶次的一半(即

)为偶数时，表现为正向凸起减弱)。

步骤1中，瞬变电磁中心回线装置的线圈尺寸按照所测接地网格的最小尺寸选择，选择小线圈进行测量，通常接地网小网格边长为5m～15m，埋深为0.5m～1.5m，选择线圈半径不超过1m；线圈放在地面进行测量；发射电流为阶跃波、斜阶跃波或e指数波。

步骤2中，时刻选择发射电流完全关断后1～2ms左右的时刻。

步骤4中，对于得到的x向k阶微分的各测点数据VH^(k) _ij和y向k阶微分的各测点数据VL^(k) _ij做如下合并处理：当微分阶次的一半(即

)为奇数时，取各测点

和

中的最小值为该测点的值，即

当微分阶次的一半(即

)为偶数时，取各测点

和

中的最大值为该测点的值，即

步骤5中，根据感应电压偶数阶微分合成切片图可以清晰直观呈现接地网的网格拓扑结构和较大的断点位置；对于较小的局部断点，根据感应电压切片图确定断点所在环路，根据感应电压x、y向偶数阶微分切片图可以确定断点所在具体位置。

实施例

参见图1结合图2所示，一种基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法，包括：

1).按照如图2所示的瞬变电磁法探测接地网示意图，对图3所示的4×4的接地网模型进行探测，接地网格边长为5m，埋深为0.6m，图中位置B存在断点，按照图3中所示45条测线进行测量，每条测线长25m，测点间隔为0.5m，测线间隔为0.5m，发射、接收线圈尺寸相同，半径为0.5m；发射电流为如图4所示的斜阶跃波，其中I＝5A,T₁＝3ms,T₂＝10ms,T₃＝11.3ms,T＝20ms。测量各测点的感应电压值。

2).取发射电流完全关断后1ms的各测点的感应电压数据绘制感应电压切片图如图5所示。

3).将感应电压数据分别沿x、y向测线对位置进行二阶微分，分别得到感应电压x、y向二阶微分数据VH⁽²⁾ _ij、VL⁽²⁾ _ij，绘制感应电压x、y向二阶微分切片图分别如图6、7所示。

4).为了直观呈现接地网的网格拓扑结构，对于得到的x向二阶微分的各测点数据VH⁽²⁾ _ij和y向二阶微分的各测点数据VL⁽²⁾ _ij进行合并得到对应的各测点数据

并利用各测点的V⁽²⁾ _ij数据绘制感应电压二阶微分合成切片图如图8所示。

5).根据感应电压切片图可以看出，接地网格导体位置处相较非导体处的感应电压值V_ij较大，呈现凸起状，且内部导体节点位置处的感应电压值V_ij为局部极大值；非导体位置相较导体位置的感应电压值V_ij较小，呈现凹陷状。断点B所在环路的感应电压值V_ij相较正常环路明显降低。可以识别接地网大体的拓扑结构和断点B所在环路。

根据感应电压x、y向二阶微分切片图可以看出，接地网导体所在位置的感应电压二阶微分值相较非导体位置为负向最大值，呈负向凸起；非导体位置的感应电压二阶微分值相较导体所在位置更接近于0，呈平地状。对于平行于断点所在导体方向(即y向)的微分，断点B所在位置处的感应电压二阶微分值相较正常无断点的接地网导体处的感应电压二阶微分值增大；对于垂直于断点所在导体方向(即x向)的微分，断点所在位置处的感应电压二阶微分值相较正常无断点的接地网导体处的感应电压二阶微分值的负向凸起效应减弱。可以识别接地网y、x向导体的具体位置和断点B所在位置。

根据感应电压二阶微分合成切片图可以看出，接地网格导体位置处的感应电压二阶微分合成值V⁽²⁾ _ij为负向最大值，呈现负向凸起；每个小接地网格中心位置的感应电压二阶微分合成值V⁽²⁾ _ij相较接地导体处更接近于0，表现为平地状。断点B所在位置的感应电压二阶微分合成值V⁽²⁾ _ij为负向最大值的特征消失。可以直接识别接地网的网格拓扑结构和断点B所在位置。

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 (8)

1.一种基于感应电压微分法的接地网拓扑结构和断点识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)利用瞬变电磁中心回线装置在接地网上方地面测量接地网的电磁响应，测线按照接地网地面上方变电站一次设备的横纵向x、y方向测量，测点间隔l_jian不超过接地网格最小尺寸L_min的

和线圈尺寸a一半的最小值:

测得各测点的感应电压为V_ij,其中i代表x方向坐标，i＝x_qi:x_jian:x_zhong；j代表y方向坐标，j＝y_qi:y_jian:y_zhong,其中，x_qi，y_qi分别表示测点x向、y向起点坐标；x_jian，y_jian分别表示测点x向、y向测点间隔；x_zhong，y_zhong分别表示测点x向、y向终点坐标；

2)利用所测得各测点某一时刻的感应电压数据绘制感应电压切片图；

3)为了呈现接地网的y向导体的位置，对所测某一时刻接地网感应电压数据沿每一条x向测线分别对位置进行偶数阶微分得到VH^(k) _ij；为了呈现接地网的x向导体的位置，对所测某一时刻接地网感应电压数据沿每一条y向测线分别对位置进行偶数阶微分得到VL^(k) _ij；分别利用VH^(k) _ij、VL^(k) _ij数据绘制感应电压x向、y向偶数阶微分切片图；

根据感应电压x向、y向偶数阶微分切片图呈现接地网y向、x向导体的具体位置，识别规律如下：接地网导体所在位置的感应电压偶数阶微分值相较非导体位置为负向最大值或正向最大值，呈负向凸起或正向凸起；非导体位置的感应电压偶数阶微分值相较导体所在位置更接近于0，呈平地状；

4).对于得到的x向偶数阶微分的各测点数据VH^(k) _ij和y向偶数阶微分的各测点数据VL^(k) _ij进行合并得到对应的各测点数据V^(k) _ij，并利用各测点数据V^(k) _ij绘制感应电压偶数阶微分合成切片图；

5).根据感应电压切片图、感应电压x向、y向偶数阶微分切片图、感应电压偶数阶微分合成切片图识别接地网的拓扑结构和断点准确位置。

2.按照权利要求1所述的识别方法，其特征在于，

步骤5中，根据感应电压偶数阶微分合成切片图直观呈现接地网的网格拓扑结构和断点位置；对于局部断点，根据感应电压切片图确定断点所在环路，根据感应电压x向、y向偶数阶微分切片图确定断点所在具体位置。

3.按照权利要求1所述的识别方法，其特征在于，根据感应电压切片图识别接地网的网格拓扑结构，识别规律如下：接地网格导体位置处相较非导体处的感应电压值V_ij较大，呈现凸起状，且内部导体节点位置处的感应电压值V_ij为局部极大值；非导体位置相较导体位置的感应电压值V_ij较小，呈现凹陷状；

根据感应电压切片图识别接地网存在断点的环路，识别规律如下：断点所在环路的感应电压值V_ij相较正常环路明显降低。

4.按照权利要求1所述的识别方法，其特征在于，根据感应电压偶数阶微分合成切片图直接识别接地网的网格拓扑结构，识别规律如下：接地网格导体位置处的感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij为负向最大值或正向最大值，呈现负向凸起或正向凸起；每个小接地网格中心位置的感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij相较接地导体处更接近于0，表现为平地状。

5.按照权利要求1所述的识别方法，其特征在于，

当接地网存在较大的断点时，根据感应电压偶数阶微分合成切片图直接判断接地网断点的精确位置；识别规律如下：断点所在位置的感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij为负向最大值或正向最大值的特征消失，其感应电压偶数阶微分合成值V^(k) _ij更接近于0，表现为平地状；

当接地网存在较小的局部断点时，根据感应电压x向、y向偶数阶微分切片图判断接地网断点的精确位置；识别规律如下：对于平行于断点所在导体方向的微分，断点所在位置处的感应电压偶数阶微分值相较正常无断点的接地网导体处的感应电压偶数阶微分值增大或减小；对于垂直于断点所在导体方向的微分，断点所在位置处的感应电压偶数阶微分值相较正常无断点的接地网导体处的感应电压偶数阶微分值的负向凸起或正向凸起效应减弱。

6.按照权利要求1所述的识别方法，其特征在于：

步骤1中，瞬变电磁中心回线装置的线圈尺寸按照所测接地网格的最小尺寸选择，选择小线圈进行测量，接地网小网格边长为5m～15m，埋深为0.5m～1.5m，选择线圈半径不超过1m；线圈放在地面进行测量；发射电流为阶跃波、斜阶跃波或e指数波。

7.按照权利要求1所述的识别方法，其特征在于：

步骤2中，时刻选择发射电流完全关断后1～2ms左右的时刻。

8.按照权利要求1所述的识别方法，其特征在于：

步骤4中，对于得到的x向偶数阶微分的各测点数据VH^(k) _ij和y向偶数阶微分的各测点数据VL^(k) _ij做如下合并处理：当微分阶次的一半为奇数时，取各测点

和

中的最小值为该测点的值：

当微分阶次的一半为偶数时，取各测点

和

中的最大值为该测点的值：

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