CN109738759A - 一种接地网状导体状态无损检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种接地网状导体状态无损检测系统与方法，信号发射系统向接地网注入一定频率和一定电流强度的正弦波信号，信号接收系统的遥控无人机携带的信号探测采集装置，在接地网地表面快速巡航进行数据采集，完成对接地网支路导体在地表面邻近空间区域激发磁场的探测。由遥控无人机携带的北斗BDS、GPS双模卫星定位导航系统、磁场探测单元和数据无线传输系统，将空间坐标数据信息和同步采集到的磁场数据信息一同无线发射至由无线接收单元、电脑及软件组成的终端上位机系统。通过对数据的实时接收、存储、汇总和分析，快速获得接地网地表面磁场分布，输出接地网状态和接地网安全性能评估结果。本发明具有操作简便、工作效率高、诊断准确的特点。

Description

一种接地网状导体状态无损检测系统和方法

技术领域

本发明属电力系统检测技术领域，具体地涉及一种接地网状导体状态无损检测系统和方法。

背景技术

接地网是输配电工程变电站的必要设施，接地网在电力系统安全运行中起着十分重要的作用。首先是工作需要，为变电站内的各种电气设备提供一个公共的参考地；另外也是安全保护的需要，在电力系统出现短路故障或遭受雷击时，能迅速泄放故障电流并降低被保护区域的地电位上升，保护工作人员的人身安全以及各种电气设备的安全和正常运行。变电站的接地网通常利用扁钢或圆钢等材料焊接组成网格结构，通常埋入地下1米以内的深度，起到泄放故障电流、均压和减小接地阻抗的作用。根据需要在接地网不同位置通过上引导体线与地表面的电气设备相连接。

钢质材料的接地网导体随运行年限的增加，常因焊接、腐蚀等因素，导致接地网导体变细、断裂或出现断点。不同地区因地质、气候条件的差异，腐蚀速率也存在较大的差异，接地网导体截面积过度减小或断裂，会破坏原有接地网的设计结构，造成接地阻抗升高，降低接地性能，丧失保护功能。一旦由接地网引发电力系统事故，常会造成设备损坏、突然停电，其直接和介接经济损失巨大。

排查接地网导体的断点和腐蚀状态是电力系统运检部门一项重要的预防事故措施。目前，电力部门诊断接地网腐蚀或断裂缺陷的常用方法就是过一定年限后抽样挖开检查，根据接地网处土壤的大致结构和腐蚀速率，凭经验估计接地网体的腐蚀状态。这种方法具有盲目性，工作量大，需要消耗大量的人力、物力和财力，同时还受到现场运行条件的制约，很难准确地诊断接地装置的缺陷。

对于大型网格状接地体，研究人员也开展了大量研究工作，进行了一些新方法的尝试，例如，电化学方法、探地雷达方法、节点互阻抗法、地表电位方法、瞬变电磁方法等。上述方法为大型接地网体的检测提供了一些思路，在实际运用中还存在诸多局限性。其中，电化学方法可分析项目少，只能获得局部的信息；探地雷达用于接地网体的检测存在分辨率不足的问题；节点互阻抗法需要精准的接地网体图纸，需要跟踪对比，且易受天气、土壤条件等因素的影响，检测周期长、效率低。在实际工程中，当接地网导体局部腐蚀或出现小断口时，地表电位变化较小，用于接地网体的腐蚀状态和寻找断点也是困难的。现有的电磁方法需要在变电站接地网地表面往复测量，效率不高，有时受到地表地物的影响，某些区域无法触及。随着我国电力事业的快速发展，装机容量逐年增加，快速准确检测接地网的断点和腐蚀，是保障电力系统安全稳定运行的一个重要预防事故措施之一。

发明内容

本发明用于大型网格状接地网导体断点和腐蚀状态的检测，提供一种具有遥控无人机数据采集和无线数据传输等技术特点，检测效率高、操作简便、诊断准确的接地网无损检测方法，本发明同时还给出实现该方法的系统。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一方面提出一种接地网状导体状态无损检测系统，包括：信号发射系统、信号接收系统和后台终端，其特征在于：所述信号发射系统向接地网注入一定频率和一定电流强度的正弦波信号，所述信号接收系统用于测量上述信号并将测量的信号传输给所述后台终端，所述后台终端处理所述传输信号并进行接地网状态的分析。

另一方面，提出一种接地网状导体状态无损检测方法，包括：利用信号发射系统向接地网注入一定频率和一定电流强度的正弦波信号，信号接收系统用于测量上述信号并将测量的信号传输给所述后台终端，所述后台终端处理所述传输信号并进行接地网状态的分析。

进一步，发射系统为一个低压大电流交流恒流源。

进一步，接收系统由安装在遥控无人机上的磁场探测单元以及北斗BDS和GPS双模定位导航单元和无线传输单元组成。

进一步，后台终端由无线接收单元、电脑及软件组成。

进一步，利用遥控无人上的磁场探测单元机进行接地网地表面磁场的快速扫描测量。

进一步，利用北斗BDS和GPS双模定位导航单元进行时钟同步和接地网位置坐标的获取。

进一步，后台终端根据所接收的磁场数据绘制接地网磁场分布图，进而对接地网导体断点和腐蚀状态的安全性能进行评估。

本发明针对利用磁场测量进行接地网状态检测，磁场测量费时费力效率低的不足，将现有直升机技术、北斗卫星定位导航和无线数据传输技术相结合，实现了变电站接地网磁场分布的快速测量，进行变电站接地网水平均压导体断点、腐蚀检测方的法和系统，针对变电站地下网格状水平均压导体接地网的特点，在不挖开、不影响变电站运行的情况下，通过上引导体线发射中频正弦电流信号，测量其在地表面临近空间区域激发的同频信号进行接地网断点和腐蚀状态的缺陷诊断。是一个以发射源、遥控接收机测量装置、和计算机三者构成的一整套诊断测量系统。既可用于变电站接地网的断点和腐蚀状态诊断，也可用石化泵气站、军用雷达网接地网等特殊地形条件下接地导体的检测和诊断。其方法简便、诊断效率高、工程实用性强。

附图说明

图1为本发明的一种接地网状导体状态无损检测系统原理示意图；

图2为本发明的一种接地网状导体状态无损检测系统中的磁场探测单元结构原理；

图3为本发明的一种接地网状导体状态无损检测系统中的位置坐标与磁场数据无线传输单元结构图；

图4为本发明的一种接地网状导体状态无损检测系统中的后台终端控制系统原理图；

图5本发明的系统测量的流程图；

图6为利用本发明的系统和方法对某变电站接地网磁场分布测量的结果图；

图7为利用本发明的系统和方法对另一变电站接地网测量的存在腐蚀断点的磁场分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1为本发明的一种接地网状导体状态无损检测系统原理示意图。本发明的一种接地网状导体状态无损检测系统，由信号发射系统1、信号接收系统和后台终端三部分组成。信号发射系统通过接地网2的两条上引导体线3向接地网2注入一定频率和一定电流强度的正弦波信号电流。利用携带磁场探测单元和磁场数据无线传输单元的直升机4在接地网地表面10CM以上的水平空间巡航测量，通过逐行扫描测量并将位置信息和磁场强度信息实时传回到后台终端。

信号发射系统1，为一个低压大电流交流恒流源。信号发射系统1可以是一个工作频率400Hz，输出开路电压1-50V，输出电流1-100A的中频正弦波交流恒流源，航空舰船通用中频电源，市场有售。

信号接收系统由磁场测量单元、位置坐标及数据无线传输单元组成。后台终端由磁场数据无线接收单元、电脑及其上的软件组成。

图2为本发明的一种接地网状导体状态无损检测系统中的磁场探测单元结构原理图。如图2所示，磁场探测单元由传感器线圈L、双运放A和滤波芯片B三部分组成。

具有中心抽头的传感线圈L中心抽头端接地，其输出端分别与双运放AD8607第一运放的②、③管脚连接，AD8607的第一运放输出管脚①与滤波芯片MAX267的⑤脚连接，MAX267的②脚输出接AD8607的第二运放输入端⑥脚，AD8607第二运放的⑦脚为测量信号经调理后的输出端。

传感线圈L是利用直径为0.05mm的微细自粘漆包线，采用双线并饶的方式，绕制200匝制作而成的，将其置于直升机的最下方。单元电路及芯片均采用小体积、重量轻的贴片模式焊接组装在一块线路板上，然后安装在直升机的吊舱中。

图3为本发明的一种接地网状导体状态无损检测系统中的位置坐标与磁场数据无线传输单元结构图。如图3所示，磁场数据无线传输单元由北斗BDS和GPS高灵敏度定位导航模块C、微处理器D和无线发射接收互易芯片E组成。北斗BDS和GPS双模高灵敏度定位导航模块MT-5365时钟作为整套系统的时间基准，其CLK、PPS和TCD数据输出端分别与微处理器LPC2220-FBD144的对应数据输入端连接，微处理器LPC2220-FBD144的AINT3输入端口与附图2中AD8607的⑦连接。

附图4为本发明的一种接地网状导体状态无损检测系统中的后台终端控制系统原理图。终端控制系统由磁场数据无线接收芯片P,微处理器Q和终端控制上位机R组成。磁场数据无线接收芯片可为nRF905,微处理器Q可为微处理器LPC2220FBD144。磁场数据无线接收芯片nRF905的数据输出端口P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P0.13和P0.14分别连接至微处理器LPC2220的数据输入端口SCK0、MISO0、MISI0、CSN、DR、CD-nF，微处理器CPU的数据控制总线AM、PWR-UP、uCLK、TX-EN、TRX-CE分别连接至nRF905的数据控制总线输入端。nRF905的数据控制与传输总线通过USB数据线与上位机连接。

为了实现电磁兼容，在现场复杂电磁环境下，磁场信号的测量接收通过放大和滤波调节，结合发射电流强度的配合调节，能够有效地抑制现场的电磁干扰，避开主要干扰频点，使测量精度和分辨率能够满足检测的需求。

附图5为本发明的系统测量的流程图。如图所示，首先进行初始化和时钟同步，然后根据直升机巡航速度在100mS-500mS的范围内设定磁场测量采集时间间隔，将该数据与空间位置坐标信息同步发送到后台，后台终端接受并同步存储位置信息和磁场信号信息。全部扫描测量完成后，进行数据分析并绘制接地网地表面整体磁场分布情况图，在此基础上分析接地网断点和腐蚀状态，最后输出结果。

本发明的一种接地网状导体状态无损检测系统检测时，具体实施的步骤可为：

步骤1：利用低压大电流交流恒流源，通过接地网2的两条上引导体3线向埋入地下的网格状水平均压接地网注入一个400Hz、5-50A左右的正弦波电流信号，网格状水平均压导体各支路作为发射天线，向周围空间发射同频的正弦波信号。

步骤2：通过遥控无人直升机4携带的信号探测采集装置，在接地网地表面快速巡航进行数据采集，完成对接地网支路导体在地表面邻近空间区域激发磁场的探测。

步骤3：由无人机4携带的北斗BDS、GPS双模系统和数据无线传输系统，将空间坐标数据信息和同步采集到的磁场数据信息一同传输到后台的终端电脑系统。

步骤4：由无线终端、电脑及软件系统通过对数据的实时接收、存储、汇总和分析，输出接地网状态和接地网安全性能评估结果。在此步骤中通过对整个接地网地表磁场的探测，获得地表磁场整体分布图，根据磁场信号的有无，判断导体断点情况，根据磁场信号的强弱和变化情况判断接地网的腐蚀状态。

综上可知，本发明具有以下特点：

(1)采用直升机、北斗卫星导航和无线数据传输等技术，实现变电站接地网地表面磁场分布的快速遥控扫描和测量，进行水平均压导体断点和腐蚀状态的诊断。

(2)基于比奥-萨伐尔定律和法拉第电磁感应定律，利用传感器线圈拾取磁场信号，利用滤波和放大等电子技术，对所拾取信号进行调理、提取和分辨。

(3)通过数据的无线传输和遥控技术，实现对直升机的扫描控制、空间坐标和磁场信息的无线传输。

(4)利用计算机和软件系统进行数据的快速采集、存储、处理和分析，根据磁场分布的特征和规律，获得接地网水平均压导体的断点、腐蚀状态以及安全性能的评估。

采用本发明的方法和系统在实际接地网进行现场测试，其诊断结果与实际情况非常一致，误差在6％以内，能够快速有效地诊断接地网断点、腐蚀信息，评估其安全性能。

下面以两个具体的示例对本发明的系统和方法进行说明。

附图6为利用本发明的系统和方法对某变电站接地网磁场分布测量的结果图。图为现场测试某220kV变电站接地网的磁场分布情况，其结果与经过严格的理论分析计算和模拟建模仿真计算结果高度一致。从分布情况看，采用本发明进行磁场分布的遥控遥测结果是可靠的。

附图7是利用本发明的系统和方法对另一变电站接地网测量的存在腐蚀断点的磁场分布图。示出的是某500kV变电站接地网地表面磁场局部分布情况，从结果看，在x＝50m，y＝50-60m处的水平均压导体存在严重缺陷，后经挖开检修查验，表明该段导体为扁钢，因腐蚀已完全断裂。

本发明除了应用于变电站网格状接地网水平均压导体的断点、腐蚀等缺陷诊断外，还可以广泛应用于发电厂、燃气泵站及地面雷达网站等接地工程网格状接地网或的缺陷检测，确保施工质量和隐患排查工作。

Claims (13)

1.一种接地网状导体状态无损检测系统，包括：信号发射系统、信号接收

系统和后台终端，其特征在于：所述信号发射系统向接地网注入一定频率和一定电流强度的正弦波信号，所述信号接收系统用于测量上述信号并将测量的信号传输给所述后台终端，所述后台终端处理所述传输信号并进行接地网状态的分析。

2.根据权利要求1所述的一种接地网状导体状态无损检测系统，其特征在于：所述发射系统为一个低压大电流交流恒流源。

3.根据权利要求1所述的一种接地网状导体状态无损检测系统，其特征在于：所述接收系统由安装在遥控无人机上的磁场探测单元以及北斗BDS和GPS双模定位导航单元和无线传输单元组成。

4.根据权利要求1所述的一种接地网状导体状态无损检测系统，其特征在于：所述后台终端由无线接收单元、电脑及软件组成。

5.根据权利要求3所述的一种接地网状导体状态无损检测系统，其特征在于：利用遥控无人上的磁场探测单元机进行接地网地表面磁场的快速扫描测量。

6.根据权利要求5所述的一种接地网状导体状态无损检测系统，其特征在于：利用北斗BDS和GPS双模定位导航单元进行时钟同步和接地网位置坐标的获取。

7.根据权利要求5所述的一种接地网状导体状态无损检测系统，其特征在于：所述后台终端根据所接收的磁场数据绘制接地网磁场分布图，进而对接地网导体断点和腐蚀状态的安全性能进行评估。

8.一种接地网状导体状态无损检测方法，包括：利用信号发射系统向接地网注入一定频率和一定电流强度的正弦波信号，信号接收系统用于测量上述信号并将测量的信号传输给所述后台终端，所述后台终端处理所述传输信号并进行接地网状态的分析。

9.根据权利要求8所述的一种接地网状导体状态无损检测方法，所述接收系统由安装在遥控无人机上的磁场探测单元以及北斗BDS和GPS双模定位导航单元和无线传输单元组成。

10.根据权利要求8所述的一种接地网状导体状态无损检测方法，其特征在于：所述后台终端由无线接收单元、电脑及软件组成。

11.根据权利要求9所述的一种接地网状导体状态无损检测方法，其特征在于：利用遥控无人上的磁场探测单元机进行接地网地表面磁场的快速扫描测量。

12.根据权利要求9所述的一种接地网状导体状态无损检测方法，其特征在于：利用北斗BDS和GPS双模定位导航单元进行时钟同步和接地网位置坐标的获取。

13.根据权利要求9所述的一种接地网状导体状态无损检测方法，其特征在于：所述后台终端根据所接收的磁场数据绘制接地网磁场分布图，进而对接地网导体断点和腐蚀状态的安全性能进行评估。