CN111880114A - 一种输电铁塔接地体断点检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电铁塔接地体断点检测方法及系统，其中方法包括：基于预先布置的测点和测线获取测量数据；将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，以获得电压数据平面图；根据所述电压数据平面图判断接地网的拓扑结构，以完成断点检测。本发明基于预先布置的测点和测线获取测量数据，将处理后的测量数据与测点和测线位置进行对应获得电压数据平面图，由此实现了不用断开接地引下线，无需与接地体接触即可进行测量，同时电压数据平面图能够提高测量精度的同时极大提高接地点判断的效率。
Description
技术领域
本发明涉及接地网技术领域，特别是一种输电铁塔接地体断点检测方法及系统。
背景技术
输电铁塔接地体是输电线路的重要组成部分，是线路防雷的主要措施之一，其可靠性对保证电力系统的安全稳定运行具有重大的意义。但由于其埋设于地下，主要成分是金属，易于产生腐蚀。同时由于施工期间的虚焊，漏焊现象的存在，容易产生断裂，降低接地体的散流性能，威胁设备安全和人身安全，导致经济损失以及社会影响。
目前，输电铁塔接地体的状态检测方法主要有：三极法、大电流法、电磁场分析法、电化学分析法等。
三极法(又称电流电压极法)是指由铁塔接地体、电流极与电位极组成的三个电极测试铁塔接地体电阻的方法，通过电阻值的大小来判断接地体是否发生故障，但是使用三极法需要测量前拆除铁塔的所有接地引下线，将铁塔塔身与接地极之间的电气连接全部断开；如果存在隐性连接，则无法测量准确结果。
大电流法是给接地引下线间施加大功率的工频电流，测量工频接地电阻、电位分布和接触电压等，分析诊断接地体的性能和运行状况。但是，大电流法的应用存在很多困难，一是要大电流源，二是测量工作十分复杂。
电磁场分析法通过测量接地体的地表电位或磁场分布，通过与理论模型的比较，获得局部电场或磁场的变化，以此判定接地体是否产生缺陷。但是，该方法也有局限：分析对象为电磁场分布，易受激励源、激励方式及外部环境等影响；激励源位置影响了背景场分布，难以建立统一的适用于不同坐标的评价指标。
电化学分析法通过测定接地导体与土壤腐蚀体系的电化学特性，确定接地体的腐蚀程度或速率。在检测接地腐蚀程度有一定效果，但无法判断故障点，另外，电磁干扰影响了应用效果。
例如，专利“ZL201410069150.8”一种瞬变电磁法的接地网断点诊断方法，应用瞬变电磁法于变电站接地网断点的识别中，其原理是利用发射接收回线与接地网网格之间的耦合作用，当接地网网格产生断点时，这种耦合作用也会产生差异，在地面的接收信号中得以体现，利用了瞬变电磁的晚期信号，而输电铁塔接地体检测时，接地体本身没有形成闭合回路，耦合作用不及接地网。此外，瞬变电磁法的视电阻率计算过于复杂，影响了应用。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种输电铁塔接地体断点检测方法及系统，实现非接触测量，提高测量精度以及测量效率。
本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种输电铁塔接地体断点检测方法，包括：
基于预先布置的测点和测线获取测量数据；
将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，以获得电压数据平面图；
根据所述电压数据平面图判断接地网的拓扑结构，以完成断点检测。
可选的，预先布置测点和测线，包括：
在目标铁塔接地体的地面位置布置测点和测线，其中，布置的线圈装置的中心位置与测点的位置保持一致。
可选的，基于预先布置的测点和测线获取测量数据，包括：
移动所述线圈装置进行逐点逐线测量，以获取测量数据。
可选的，所述将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应之前，还包括：
通过所述线圈装置的发射机建立一次脉冲磁场；
通过所述线圈装置的接收线圈检测所述一次脉冲磁场对应的感应二次涡流场；
将所述感应二次涡流场通过电压数据的形式进行对应存储。
可选的，所述将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，包括：
选取每个测点预设时段的电压数据进行加窗处理，确定对应时段的窗口面积；
根据所述窗口面积确定对应测点的感应电压平均值。
可选的，所述将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，还包括：
将归一化处理之后的所述感应电压平均值与测点和测线位置进行对应。
可选的，根据所述电压数据平面图判断接地网的拓扑结构，包括：
根据所述电压数据平面图中的电压数据分布情况进行输电铁塔接地体断点检测。
可选的，根据所述电压数据平面图中的电压数据分布情况进行输电铁塔接地体断点检测，包括：
若任意接地体上方测点处与对应测点向外辐射的接地体之间的电压数据表现为渐进变小，则判定铁塔接地体不存在断点；
若任意接地体上方测点处与对应测点向外辐射的接地体之间的电压数据表现为变大，则判定铁塔接地体存在断点。
本发明的目的之二是通过这样的技术方案实现的，一种输电铁塔接地体断点检测系统，包括：
线圈装置，用于基于预先布置的测点和测线获取测量数据；
数据处理模块，用于将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，以获得电压数据平面图；
判断模块，根据所述电压数据平面图判断接地网的拓扑结构，以完成断点检测。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明基于预先布置的测点和测线获取测量数据，将处理后的测量数据与测点和测线位置进行对应获得电压数据平面图，由此实现了不用断开接地引下线，无需与接地体接触即可进行测量，同时电压数据平面图能够提高测量精度的同时极大提高接地点判断的效率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明第一实施例流程图；
图2为本发明第一实施例测量原理图；
图3为本发明第一实施例阶跃线性关断电流波形图；
图4为本发明第一实施例无断点输电铁塔接地体的相对位置示意图；
图5为本发明第一实施例有断点输电铁塔接地体的相对位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
本发明第一实施例提出一种输电铁塔接地体断点检测方法，如图1所示，包括：
S10、基于预先布置的测点和测线获取测量数据；
S20、将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，以获得电压数据平面图；
S30、根据所述电压数据平面图判断接地网的拓扑结构，以完成断点检测。
本发明的原理如图2所示，首先利用线圈装置向地下发送一次脉冲磁场，输电铁塔接地体在一次脉冲磁场的激发下感应出涡流，并在空间形成二次磁场。在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈装置观测二次涡流场，由于二次涡流场随时间变化，因而在其周围又产生新的磁场，称二次磁场。
由于接地体感应电流的热损耗，二次磁场大致按指数规律随时间衰减。二次磁场主要来源于铁塔接地体的感应电流，因此包含着与铁塔接地体状态有关的信息。
最后，通过接收线圈记录感应电压值，并对所观测的数据进行分析与处理。
本发明基于预先布置的测点和测线获取测量数据，将处理后的测量数据与测点和测线位置进行对应获得电压数据平面图，由此实现了不用断开接地引下线，无需与接地体接触即可进行测量，同时电压数据平面图能够提高测量精度的同时极大提高接地点判断的效率。
可选的，预先布置测点和测线，包括：
在目标铁塔接地体的地面位置布置测点和测线，其中，布置的线圈装置的中心位置与测点的位置保持一致。
具体的说，如图2所示，本实施例中，线圈装置包括不接地回线(发送线圈)和接收线圈，其中发送线圈和所述接收线圈设置为中心回线装置，在具体操作过程中，首先利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，输电铁塔接地体在一次脉冲磁场的激发下感应出涡流，并在空间形成二次磁场。在一次脉冲磁场的间歇期间，利用接收线圈观测二次涡流场。
可选的，基于预先布置的测点和测线获取测量数据，包括：
移动所述线圈装置进行逐点逐线测量，以获取测量数据。
具体的说，在在本实施例中，通过移动线圈装置进行逐点逐线测量，可以基于此获取电压数据平面图。
可选的，所述将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应之前，还包括：
通过所述线圈装置的发射机建立一次脉冲磁场；
通过所述线圈装置的接收线圈检测所述一次脉冲磁场对应的感应二次涡流场；
将所述感应二次涡流场通过电压数据的形式进行对应存储。
具体的说，如图2所示，线圈装置包括发射机和接收机，在本实施例中，启动所述线圈装置的发射机产生阶跃线性关断电流，建立一次脉冲磁场，其中，如图3所示，发射机产生的阶跃线性关断电流波形图，横轴为时间(t)坐标，竖轴为电流(I)坐标，由图3可知，电流在T1时刻开始关断，在T2时刻关断完毕。
利用所述线圈装置的接收线圈观测感应二次涡流场，并以二次电压的形式存储于所述线圈装置的接收机中。
可选的，所述将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，包括：
选取每个测点预设时段的电压数据进行加窗处理，确定对应时段的窗口面积；
根据所述窗口面积确定对应测点的感应电压平均值。
具体的说，在本实施例中，瞬变电磁在接地网中的涡流可分为两类：一个是扁钢局部的涡流，另一个是由扁钢形成闭合回路的环流，由前者产生的二次场响应主要体现在采样信号的早期(5微秒左右)，由后者产生的二次场响应则主要分布在晚期信号(200微秒左右)。在本实施例中，选取每个测点上早期时段的电压数据作为数据处理对象，例如，可以是5微秒之前的电压数据作为数据处理对象。
将每个测点的早期时段电压数据中某个时间段的数据进行加窗处理，对其求积分得出该时间段的窗口面积。
将上述窗口面积除以该时间段的宽度可得出该点的感应电压平均值。
可选的，所述将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，还包括：
将归一化处理之后的所述感应电压平均值与测点和测线位置进行对应。
具体的说，将前述感应电压平均值进行电流归一化处理，可以得到该点在发射电流为1安培下的归一化感应电压值。
根据将归一化感应电压值与测点与测线位置对应，由此形成电压数据平面图。
可选的，根据所述电压数据平面图判断接地网的拓扑结构，包括：
根据所述电压数据平面图中的电压数据分布情况进行输电铁塔接地体断点检测。
可选的，根据所述电压数据平面图中的电压数据分布情况进行输电铁塔接地体断点检测，包括：
若任意接地体上方测点处与对应测点向外辐射的接地体之间的电压数据表现为渐进变小，则判定铁塔接地体不存在断点；
若任意接地体上方测点处与对应测点向外辐射的接地体之间的电压数据表现为变大，则判定铁塔接地体存在断点。
具体的说，在本实施例中，通过分析所述电压数据平面图上电压数据的分布情况进行输电铁塔接地体断点检测。
更为具体的，如图4、5所示，在本实施例中，电压数据平面图上各测点处的电压大小取决于所述线圈装置位于测点位置时向下传播的电磁信号与接地体的感应状况。
如果铁塔接地体不存在断点，在电压数据平面图上表现为，接地体上方测点处电压值大，往外辐射的接地体之间的电压值小。如果铁塔接地体存在断点，在平面电阻率图上表现为断点处电压值小，断点两侧电压值大，呈现较为明显的不连贯的电压幅值变化。
综上，本发明方法首次在输电铁塔接地体断点检测中引入电磁脉冲涡流检测方法，形成了高精度、非接触测量的电磁脉冲涡流检测成像技术，形成了适用于电力系统输电铁塔接地体探测的电磁脉冲涡流检测方法。相比于三极法，本发明方法不用断开接地引下线，无需与接地体接触即可进行测量。相比于大电流法，本发明方法的发射、接收均可采用线圈方式，研究收发一体装置，使系统易于施工。相比于电磁场分析法、电化学分析法，本发明方法检测一次场消失后输电铁塔接地体产生的二次场，不易受外界环境影响，能准确判断接地体是否产生以及何处产生断点，本发明方法能实现高精度、非接触测量的输电铁塔接地体断点检测，方便了输电铁塔接地体断点检测的进行。
本发明的目的之二是通过这样的技术方案实现的，一种输电铁塔接地体断点检测系统，包括：
线圈装置，用于基于预先布置的测点和测线获取测量数据；
数据处理模块，用于将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，以获得电压数据平面图；
判断模块，根据所述电压数据平面图判断接地网的拓扑结构，以完成断点检测。
本发明的原理如图2所示，首先利用线圈装置向地下发送一次脉冲磁场，输电铁塔接地体在一次脉冲磁场的激发下感应出涡流，并在空间形成二次磁场。在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈装置观测二次涡流场，由于二次涡流场随时间变化，因而在其周围又产生新的磁场，称二次磁场。
由于接地体感应电流的热损耗，二次磁场大致按指数规律随时间衰减。二次磁场主要来源于铁塔接地体的感应电流，因此包含着与铁塔接地体状态有关的信息。
最后，通过接收线圈记录感应电压值，并对所观测的数据进行分析与处理。
本发明基于预先布置的测点和测线获取测量数据，将处理后的测量数据与测点和测线位置进行对应获得电压数据平面图，由此实现了不用断开接地引下线，无需与接地体接触即可进行测量，同时电压数据平面图能够提高测量精度的同时极大提高接地点判断的效率。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种输电铁塔接地体断点检测方法，其特征在于，包括：
基于预先布置的测点和测线获取测量数据；
将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，以获得电压数据平面图；
根据所述电压数据平面图判断接地网的拓扑结构，以完成断点检测。
2.如权利要求1所述的输电铁塔接地体断点检测方法，其特征在于，预先布置测点和测线，包括：
在目标铁塔接地体的地面位置布置测点和测线，其中，将布置的线圈装置的中心位置与测点的位置保持一致。
3.如权利要求2所述的输电铁塔接地体断点检测方法，其特征在于，基于预先布置的测点和测线获取测量数据，包括：
移动所述线圈装置进行逐点逐线测量，以获取测量数据。
4.如权利要求2或3所述的输电铁塔接地体断点检测方法，其特征在于，所述将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应之前，还包括：
通过所述线圈装置的发射机建立一次脉冲磁场；
通过所述线圈装置的接收线圈检测所述一次脉冲磁场对应的感应二次涡流场；
将所述感应二次涡流场通过电压数据的形式进行对应存储。
5.如权利要求4所述的输电铁塔接地体断点检测方法，其特征在于，所述将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，包括：
选取每个测点预设时段的电压数据进行加窗处理，确定对应时段的窗口面积；
根据所述窗口面积确定对应测点的感应电压平均值。
6.如权利要求5所述的输电铁塔接地体断点检测方法，其特征在于，所述将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，还包括：
将归一化处理之后的所述感应电压平均值与测点和测线位置进行对应。
7.如权利要求1所述的输电铁塔接地体断点检测方法，其特征在于，根据所述电压数据平面图判断接地网的拓扑结构，包括：
根据所述电压数据平面图中的电压数据分布情况进行输电铁塔接地体断点检测。
8.如权利要求7所述的输电铁塔接地体断点检测方法，其特征在于，根据所述电压数据平面图中的电压数据分布情况进行输电铁塔接地体断点检测，包括：
若任意接地体上方测点处与对应测点向外辐射的接地体之间的电压数据表现为渐进变小，则判定铁塔接地体不存在断点；
若任意接地体上方测点处与对应测点向外辐射的接地体之间的电压数据表现为变大，则判定铁塔接地体存在断点。
9.一种输电铁塔接地体断点检测系统，其特征在于，包括：
线圈装置，用于基于预先布置的测点和测线获取测量数据；
数据处理模块，用于将所述测量数据处理后与测点和测线位置进行对应，以获得电压数据平面图；
判断模块，根据所述电压数据平面图判断接地网的拓扑结构，以完成断点检测。
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