CN112363019A - 一种接地网拓扑结构故障探测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种接地网拓扑结构故障探测方法及装置。所述方法包括：将不接地回线装置的中心设置在任一预设测点上，利用不接地回线装置接收待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场，并按照预设采样间隔采集磁场强度，对所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值进行成像及灰度转化处理，再借助复合形态滤波器进行形态滤波，得到待探测接地网的拓扑结构，并根据拓扑结构判定接地网是否存在故障断点及故障断点的位置。如此，整个过程采用瞬变电磁法测量磁场强度后，利用形态滤波器进行处理，进而提取出精确完整的拓扑结构，提高了接地网拓扑结构探测的工作效率，同时故障探测的准确性不受接地网拓扑结构已知程度的制约，准确性较高。

Description

一种接地网拓扑结构故障探测方法及装置

技术领域

本申请涉及接地网拓扑结构检测技术领域，特别涉及一种接地网拓扑结构故障探测方法及装置。

背景技术

接地网主要用于变电站中故障电流的迅速泄放以及降低地电位升，接地网是变电站安全运行的重要保证，对电力系统的可靠运行和变电站工作人员的人身安全都起着至关重要的作用。现阶段，接地网主要采用扁钢等金属材料制成并相互连接成网格形状，水平埋在地下特定深度的地方，由于随着运行年限的增加，接地网的金属材料容易产生锈蚀，可能引发断裂故障，进而威胁设备和人身安全，因此需要及时探测接地网拓扑结构的故障并采取修复措施。

目前常用的接地网拓扑结构故障探测方法有基于电磁场理论进行探测，此种方法主要是在事先明确接地网拓扑结构的前提下，通过向接地网注入一定频率的电流后，测量接地网地表磁场强度，将测量到的地表磁场强度分布与非故障状态下接地网的地表磁场分布作对比，进而诊断出接地网拓扑结构是否存在故障及故障所在位置。此种方法需要预先准确地知道接地网的拓扑结构，但是随着现实中运行年限的增加，接地网图纸的丢失情况以及图纸与实际结构不对应的情况时有发生，这些情况均会影响对接地网拓扑结构的掌握，进而会限制采用此种基于电磁场理论进行故障探测时探测的准确性。

基于此，目前亟需一种接地网拓扑结构故障探测方法，用于解决现有技术故障探测的准确性受接地网拓扑结构已知程度制约的问题。

发明内容

本申请提供了一种接地网拓扑结构故障探测方法及装置，可用于解决现有技术故障探测的准确性受接地网拓扑结构已知程度制约的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种接地网拓扑结构故障探测方法，所述接地网拓扑结构故障探测方法包括：

在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置多个测点；

获取预设的不接地回线装置；所述不接地回线装置包括发射线圈，以及位于所述发射线圈内部且与所述发射线圈同心的接收线圈；

针对任一所述测点，将所述不接地回线装置设置在所述测点对应的地表上，其中，所述不接地回线装置的中心正对所述测点；

向所述发射线圈注入预设时长的脉冲电流后，利用所述接收线圈接收所述待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场；

按预设采样间隔采集所述瞬变磁场的磁场强度，得到所述测点对应的多个采样时间点的磁场强度幅值；所述采样时间点是根据所述衰减周期和所述采样间隔确定的；

从所述多个采样时间点中选取目标采样时间点；

获取所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值；

对所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值进行成像处理，得到同一目标采样时间点下，所有测点的位置对应的磁场强度幅值分布图；

对所述磁场强度幅值分布图进行灰度转化处理，得到所有测点的位置对应的灰度值分布图；

利用预设的复合形态滤波器对所述灰度值分布图进行形态滤波处理，得到待探测接地网的拓扑结构；

判断所述拓扑结构是否符合预设规律，如果不符合，则判定所述待探测接地网存在故障断点，且将不符合所述预设规律的位置确定为所述故障断点的位置。

在第一方面的一种可实现方式中，所述预设的复合形态滤波器包括开运算、腐蚀重建运算、闭运算、膨胀重建运算、数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算。

在第一方面的一种可实现方式中，所述利用预设的复合形态滤波器对所述灰度值分布图进行形态滤波处理，得到待探测接地网的拓扑结构，包括：

对所述灰度值分布图依次进行开运算、腐蚀重建运算、闭运算以及膨胀重建运算，得到第一中间图像；

对所述灰度值分布图依次进行闭运算、膨胀重建运算、开运算以及腐蚀重建运算，得到第二中间图像；

根据所述第一中间图像和所述第二中间图像，确定所述第一中间图像与所述第二中间图像的共同特征构成的目标中间图像；

对所述目标中间图像依次进行数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算，得到待探测接地网的拓扑结构。

在第一方面的一种可实现方式中，所述在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置多个测点，包括：

在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置等距间隔且相互平行的多条测线；

在每条测线上等距设置多个测点。

在第一方面的一种可实现方式中，所述按预设采样间隔采集所述瞬变磁场的磁场强度之前，所述接地网拓扑结构故障探测方法还包括：

利用预设的模拟滤波器对所述瞬变磁场进行滤波处理。

第二方面，本申请实施例提供一种接地网拓扑结构故障探测装置，所述接地网拓扑结构故障探测装置包括：

测点预设模块，用于在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置多个测点；

不接地回线装置获取模块，用于获取预设的不接地回线装置；所述不接地回线装置包括发射线圈，以及位于所述发射线圈内部且与所述发射线圈同心的接收线圈；

不接地回线装置定位模块，用于针对任一所述测点，将所述不接地回线装置设置在所述测点对应的地表上，其中，所述不接地回线装置的中心正对所述测点；

瞬变磁场接收模块，用于向所述发射线圈注入预设时长的脉冲电流后，利用所述接收线圈接收所述待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场；

采样模块，用于按预设采样间隔采集所述瞬变磁场的磁场强度，得到所述测点对应的多个采样时间点的磁场强度幅值；所述采样时间点是根据所述衰减周期和所述采样间隔确定的；

目标采样时间点选取模块，用于从所述多个采样时间点中选取目标采样时间点；

磁场强度幅值获取模块，用于获取所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值；

第一处理模块，用于对所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值进行成像处理，得到同一目标采样时间点下，所有测点的位置对应的磁场强度幅值分布图；

第二处理模块，用于对所述磁场强度幅值分布图进行灰度转化处理，得到所有测点的位置对应的灰度值分布图；

拓扑结构确定模块，用于利用预设的复合形态滤波器对所述灰度值分布图进行形态滤波处理，得到待探测接地网的拓扑结构；

故障判定模块，用于判断所述拓扑结构是否符合预设规律，如果不符合，则判定所述待探测接地网存在故障断点，且将不符合所述预设规律的位置确定为所述故障断点的位置。

在第二方面的一种可实现方式中，所述预设的复合形态滤波器包括开运算、腐蚀重建运算、闭运算、膨胀重建运算、数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算。

在第二方面的一种可实现方式中，所述拓扑结构确定模块包括：

第一处理单元，用于对所述灰度值分布图依次进行开运算、腐蚀重建运算、闭运算以及膨胀重建运算，得到第一中间图像；

第二处理单元，用于对所述灰度值分布图依次进行闭运算、膨胀重建运算、开运算以及腐蚀重建运算，得到第二中间图像；

第三处理单元，用于根据所述第一中间图像和所述第二中间图像，确定所述第一中间图像与所述第二中间图像的共同特征构成的目标中间图像；

拓扑结构确定单元，用于对所述目标中间图像依次进行数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算，得到待探测接地网的拓扑结构。

在第二方面的一种可实现方式中，所述测点预设模块包括：

测线预设单元，用于在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置等距间隔且相互平行的多条测线；

测点预设单元，用于在每条测线上等距设置多个测点。

在第二方面的一种可实现方式中，所述采样模块之前，所述接地网拓扑结构故障探测装置还包括：

预处理模块，用于利用预设的模拟滤波器对所述瞬变磁场进行滤波处理。

如此，本申请实施例将不接地回线装置的中心设置在任一预设测点上，利用不接地回线装置接收待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场，并按照预设采样间隔采集磁场强度，对所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值进行成像及灰度转化处理，再借助复合形态滤波器进行形态滤波，得到待探测接地网的拓扑结构，并根据拓扑结构判定接地网是否存在故障断点及故障断点的位置。本申请实施例在设置测点时，只需了解接地网的位置即可，无需了解准确的接地网拓扑结构，使得后续故障探测不受接地网拓扑结构已知程度制约，实用性较高；采用瞬变电磁法测量磁场强度，实现了接地网不停电、非接触、无损及免开挖的拓扑检测；采用形态滤波器对图像进行处理，可以提取出精确完整的拓扑结构图，提高了接地网拓扑结构探测的工作效率，同时故障探测的准确性不受接地网拓扑结构已知程度的制约，准确性较高。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种接地网拓扑结构故障探测方法所对应的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的不接地回线装置测量瞬变磁场的原理示意图；

图3为本申请实施例提供的接地网拓扑结构的提取流程示意图；

图4为本申请实施例提供的示例接地网的拓扑结构示意图；

图5为本申请实施例提供的示例接地网对应的磁场强度幅值分布图示例；

图6为本申请实施例提供的灰度值分布图示例；

图7为本申请实施例提供的利用复合形态滤波器提取出的示例接地网的拓扑结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种接地网拓扑结构故障探测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

为了解决现有技术问题，本申请实施例提供一种接地网拓扑结构故障探测方法，具体用于解决现有技术故障探测的准确性受接地网拓扑结构已知程度制约的问题。如图1所示，为本申请实施例提供的一种接地网拓扑结构故障探测方法所对应的流程示意图。具体包括如下步骤：

步骤101，在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置多个测点。

步骤102，获取预设的不接地回线装置。

步骤103，针对任一测点，将不接地回线装置设置在测点对应的地表上。其中，不接地回线装置的中心正对测点。

步骤104，向发射线圈注入预设时长的脉冲电流后，利用接收线圈接收待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场。

步骤105，按预设采样间隔采集瞬变磁场的磁场强度，得到测点对应的多个采样时间点的磁场强度幅值。

步骤106，从多个采样时间点中选取目标采样时间点。

步骤107，获取所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值。

步骤108，对所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值进行成像处理，得到同一目标采样时间点下，所有测点的位置对应的磁场强度幅值分布图。

步骤109，对磁场强度幅值分布图进行灰度转化处理，得到所有测点的位置对应的灰度值分布图。

步骤110，利用预设的复合形态滤波器对灰度值分布图进行形态滤波处理，得到待探测接地网的拓扑结构。

步骤111，判断拓扑结构是否符合预设规律，如果不符合，则执行步骤112；如果符合，则执行步骤113。

步骤112，判定待探测接地网存在故障断点，且将不符合预设规律的位置确定为故障断点的位置。

步骤113，判定待探测接地网不存在故障断点。

具体来说，步骤101中，现有接地网的形状多为规则的网格形状。在铺设位置对应地表设置测点的方式有多种。一个示例中，可以采用以下方式设置测点：

在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置等距间隔且相互平行的多条测线。

在每条测线上等距设置多个测点。

在其他可能的示例中，本领域技术人员可以根据需要和实际情况设置测点，比如建立两个相互正交的方向，每个方向上设置等距间隔且相互平行的多条测线，两个方向上所有测线的交点作为测点；再比如，任意设置多个测点，具体不作限定。

需要说明的是，测点数量越多，分析结果越准确，但测点数量过多时，会徒增测量工作量，因此本领域技术人员应根据需要和实际情况在合适的范围内选择尽量多的测点。

本申请实施例在置测点时，只需了解接地网的位置即可，无需了解准确的接地网拓扑结构，使得后续故障探测不受接地网拓扑结构已知程度制约，实用性较高。

步骤102至步骤104中，不接地回线装置包括发射线圈，以及位于发射线圈内部且与发射线圈同心的接收线圈。

测量过程中，将不接地回线装置设置在地表上，针对预设的每个测点，将不接地回线装置的中心设置在该测点上，测量当前位置下待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场，直至所有测点对应的位置都完成测量。

不接地回线装置是基于瞬变电磁法进行测量的，具体的原理大致如下：

向发射线圈注入脉冲电流时，发射线圈会向地下发送一次脉冲磁场，地下的待探测接地网在一次脉冲磁场的激发下感应出涡流，并在空间形成二次瞬变磁场，其中涡流的大小主要取决于接地网的拓扑结构。当脉冲电流关断后，一次脉冲磁场随着脉冲电流的关断而崩溃，但二次瞬变磁场并不会立即消失，由于接地网感应电流的热损耗，因此二次磁场大致按指数规律随时间衰减，其中衰减的快慢与接地网的电性参数、结构构造和体积形态等有关。由此，在一次脉冲磁场的间歇期间，可以利用接收线圈接收整个衰减周期的二次瞬变磁场，由于二次瞬变磁场主要来源于接地网的感应涡流，因此包含着与接地网状态有关的信息，对接收线圈接收的二次瞬变磁场进行分析和处理，即可得到接地网的拓扑结构。

前文所述的二次瞬变磁场即为本申请实施例中的瞬变磁场。图2示例性示出了本申请实施例提供的不接地回线装置测量瞬变磁场的原理示意图。如图2所示，发射机可以与发射线圈电连接，用来向发射线圈注入脉冲电流，接收机可以与接收线圈电连接，用来接收瞬变磁场，针对某一测点，不接地回线装置设置在该测点对应的地表上且中心正对该测点，向发射线圈注入预设时长的脉冲电流后，向待探测接地网发送一次脉冲磁场，待探测接地网感应出涡流后，激发二次瞬变磁场(即瞬变磁场)，利用接收线圈接收该瞬变磁场。

采用上述瞬变电磁法进行测量，可以实现接地网不停电、非接触、无损及免开挖的拓扑检测，准确性较高，易于施工，还可以实现浅层探测，。

在执行步骤105之前，可以利用预设的模拟滤波器对步骤104中接收到的瞬变磁场进行滤波处理。比如模拟高通滤波器，模拟滤波器的类型具体不作限定。

步骤105中，采样时间点是根据衰减周期和采样间隔确定的。比如衰减周期是N秒，采样间隔为0.1秒，则N除以0.1即为采样时间点的数量，可以得到多个采样时间点。每个采样时间点对应一个磁场强度幅值。

可以利用高速采集卡来采集瞬变磁场的磁场强度。

步骤106中，目标采样时间点的确定有多种方式。一个示例中，将衰减周期划分为衰减早期、衰减中期和衰减晚期三个时间段，从这三个时间段的采样时间点中各选取一个作为目标采样时间点。

在其他可能的示例中，本领域技术人员可以根据需要和实际情况确定目标采样时间点，比如只选取衰减早期中的一个采样时间点作为目标采样时间点，具体不作限定。

需要说明的是，选取多少个目标采样时间点，后续就会有多少个磁场强度幅值分布图。目标采样时间点数量越多，分析越准确，但是选取过多会增加分析的工作量，本领域技术人员应根据需要和实际情况确定目标采样时间点数量在合适的范围内。

步骤107中，在每个测点处，都选取相同的目标采样时间点下的磁场强度幅值，比如目标采样时间点设置为从采样开始第10个采样时间点，则所有测点都应选取第10个采样时间点的磁场强度幅值。选取后，针对相同目标采样时间点，即可得到测点位置，以及对应的磁场强度幅值。

在执行步骤108之前，可以利用预设的滤波器对步骤107中获取到的磁场强度幅值进行滤波处理，以获得与激励源同频的磁场信号，比如数字带通滤波器，滤波器的类型具体不作限定。

步骤108中，可以采用MAXWELL 3D软件进行成像处理，得到同一目标采样时间点下，所有测点的位置对应的磁场强度幅值分布图，也可以采用其他软件进行成像处理，具体不作限定。

磁场强度幅值分布图可以用于反映待探测接地网的大致拓扑结构，磁场强度幅值最大的点，对应的是待探测接地网的网眼中心；磁场强度幅值最小的点，对应的是待探测接地网的导体交叉点；当发射线圈从接地网的网眼中心移动到网眼边上时，磁场强度幅值减小，当发射线圈从网眼边上继续移动到接地网导体交叉点时，磁场强度幅值将进一步变小。

步骤109中，步骤108得到的磁场强度幅值分布图不能直接作为接地网的拓扑结构，需要进行处理。将磁场强度幅值分布图中每个像素的色彩转化为灰度值，即将彩色的磁场强度幅值分布图转化为灰度图，即可形成测点位置以及对应的灰度值，进而得到所有测点的位置对应的灰度值分布图。灰度转化处理的方式不作限定，比如可以采用现有的彩色图像转灰度的公式来进行灰度转化，也可以利用现有的软件进行转化，具体不作限定。

步骤110，步骤109得到的灰度值分布图通常不够清晰，包含较多噪声，因此采用复合形态滤波器对灰度值分布图进行形态滤波处理，即可得到较为清晰的待探测接地网的拓扑结构。

本申请实施例提供的预设的复合形态滤波器包括开运算、腐蚀重建运算、闭运算、膨胀重建运算、数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算。其中，腐蚀重建运算是使用预设的结构元素在信号下部进行滑动，用来消除信号中向下的尖峰；膨胀重建运算是腐蚀重建运算的对偶运算，当结构元素在信号定义域内滑动时，利用结构元素的反射，在当前结构元素的定义域内上推结构元素，使结构元素超过信号的最小值，从上部对信号进行滤波，用来消除向上的异常尖峰噪声；开运算是先腐蚀再膨胀的迭代运算，用来消除磁场数据中孤立的噪点而不改变原有拓扑结构；闭运算是先膨胀再腐蚀的迭代运算，用来通过填充凹角来滤波，填平前景内的小裂缝，增强连接，保证拓扑的完整性；数据规范化运算用于增强弱磁场区域峰值；开闭运算用于消除数据规范化运算产生的噪点；分水岭边界提取运算是一种基于拓扑理论的数学形态学分割方法，将输入信号的各点的值视为该点的海拔高度，将输入信号曲面视为地形图，运用地理学上的测线重构思想找到边界实现分水岭变换，用于提取接地网的拓扑结构图。

利用预设的复合形态滤波器对灰度值分布图进行形态滤波处理，得到待探测接地网的拓扑结构，具体通过以下方式实现：

对灰度值分布图依次进行开运算、腐蚀重建运算、闭运算以及膨胀重建运算，得到第一中间图像。

对灰度值分布图依次进行闭运算、膨胀重建运算、开运算以及腐蚀重建运算，得到第二中间图像。

根据第一中间图像和第二中间图像，确定第一中间图像与第二中间图像的共同特征构成的目标中间图像。

对目标中间图像依次进行数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算，得到待探测接地网的拓扑结构。

本申请实施例提供的形态滤波方法提取接地网拓扑结构的方法，可以提取出精确完整的拓扑结构图，提高了接地网拓扑结构探测的工作效率，同时故障探测的准确性不受接地网拓扑结构已知程度的制约，准确性较高。

为了更加清楚地说明步骤105至步骤110，图3示例性示出了本申请实施例提供的接地网拓扑结构的提取流程示意图。如图3所示，接地网拓扑结构的提取流程主要包括预处理和形态滤波两部分，其中，预处理包括依次利用模拟高通滤波器对接收到的瞬变磁场的磁场强度B进行滤波、利用高速采集卡按预设采样间隔对磁场强度B进行采样、利用数字带通滤波器进行滤波、以及利用有效值成像得到磁场强度幅值分布图和灰度值分布图。形态滤波包括利用复合形态滤波器对灰度值分布图进行形态滤波后得到接地网的拓扑结构，其中，构建的复合形态滤波器包括开运算(Og1)、腐蚀重建运算(ERg1)、闭运算(Cg1)、膨胀重建运算(DRg1)、提取共同特征运算(∩)、数据规范化运算(DN)、开闭运算(OCg2)和分水岭边界提取运算(WA)。

步骤111至步骤113中，如果待探测接地网的拓扑结构不符合预设规律，则判定待探测接地网存在故障断点，且将不符合预设规律的位置确定为故障断点的位置；如果待探测接地网的拓扑结构符合预设规律，则判定待探测接地网不存在故障断点。

本申请实施例提供的预设规律，是指接地网的形状通常为规则的网格形状，如果提取出的拓扑结构非规则的网格，则不规则之处即可判定存在断点。本申请实施例提供的利用磁场强度幅值分布图来确定接地网的拓扑结构，进而根据拓扑结构来判定是否存在故障断点的方法，主要是基于以下原理考虑，下面结合具体实验示例加以说明：

图4示例性示出了本申请实施例提供的示例接地网的拓扑结构示意图。假设示例接地网模型如图4所示，该接地网由水平方向的四根等间距且平行的导体以及与该水平方向垂直的另一方向的四根等间距且平行的导体交叉构成，以该接地网结构的一条侧边为x轴，与x轴垂直的一条侧边为y轴，以此两条侧边的交点为原点建立坐标系，其中，x、y方向的四根导体，每根导体长10m、直径20mm，每根导体被隔开为5段、每段2m，导体材料为铜，埋深0.8m，土壤均匀半空间，土壤电阻率80Ω·m，MNOP为该接地网的其中一个网格。

将中心回线装置(其中，发射线圈为边长20cm的正方形)的中心设置在坐标为(10.1，15)的点处，利用瞬变电磁法分别测量图4所示接地网在背景场(无接地网，纯土壤环境)、导体完好和导体有断口这三种情况下的磁场强度，采用MAXWELL 3D对磁场强度随时间的变化进行仿真，根据仿真结果可知，背景场(无地网)下瞬变磁场强度整体最小，导体有断口时瞬变磁场强度较大，导体完好时瞬变磁场强度最大。由此可以初步推断出，如果接地网存在故障断点，则磁场强度幅值分布图将会不再符合接地网拓扑结构的规律。

平行于图4的x轴方向设置7条测线，其y轴坐标值分别为2、3、4、5、6、7、8；平行于y轴方向同样设置7条测线，其x轴坐标值分别为2、3、4、5、6、7、8。脉冲电流关断后以10μs的采样间隔连续记录这14条测线上多个测点的磁场强度幅值，取1660μs时刻，即第166个采样时间点的数据进行成像，得到所有测点的位置对应的磁场强度幅值分布图如图5所示，图5示例性示出了本申请实施例提供的示例接地网对应的磁场强度幅值分布图示例。从图5中可以看出，磁场强度幅值分布图呈现出与接地网拓扑结构相似的方形结构，磁场强度幅值极具规律性：x、y轴坐标值均为偶整数的测点处磁场强度幅值最小，x、y轴坐标值均为奇整数的测点处磁场强度幅值最大。对比图4发现，x、y轴坐标值均为偶整数的测点位于接地网导体交叉点正上方，x、y轴坐标值均为奇整数的测点位于接地网网眼中心。当发射线圈从接地网网眼中心移动到网眼边上(例如，从网眼MNOP中间上方的点(3，7)移动到点(3，6))时，测量的磁场强度幅值减小；当发射线圈从网眼边上继续移动到接地网导体交叉点(例如，从点(3，6)移动到P点)，测量的磁场强度幅值将进一步变小。由此可以推断出，磁场强度幅值分布图可以用于反映待探测接地网的大致拓扑结构，磁场强度幅值最大的点，对应的是待探测接地网的网眼中心；磁场强度幅值最小的点，对应的是待探测接地网的导体交叉点。

基于以上原理可以得出，磁场强度幅值在接地网完好时会根据接地网中的导体位置呈现出规律性的分布特征。由此推测，当接地网导体出现故障时，故障点附近的磁场强度幅值分布将会发生变化，这种变化将为故障诊断奠定基础。

根据上述原理推断，进行了科学实验，在图4中坐标值为(4，5)的点处制作一个1cm宽的断口，重新设置测点并测量磁场强度幅值分布图，可以得知，断点会导致发射线圈与断点所在网格的耦合作用减弱，进而导致感应出的涡流大为衰减。如果在图4中坐标值为(6，5)的点处也制作一个1cm宽的断口，则两个断点的情况下会进一步加剧故障状态，断点所在网格的磁场强度幅值会有更为明显的变化。

根据上述原理以及科学实验可知，当接地网导体出现故障断点时，断点附近的磁场强度幅值分布将会发生显著变化，据此便可准确诊断接地网拓扑结构中的断点，进而定位接地网断裂导体。

为了更加清楚地说明步骤108至步骤110中磁场强度幅值分布图、灰度值分布图以及待探测接地网的拓扑结构之间的变化，以图5所示的本申请实施例提供的示例接地网对应的磁场强度幅值分布图示例为例，对图5所示的磁场强度幅值分布图进行灰度转化处理后，得到的灰度值分布图如6所示，图6示例性示出了本申请实施例提供的灰度值分布图示例；利用本申请实施例提供的复合形态滤波器对图6所示的灰度值分布图进行形态滤波后，提取出的接地网拓扑结构如图7所示，图7示例性示出了本申请实施例提供的利用复合形态滤波器提取出的示例接地网的拓扑结构示意图。

如此，本申请实施例将不接地回线装置的中心设置在任一预设测点上，利用不接地回线装置接收待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场，并按照预设采样间隔采集磁场强度，对所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值进行成像及灰度转化处理，再借助复合形态滤波器进行形态滤波，得到待探测接地网的拓扑结构，并根据拓扑结构判定接地网是否存在故障断点及故障断点的位置。本申请实施例在设置测点时，只需了解接地网的位置即可，无需了解准确的接地网拓扑结构，使得后续故障探测不受接地网拓扑结构已知程度制约，实用性较高；采用瞬变电磁法测量磁场强度，实现了接地网不停电、非接触、无损及免开挖的拓扑检测；采用形态滤波器对图像进行处理，可以提取出精确完整的拓扑结构图，提高了接地网拓扑结构探测的工作效率，同时故障探测的准确性不受接地网拓扑结构已知程度的制约，准确性较高。

下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。

图8示例性示出了本申请实施例提供的一种接地网拓扑结构故障探测装置的结构示意图。如图8所示，该装置具有实现上述接地网拓扑结构故障探测方法的功能，所述功能可以由硬件实现，也可以由硬件执行相应的软件实现。该接地网拓扑结构故障探测装置可以包括：测点预设模块801、不接地回线装置获取模块802、不接地回线装置定位模块803、瞬变磁场接收模块804、采样模块805、目标采样时间点选取模块806、磁场强度幅值获取模块807、第一处理模块808、第二处理模块809、拓扑结构确定模块810和故障判定模块811。

测点预设模块801，用于在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置多个测点。

不接地回线装置获取模块802，用于获取预设的不接地回线装置。不接地回线装置包括发射线圈，以及位于发射线圈内部且与发射线圈同心的接收线圈。

不接地回线装置定位模块803，用于针对任一测点，将不接地回线装置设置在测点对应的地表上，其中，不接地回线装置的中心正对测点。

瞬变磁场接收模块804，用于向发射线圈注入预设时长的脉冲电流后，利用接收线圈接收待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场。

采样模块805，用于按预设采样间隔采集瞬变磁场的磁场强度，得到测点对应的多个采样时间点的磁场强度幅值；采样时间点是根据衰减周期和采样间隔确定的。

目标采样时间点选取模块806，用于从多个采样时间点中选取目标采样时间点。

磁场强度幅值获取模块807，用于获取所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值。

第一处理模块808，用于对所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值进行成像处理，得到同一目标采样时间点下，所有测点的位置对应的磁场强度幅值分布图。

第二处理模块809，用于对磁场强度幅值分布图进行灰度转化处理，得到所有测点的位置对应的灰度值分布图。

拓扑结构确定模块810，用于利用预设的复合形态滤波器对灰度值分布图进行形态滤波处理，得到待探测接地网的拓扑结构。

故障判定模块811，用于判断拓扑结构是否符合预设规律，如果不符合，则判定待探测接地网存在故障断点，且将不符合预设规律的位置确定为故障断点的位置。

在一种可实现方式中，预设的复合形态滤波器包括开运算、腐蚀重建运算、闭运算、膨胀重建运算、数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算。

在一种可实现方式中，拓扑结构确定模块810包括：

第一处理单元，用于对灰度值分布图依次进行开运算、腐蚀重建运算、闭运算以及膨胀重建运算，得到第一中间图像。

第二处理单元，用于对灰度值分布图依次进行闭运算、膨胀重建运算、开运算以及腐蚀重建运算，得到第二中间图像。

第三处理单元，用于根据第一中间图像和第二中间图像，确定第一中间图像与第二中间图像的共同特征构成的目标中间图像。

拓扑结构确定单元，用于对目标中间图像依次进行数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算，得到待探测接地网的拓扑结构。

在一种可实现方式中，测点预设模块801包括：

测线预设单元，用于在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置等距间隔且相互平行的多条测线。

测点预设单元，用于在每条测线上等距设置多个测点。

在一种可实现方式中，采样模块805之前，接地网拓扑结构故障探测装置还包括：

预处理模块，用于利用预设的模拟滤波器对瞬变磁场进行滤波处理。

如此，本申请实施例将不接地回线装置的中心设置在任一预设测点上，利用不接地回线装置接收待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场，并按照预设采样间隔采集磁场强度，对所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值进行成像及灰度转化处理，再借助复合形态滤波器进行形态滤波，得到待探测接地网的拓扑结构，并根据拓扑结构判定接地网是否存在故障断点及故障断点的位置。本申请实施例在设置测点时，只需了解接地网的位置即可，无需了解准确的接地网拓扑结构，使得后续故障探测不受接地网拓扑结构已知程度制约，实用性较高；采用瞬变电磁法测量磁场强度，实现了接地网不停电、非接触、无损及免开挖的拓扑检测；采用形态滤波器对图像进行处理，可以提取出精确完整的拓扑结构图，提高了接地网拓扑结构探测的工作效率，同时故障探测的准确性不受接地网拓扑结构已知程度的制约，准确性较高。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种接地网拓扑结构故障探测方法，其特征在于，所述接地网拓扑结构故障探测方法包括：

在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置多个测点；

获取预设的不接地回线装置；所述不接地回线装置包括发射线圈，以及位于所述发射线圈内部且与所述发射线圈同心的接收线圈；

针对任一所述测点，将所述不接地回线装置设置在所述测点对应的地表上，其中，所述不接地回线装置的中心正对所述测点；

向所述发射线圈注入预设时长的脉冲电流后，利用所述接收线圈接收所述待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场；

按预设采样间隔采集所述瞬变磁场的磁场强度，得到所述测点对应的多个采样时间点的磁场强度幅值；所述采样时间点是根据所述衰减周期和所述采样间隔确定的；

从所述多个采样时间点中选取目标采样时间点；

获取所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值；

对所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值进行成像处理，得到同一目标采样时间点下，所有测点的位置对应的磁场强度幅值分布图；

对所述磁场强度幅值分布图进行灰度转化处理，得到所有测点的位置对应的灰度值分布图；

利用预设的复合形态滤波器对所述灰度值分布图进行形态滤波处理，得到待探测接地网的拓扑结构；

判断所述拓扑结构是否符合预设规律，如果不符合，则判定所述待探测接地网存在故障断点，且将不符合所述预设规律的位置确定为所述故障断点的位置。

2.根据权利要求1所述的接地网拓扑结构故障探测方法，其特征在于，所述预设的复合形态滤波器包括开运算、腐蚀重建运算、闭运算、膨胀重建运算、数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算。

3.根据权利要求2所述的接地网拓扑结构故障探测方法，其特征在于，所述利用预设的复合形态滤波器对所述灰度值分布图进行形态滤波处理，得到待探测接地网的拓扑结构，包括：

对所述灰度值分布图依次进行开运算、腐蚀重建运算、闭运算以及膨胀重建运算，得到第一中间图像；

对所述灰度值分布图依次进行闭运算、膨胀重建运算、开运算以及腐蚀重建运算，得到第二中间图像；

根据所述第一中间图像和所述第二中间图像，确定所述第一中间图像与所述第二中间图像的共同特征构成的目标中间图像；

对所述目标中间图像依次进行数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算，得到待探测接地网的拓扑结构。

4.根据权利要求1所述的接地网拓扑结构故障探测方法，其特征在于，所述在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置多个测点，包括：

在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置等距间隔且相互平行的多条测线；

在每条测线上等距设置多个测点。

5.根据权利要求1所述的接地网拓扑结构故障探测方法，其特征在于，所述按预设采样间隔采集所述瞬变磁场的磁场强度之前，所述接地网拓扑结构故障探测方法还包括：

利用预设的模拟滤波器对所述瞬变磁场进行滤波处理。

6.一种接地网拓扑结构故障探测装置，其特征在于，所述接地网拓扑结构故障探测装置包括：

测点预设模块，用于在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置多个测点；

不接地回线装置获取模块，用于获取预设的不接地回线装置；所述不接地回线装置包括发射线圈，以及位于所述发射线圈内部且与所述发射线圈同心的接收线圈；

不接地回线装置定位模块，用于针对任一所述测点，将所述不接地回线装置设置在所述测点对应的地表上，其中，所述不接地回线装置的中心正对所述测点；

瞬变磁场接收模块，用于向所述发射线圈注入预设时长的脉冲电流后，利用所述接收线圈接收所述待探测接地网激发的整个衰减周期的瞬变磁场；

采样模块，用于按预设采样间隔采集所述瞬变磁场的磁场强度，得到所述测点对应的多个采样时间点的磁场强度幅值；所述采样时间点是根据所述衰减周期和所述采样间隔确定的；

目标采样时间点选取模块，用于从所述多个采样时间点中选取目标采样时间点；

磁场强度幅值获取模块，用于获取所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值；

第一处理模块，用于对所有测点对应的同一目标采样时间点的磁场强度幅值进行成像处理，得到同一目标采样时间点下，所有测点的位置对应的磁场强度幅值分布图；

第二处理模块，用于对所述磁场强度幅值分布图进行灰度转化处理，得到所有测点的位置对应的灰度值分布图；

拓扑结构确定模块，用于利用预设的复合形态滤波器对所述灰度值分布图进行形态滤波处理，得到待探测接地网的拓扑结构；

故障判定模块，用于判断所述拓扑结构是否符合预设规律，如果不符合，则判定所述待探测接地网存在故障断点，且将不符合所述预设规律的位置确定为所述故障断点的位置。

7.根据权利要求6所述的接地网拓扑结构故障探测装置，其特征在于，所述预设的复合形态滤波器包括开运算、腐蚀重建运算、闭运算、膨胀重建运算、数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算。

8.根据权利要求7所述的接地网拓扑结构故障探测装置，其特征在于，所述拓扑结构确定模块包括：

第一处理单元，用于对所述灰度值分布图依次进行开运算、腐蚀重建运算、闭运算以及膨胀重建运算，得到第一中间图像；

第二处理单元，用于对所述灰度值分布图依次进行闭运算、膨胀重建运算、开运算以及腐蚀重建运算，得到第二中间图像；

第三处理单元，用于根据所述第一中间图像和所述第二中间图像，确定所述第一中间图像与所述第二中间图像的共同特征构成的目标中间图像；

拓扑结构确定单元，用于对所述目标中间图像依次进行数据规范化运算、开闭运算以及分水岭边界提取运算，得到待探测接地网的拓扑结构。

9.根据权利要求6所述的接地网拓扑结构故障探测装置，其特征在于，所述测点预设模块包括：

测线预设单元，用于在待探测接地网的铺设位置对应的地表设置等距间隔且相互平行的多条测线；

测点预设单元，用于在每条测线上等距设置多个测点。

10.根据权利要求6所述的接地网拓扑结构故障探测装置，其特征在于，所述采样模块之前，所述接地网拓扑结构故障探测装置还包括：

预处理模块，用于利用预设的模拟滤波器对所述瞬变磁场进行滤波处理。

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