CN116953804A - 一种地下导体埋深状态的磁场测量方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下导体埋深状态的磁场测量方法与系统，涉及接地网磁检测领域，解决了当前对接地网发生故障时通过大面积开挖查找故障位置时的盲目性及工作量大问题，包括测量地表磁场；确定地下导体位置；确定最大梯度位置；确定导体位置与埋深。本发明提供的这种勘测地下导体埋深状态的磁场测量方法，不仅实现了对地下导体埋深状态的智能勘测，利用形成的近似磁场梯度可勘测地下导体的位置与埋深，高效、快速地实现磁场测量与检测，而且本发明方法高效、简洁、快速且逻辑完备，可以实现高效开挖验证，更快速地实现检测，现场适用性强。
Description
技术领域
本发明属于接地网电磁检测领域，更具体地，涉及一种地下导体埋深状态的磁场测量方法与系统。
背景技术
我国接地网大多采用扁钢、圆钢和角钢等钢质材料作为水平埋地导体。在南方多雨地区和东部沿海地区，随着使用年限的增加，接地网易发腐蚀，接地导体截面变细甚至出现断裂。当系统发生不对称短路故障时，高达数十千安的入地短路电流可能造成事故扩大，危及其他电气设备和人身安全。近年来，接地网缺陷诊断技术受到了广泛关注。长期以来，工程上对接地网腐蚀的诊断一般在接地网接地电阻不合格或发生接地事故后再通过大面积开挖查找接地网导体断点和腐蚀位置。这种方法带有盲目性，工作量大，而且必须停电，接地故障远早于接地电阻超标或接地事故，所以实现地下导体的埋深的智能检测尤为重要。目前磁场检测法是目前最为先进和效果最好的方法，磁场检测法包括被动感应法和主动发射法。被动感应磁场法则是利用发射线圈往地下发射高频磁场，接地导体受到感应后会畸变回波磁场，从而使接收线圈检测到导体的存在，但往往采用瞬变电磁法的测量设备进行，硬件成本高，且需要通过视电阻率成像才能确定地下导体的位置，不便于现场检测。
为解决以上问题，现有技术公开了一种接地网状导体状态无损检测系统和方法，该申请可以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并具有操作简便、工作效率高、诊断准确的特点；但是，现有的无损检测系统无法测量交变磁场的相位、不能直接测量非正弦波形的磁场信号。
发明内容
为了克服现有技术无法准确测量交变磁场的相位、不能直接测量非正弦波形的磁场信号，本发明提出一种地下导体埋深状态的磁场测量方法与系统，可实现快速、准确检测出地下导体的位置和埋深。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，包括以下步骤：
S1.确定地表测量区域；
S2.在地表测量区域内设置引下线，通过所述引下线注入励磁电流；
S3.在地表测量区域内设置测线，沿测线设置磁传感器测量地表磁场幅值，根据所述地表磁场幅值确定地下导体位置；
S4.根据地下导体位置确定磁场最大梯度位置，根据所述磁场最大梯度位置确定接地导体埋深。
优选地，根据S1所述中确定的地表测量区域设置两条引下线且测量区域为100㎡，两条引下线位置必须位于测量区域的边缘处或者位于测量区域的对角线位置，两条引下线与外接测线连接后必须位于测量区域以外且距离测区边缘2m，完成连接后，给两条引下线通入一正一负励磁电流。
优选地，S3所述磁传感器为长线型磁传感器，长线型磁传感器由11个沿直线布置的磁场传感器单元组成，磁场传感器单元之间相距0.1m。
优选地，S3所述在水平方向，竖直方向各确定一根测线L1、L2，长为25m，利用长线型磁传感器沿测线测量地表磁场大小,根据长线型磁传感器测得的峰值磁场点确定地下导体位置，最大磁场对应的地下位置存在导体。
优选地，确定最大磁场梯度方向及参数，测量地表磁场，取变电站某测线L3，长为25m，测线L3垂直于S3所确定的地下导体位置放置，并利用长线型磁传感器沿L3测线测量地表磁场大小。
优选地，对最大磁场进行归一化，以磁场最大值为基准，得到磁场数据标幺值，对L3两侧采用前向差分得到差分最大的位置并取平均值作为最大差分位置参数d,计算公式为：
式中，d为最大差分位置参数，d1为L3左侧最大差分位置，d2为L3右侧最大差分位置。
优选地，固定长线型磁传感器一端于最大磁场点，利用旋转法取得磁场衰减最快的方向，磁场衰减最快的方向即为最大梯度位置，长线型磁传感器使用相邻传感器情况下可形成磁场梯度，利用形成的磁场梯度可取得导体位置与埋深情况，其中最大差分位置参数为d、埋深计算方法为：H＝d/0.65，H为导体埋深。
本发明还提供了一种地下导体埋深状态的磁场测量系统，用于实现上述的测量方法，包括：
确定地表测量区域模块，用于确定地表测量区域；
励磁电流输入模块，用于在地表测量区域内设置引下线，通过所述引下线注入励磁电流；
位置确定模块，用于在地表测量区域内设置测线，沿测线设置磁传感器测量地表磁场幅值，根据所述地表磁场幅值确定地下导体位置；
埋深确定模块，用于根据地下导体位置确定磁场最大梯度位置，根据所述磁场最大梯度位置确定地下导体埋深。
优选地，在所述的系统中，确定地表测量区域模块用于确定好地表测量区域，在地表测量区域内要设置两条引下线，两条引下线位置必须位于测量区域的边缘处或者位于测量区域的对角线位置。
优选地，在所述的励磁电流输入模块中，两条引下线与外接测线连接完成后，给两条引下线输入一正一负的励磁电流。
优选地，在所述的位置确定模块中，水平方向、竖直方向各确定一跟测线L1、L2，利用长线型磁传感器沿测线测量地表磁场大小,根据长线型磁传感器测得的峰值磁场点确定地下导体位置，最大磁场对应的地下位置存在导体。
优选地，在所述的埋深确定模块中，确定最大磁场梯度方向及参数，测量地表磁场，取变电站测线L3，垂直于所确定的地下导体位置放置，并利用长线型磁传感器沿L3测线测量地表磁场大小。
优选地，在所述的埋深确定模块中，最大磁场进行归一化，以磁场最大值为基准，得到磁场数据标幺值，对L3两侧采用前向差分得到差分最大的位置并取平均值作为最大差分位置参数d,计算公式为：
式中，d为最大差分位置参数，d1为L3左侧最大差分位置，d2为L3右侧最大差分位置，固定长线型磁传感器一端于最大磁场点，利用旋转法取得磁场衰减最快的方向，磁场衰减最快的方向即为最大梯度位置，长线型磁传感器使用相邻传感器情况下可形成磁场梯度，利用形成的磁场梯度可取得导体位置与埋深情况，其中最大差分位置参数为d、埋深计算方法为：H＝d/0.65，H为导体埋深。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供的这种勘测地下导体埋深状态的磁场测量方法与系统，不仅实现了对地下导体埋深状态的智能勘测，利用形成的近似磁场梯度可勘测地下导体的位置与埋深，高效、快速地实现磁场测量与检测，而且本发明方法高效、简洁、快速且逻辑完备，可以实现高效开挖验证，更快速地实现检测，现场适用性强。
附图说明
图1为实施例1中一种地下导体埋深状态的磁场测量方法步骤流程图；
图2为实施例2中确定的测量区域；
图3为实施例2中选定测量区域及两条引下线分布示意图；
图4为实施例2中接地导体埋深的磁场测量方法接线示意图；
图5为实施例2中长线型磁传感器的结构图；
图6为实施例2中接地导体平行L1分布示意图；
图7为实施例2中接地导体垂直L1分布示意图；
图8为实施例2中接地导体斜线分布示意图；
图9为实施例2中测量最大磁场梯度方向参数测线L3分布示意图；
图10为实施例2中磁场最大示意图；
图11为实施例2中测线L3左侧最大差分d1、右侧最大差分d2示意图；
图12为实施例3中一种地下导体埋深状态的磁场测量系统模块图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供了一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.确定地表测量区域；
S2.在地表测量区域内设置引下线，通过所述引下线注入励磁电流；
S3.在地表测量区域内设置测线，沿测线设置磁传感器测量地表磁场幅值，根据所述地表磁场幅值确定地下导体位置；
S4.根据地下导体位置确定磁场最大梯度位置，根据所述磁场最大梯度位置确定接地导体埋深。
本实施例首先选定我们根据测量的接地网导体的分布区域划定地表测量区域，所划定的单个测量区域不宜过大，所选的测量区域内设置两条引下线，其位置位于边缘处或对角线处，然后将两条引下线与外围测线连接形成回路并注入一正一负的励磁电流；通电导体的产生的磁场经长线型磁传感器的移动进行采集，找到峰值磁场点即对应地下导体的位置，确定位置后，将长线型磁传感器一端固定于最大磁场点的位置通过旋转长线型磁传感器得到磁场衰减最快的方向，磁场衰减最快的方向即为最大梯度位置，计算得到埋深。
实施例2
本实施例提供了一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，包括以下步骤：
S1.确定地表测量区域；
步骤S1所述的确定测量区域，测量区域如图2所示，具体包括如下步骤：
步骤S1.1：确定测量区域，同时测量区域内必须有两条引下线；地表测量区域不宜小于100m2，本实施例地表测量区域为100m2。
S2.在地表测量区域内设置引下线，通过所述引下线注入励磁电流；
步骤S2所述的接线，注入励磁电流，接线示意图如图3所示，具体包括如下步骤：
步骤S2.1：保证两条引下线位于测量区域的边缘处或者位于测量区域的对角线位置；
步骤S2.2：为保证不影响测区的地表磁场，必须保证连接线尽量位于测量区域以外，且距离测区边缘2m以上，本实施例取距离测量区域边缘2m。
S3.在地表测量区域内设置测线，沿测线设置磁传感器测量地表磁场幅值，根据所述地表磁场幅值确定地下导体位置；
步骤S3.1：在水平方向、竖直方向各确定一根测线L1、L2，一般取为20-30m，本实施例中取25m，L1、L2测线分布示意图如图4所示，利用长线型磁传感器沿测线测量地表磁场大小；长线型磁传感器由a个沿直线布置的磁场传感器单元组成，传感器单元之间相距b米；本实施例中，a＝11，b＝0.1，其长线型磁传感器的结构如图5所示；
步骤S3.2：现场存在三种导体分布情况，包括：平行L1方向，如图6所示，垂直L1方向，如图7所示，斜线方向，如图8所示，相应的地表磁场规律情况如图6、7、8所示；
步骤S3.3：根据长线型磁传感器测得的峰值磁场点确定地下导体位置，最大磁场对应的地下位置存在导体；导体位于平行L1方向时，L2测线最大磁场位置下方有导体；导体位于垂直L1方向时，L1测线最大磁场位置下方有导体；导体位于斜线方向时，L1和L2测线最大磁场位置下方均有导体，导体方位就是L1和L2测线最大磁场位置的连线。
S4.根据地下导体位置确定磁场最大梯度位置，根据所述磁场最大梯度位置确定接地导体埋深；
步骤S4.1：测量地表磁场，取变电站某测线L3，一般取为20～30m，本实施例取25m，垂直于步骤S3所确定的地下导体位置，L3测线示意图如图9所示；
步骤S4.2：利用长线型磁传感器沿L3测线测量地表磁场大小；
步骤S4.3：根据最大磁场进行归一化，以磁场最大值为基准，得到磁场数据标幺值，采用前向差分得到差分最大的位置。由于L3两侧最大差分可能不相等，因此取二者平均值作为其最大差分位置参数d，d的计算公式如式1所示，磁场最大值示意图如图10所示，d1、d2示意图如图11所示
式中，d为最大差分位置参数，d1为L3左侧最大差分位置，d2为L3右侧最大差分位置。
步骤S4.5：固定长线型磁传感器一端于最大磁场点，利用旋转法取得磁场衰减最快的方向，磁场衰减最快的方向即为最大梯度位置。
步骤S4.6：长线型磁传感器使用相邻传感器情况下可形成磁场梯度，利用形成的磁场梯度可取得导体位置与埋深情况，其中最大差分位置参数为d、埋深计算方法为：H＝d/0.65，H为导体埋深，取得导体位置与埋深情况后即可开挖验证，更快速地实现磁场测量与检测。
实施例3
本实施例提供了一种地下导体埋深状态的磁场测量系统，用于实现实施例1或2所述的测量方法，如图12所示，包括：
确定地表测量区域模块，用于确定地表测量区域；
励磁电流输入模块，用于在地表测量区域内设置引下线，通过所述引下线注入励磁电流；
位置确定模块，用于在地表测量区域内设置测线，沿测线设置磁传感器测量地表磁场幅值，根据所述地表磁场幅值确定地下导体位置；
埋深确定模块，用于根据地下导体位置确定磁场最大梯度位置，根据所述磁场最大梯度位置确定地下导体埋深。
在所述的系统中，确定地表测量区域模块用于确定好地表测量区域，在测量区域内要设置两条引下线，两条引下线位置必须位于测量区域的边缘处或者位于测量区域的对角线位置。
在所述的励磁电流输入模块中，两条引下线与外接测线连接完成后，给两条引下线输入一正一负的励磁电流。
在所述的位置确定模块中，水平方向、竖直方向各确定一跟测线L1、L2，利用长线型磁传感器沿测线测量地表磁场大小,根据长线型磁传感器测得的峰值磁场点确定地下导体位置，最大磁场对应的地下位置存在导体。
在所述的埋深确定模块中，确定最大磁场梯度方向及参数，测量地表磁场，取变电站测线L3，垂直于所确定的地下导体位置放置，并利用长线型磁传感器沿L3测线测量地表磁场大小。
在埋深确定模块中，最大磁场进行归一化，以磁场最大值为基准，得到磁场数据标幺值，对L3两侧采用前向差分得到差分最大的位置并取平均值作为最大差分位置参数d,计算公式为：
式中，d为最大差分位置参数，d1为L3左侧最大差分位置，d2为L3右侧最大差分位置，固定长线型磁传感器一端于最大磁场点，利用旋转法取得磁场衰减最快的方向，磁场衰减最快的方向即为最大梯度位置，长线型磁传感器使用相邻传感器情况下可形成磁场梯度，利用形成的磁场梯度可取得导体位置与埋深情况，其中最大差分位置参数为d、埋深计算方法为：H＝d/0.65，H为导体埋深。
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.确定地表测量区域；
S2.在地表测量区域内设置引下线，通过所述引下线注入励磁电流；
S3.在地表测量区域内设置测线，沿测线设置磁传感器测量地表磁场幅值，根据所述地表磁场幅值确定地下导体位置；
S4.根据地下导体位置确定磁场最大梯度位置，根据所述磁场最大梯度位置确定地下导体埋深。
2.根据权利要求1所述的一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，其特征在于，在地表测量区域内设置两条引下线，两条引下线设置于地表测量区域的边缘或对角线位置。
3.根据权利要求2所述的一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，其特征在于，通过两条引下线分别注入一正一负的励磁电流。
4.根据权利要求1所述的一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，其特征在于，所述磁传感器为长线型磁传感器，长线型磁传感器由a个沿直线布置的磁场传感单元组成，所述磁场传感单元之间的间距为b米。
5.根据权利要求4所述的一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，其特征在于，所述S3的具体方法为：
S3.1：在地表测量区域分别沿水平方向和竖直方向设置测线L1和L2，测线L1和L2互相垂直；
S3.2：沿测线L1和L2分别设置长线型磁传感器，测量地表磁场幅值；
S3.3：根据地表磁场幅值的峰值点确定地下导体位置。
6.根据权利要求5所述的一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S3.3中，根据地表磁场幅值的峰值点确定地下导体位置的具体方法为：
仅测线L2出现峰值点时，地下导体位于平行测线L1方向的位置；
仅测线L1出现峰值点时，地下导体位于垂直测线L1方向的位置；
测线L1和L2均出现峰值点时，地下导线的方位为测线L1和L2的峰值点的连线位置。
7.根据权利要求6所述的一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S4的具体方法为：
S4.1：选择变电站测线L3，所述变电站测线垂直于地下导体位置；
S4.2：沿变电站测线L3设置长线型磁传感器，测量地表磁场；
S4.3：根据地表磁场最大值对所有地表磁场进行归一化，获得磁场标幺值；
S4.4：利用前向差分法，根据磁场标幺值获得差分最大的位置，并计算位置参数；
S4.5：将长线型磁传感器的一端设置于地表磁场最大值的位置，利用旋转法确定磁场衰减最快的方向，即最大梯度位置；
S4.6：根据最大差分位置参数和最大梯度位置计算接地导体埋深。
8.根据权利要求7所述的一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S4.4中，计算最大差分位置参数的具体方法为：
式中，d为最大差分位置参数，d1为L3左侧最大差分位置，d2为L3右侧最大差分位置。
9.根据权利要求8所述的一种地下导体埋深状态的磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S4.6中，根据最大差分位置参数和最大梯度位置计算接地导体埋深的具体方法为：H＝d/0.65，H为导体埋深。
10.一种地下导体埋深状态的磁场测量系统，用于实现权利要求1-9任一项所述的测量方法，其特征在于，包括：
确定地表测量区域模块，用于确定地表测量区域；
励磁电流输入模块，用于在地表测量区域内设置引下线，通过所述引下线注入励磁电流；
位置确定模块，用于在地表测量区域内设置测线，沿测线设置磁传感器测量地表磁场幅值，根据所述地表磁场幅值确定地下导体位置；
埋深确定模块，用于根据地下导体位置确定磁场最大梯度位置，根据所述磁场最大梯度位置确定地下导体埋深。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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