瞬變電磁法在山地變電站邊坡接地網檢測研究

曹　敏， 李佳奇,， 畢志周， 張林山， 張長勝， 李　川

(1.云南電網有限責任公司 電力科學研究院，云南 昆明 650217；2.昆明理工大學 信息工程與自動化學院，云南 昆明 650500)

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瞬變電磁法在山地變電站邊坡接地網檢測研究

曹敏1， 李佳奇1,2， 畢志周1， 張林山1， 張長勝2， 李川2

(1.云南電網有限責任公司 電力科學研究院，云南 昆明 650217；2.昆明理工大學 信息工程與自動化學院，云南 昆明 650500)

接地網的完整對于電力系統的安全和可靠運行起到重要作用。實驗地點的變電站建設在山丘上，由于邊坡滑動的作用，北側上下游擋土墻均出現了裂縫。采用瞬變電磁儀對變電站上下馬道和邊坡進行無損檢測，通過對視電阻率成像圖進行分析，反映出了實驗地點的接地網結構狀態。實例檢測結果表明：瞬變電磁法能夠高效、簡便運用在在接地網無損檢測。

接地網； 瞬變電磁法； 變電站； 視電阻率

0　引　言

接地網監測是發現接地網安全隱患、保證其正常運行的必要手段。至今，國際國內對于接地電阻的測量已取得諸多顯著成果，相對而言，對于接地網腐蝕檢測的研究則較晚。目前，已從理論上提出的接地網腐蝕程度及其斷點檢測方法主要有電網絡分析法、電磁場檢測法及電化學方法等三大類。

瞬變電磁(transient electromagnetic method,TEM)法是一種先進的地球物理勘探方法，對地下異常體的探測有其獨特的優勢，已有效應用于淺部工程探測[1,2]。

本文引進瞬變電磁法，通過接收裝置采集接地網格在土壤中形成低阻渦流回路產生的感應信號，經過數據處理快速成像，以達到接地網斷點診斷的目的。

1　瞬變電磁法原理

瞬變電磁法或稱為時間域電磁法，是建立在電磁感應原理基礎上的時間或者人工源電磁探測的一種方法。利用不接地的回線(磁源)或接地線源(電偶源)向地下發送一次脈沖磁場(通常稱為一次場),在它的激發下,地下地質體中激勵起的感應渦流將產生時間變化的感應電磁場(通常稱為二次場)。由于二次場包含有地下地質體豐富的地電信息,在一次脈沖磁場的間歇期間,利用線圈或接地電極觀測二次場(或稱響應場)的變化,通過對這些相應信息的提取與分析,從而達到探測地下地質體的目的[1～4]。圖1為瞬變電磁儀的野外工作方法原理。

圖1　瞬變電磁儀的野外工作方法原理Fig 1　Field work methods principle of TEM instrument

在理論研究的過程中,為了使問題得到簡化,一般情況下只討論單階躍波激勵的問題,并對位移電流的影響進行忽略[5,6]。引入一些輔助參數

(1)

式中ρ為均勻大地的電阻率;t為瞬變場擴散的時間;μ0為空氣的磁導率,其值為4π×10-7h/m。τ通常被稱作擴散參數,具有長度量綱,以m為單位時, 其表達式為

(2)

中心回線裝置的感應電壓表達式為[7～9]

(3)

(4)

通過推導得出ti時刻的ρτ的表達式為

(5)

2　瞬變電磁法在接地網中的應用研究

本文選定云南某供電局220 kV變電站作為該系統的應用試點站。該變電站地處云南省東西北部，氣候環境多變，冬夏降雨量分布差異大，使得接地網腐蝕破損現象明顯。選擇該變電站作為項目的實施地能更加具有針對性，而項目的順利進展也證明了系統的普適性和可推廣性。采用瞬變電磁法對該變電站邊坡馬道的接地網進行了腐蝕檢測。

實驗對象為一個山地變電站的邊坡的上下馬道和坡體，在邊坡取了4條側線作為檢測線。實驗裝置采用LTEM—1瞬變電磁儀,采樣間隔10 μs，采樣時間5 ms，線圈采用重疊回線方式，發射線圈邊長1.35 m，接收線圈邊長1.35 m。

實驗分為4條測線，分別為上平面、上斜坡、下平面和下斜坡。4條測線的測試結果如圖2～圖5所示。

圖2　邊坡上平面的物探檢測圖Fig 2　Geophysical detection figure of upper plane on slope

圖3　邊坡上斜面的物探檢測圖Fig 3　Geophysical detection figure of ramp of slope

圖4　邊坡下平面的物探檢測圖Fig 4　Geophysical detection figure of lower plane on slope

圖5　邊坡下斜面的物探檢測圖Fig 5　Geophysical detection figure of lower ridge slope

圖3為邊坡上斜面的物探檢測圖，圈出的位置為低阻體，結構可能為角鋼、接地樁位或者錨桿，在平面0～55 m，深度0.5～4.5 m之間。圖4為邊坡下平面的物探檢測圖，圈出的位置為低阻體，結構可能為角鋼、接地樁位或者錨桿，在平面0～55 m，深度0～1.8 m之間。圖5為邊坡下斜面的物探檢測圖，圈出的位置為低阻點，在平面0～55 m，深度0～6 m之間。

通過對視電阻率圖像進行分析，可有效地分析出該變電站接地網的形態特征。同時，基于本文所提的瞬變電磁檢測方法操作簡單，檢測時間短，可節省大量人力、物力及財力。

3　結　論

本文提出了一種接地網瞬變電磁檢測方法。該方法在地面上施加一個斜階躍關斷的脈沖信號，通過對接地網感應信號的檢測，反演計算視電阻率并快速成像，從視電阻率斷面圖中直觀診斷接地網斷點故障情況。考慮到接地網現場檢測時干擾信號多而強，采用小波變換濾掉了檢測數據中的干擾信號。變電站接地網腐蝕檢測實例表明：該方法檢測結果準確，濾波效果良好，可用于工程實際。

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Research on detection of slope grounding grid of mountain substation by transient electromagnetic method

CAO Min1, LI Jia-qi1,2, BI Zhi-zhou1, ZHANG Lin-shan1, ZHANG Chang-sheng2, LI Chuan2

(1.Test & Research Institute，Yunnan Electric Power Test & Research Institute Group Co Ltd，Kunming 650217,China;2.Faculty of Information Engineering and Automation,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China)

Complete grounding grid for safety and reliable operation of power system plays an important role.Experimental substation construction site on a hill,due to the sliding of the slope,on the north side of both upstream and downstream retaining walls had cracks.Non-destructive test on up and down slope of substation and bridleways is carried out using transient electromagnetic(TEM)instrument,through analysis on apparent resistivity imaging map,reflects the structure of grounding grid state of experimental locations.TEM method can be efficiently and easily used in non-destructive test of grounding grid.

grounding grid； transient electromagnetic (TEM)method； transformer substation； apparent resistivity

2015—10—26

TH 741

A

1000—9787(2016)08—0054—02

曹敏(1961-)，男，山東齊河人,教授級高級工程師,主要從事電網設計檢測。

DOI:10.13873/J.1000—9787(2016)08—0054—02