變電站接地網的高精度電磁探測技術研究

云南電網有限責任公司麗江供電局 杜金鐘

在交流電的應用設計中電磁法是最常見的一種，而電磁法一般又被分為航空電磁、地面電磁、井下電磁等，本設計采用的是比較實用的地面電磁。地面電磁法是利用地下的導電體來工作的，導電地質會與磁場之間相互作用形成交變磁場，進而產生感應電流，而感應電流與地下地質之間還會產生二次反應形成磁場，該磁場的強度與時間有密切的聯系，通過對空間、時間的分布研究與計算可以分析出地下導電體的狀態[1]。

圖1為電磁探測的原理，這當中存在交變電壓，在其中線圈內出現交變電流，線圈內的交變電流會在周圍形成磁場H1。如果在該磁場附近的地下當中有導電體，則該磁場內部的H1將產生改變磁場的感應電流并形成電磁場H2。比對一次磁場和二次磁場的數據，然后可以獲知地下探測區的導電屬性，以此來判斷地下導體的屬性。

1 電磁感應探測模型計算

將接收和發射線圈之間的長度設為r，將線圈和地面之間的距離設為h，當發射線圈發射電流后接收線圈會收到兩部分電流，其中包含了一次磁場和二次磁場，將其帶入到均勻空間電磁傳播公式后可以得到如下公式[2]：

式中M所表示的是線圈的發射距離，ω代表發射率為發射線圈的發射頻率，r是接收和發射線 圈之間的長度，ht與hR分別是發射和接收線圈與地面的距離，dm代表地面與導電體之間的距離，σm代表地面導電性，HZ是一次和二次磁場的磁場強度，Hr僅代表二次磁場強度。通過公式可發現，在發射頻率、磁矩相同的前提下，兩次磁場的大小取決于線圈與地面之間的距離與地面的導電性等參數，并且地面與導電物之間的距離對磁場反饋產生了很大的影響，在所有參數一樣的條件下，一般來說二次磁場的強度是由地下導電體所導致的，以此來獲得地下的信息。

2 接地網絡腐蝕探測儀整體設計

為了能夠精確的測算地下導體所反饋出來的二次磁場信息，本文將采用接地網絡探測儀來測算。該儀器主要分為發射和接收兩大模塊（圖2），本儀器所采用的是DSP平臺，主要利用脈沖調制方法，首先發射正弦電流，然后采集信息，利用的是AD芯片，將前置和濾波電路結合來接收二次磁場強度信號，隨后將接收到的數據儲存在設備中利用計算機處理[3]。

結合圖2可知，該儀器的發射部分為DSPTMS3 20F28335，該模塊會產生發射的脈沖電波，輸出的脈沖為固定頻率，是正弦電波PWM序列，隨后的隔離組建將隔離驅動信號，以免其影響DSP，當脈沖信號被放大之后將會產生驅動控制反應，導致MOSFET組件影響H橋電路，最終電平由單極轉變為雙極，發射線圈在接受了H橋的電流之后出現交變電壓，在內部產生交變電路后出現一次磁場，再由于地下導體的原因使地下導體產生電流渦流，在磁場周圍生成二次磁場，儀器的接收組件將接受這一部分的信號，處理二次磁場的信號，在處理放大電路和濾波電路之后再通過數據轉換模塊轉換成信號，最終用戶將接收到數字訊號，DSP將數據利用單片機發送到計算機儲存設備中，以備后續處置[4]。

3 基于MATLAB的發射波形仿真

設計好方案之后就應該驗證方案是否可行。本設計將仿真發射相同波形來驗證其可行性。本文所采用仿真模塊為Simulink，有較多實用模塊，其器件開關和發射模型均可以自由的設置，并且參數調節也比較自由，所以選用Simulink來仿真發射波形有很高的參考價值[5]。

要進行仿真試驗的第一步就是制作仿真的信號發射模塊，再將信號傳送到H橋的開關控制組件。將信號發射模塊的參數調好，設置與其參數相對應的頻率參數，比較前后輸出兩種邏輯電平的高低，控制相互作用的兩路電平的后續電路，在橋路設計當中設置頻率和載波比，當一切調整完成之后發射脈沖。在橋路設計當中要對多個參數進行仿真，其中包含導通壓降、拖尾、下降時間等，其目的是使橋路設計盡量真實，所以開關組件的參數調整要盡量使其理想化，將下降時間、拖尾時間忽略，利用示波器來記錄和計算探測到的數據。

本文的實驗數據最終如表1。試驗發射信號頻率是50Hz，仿真時長經過計算是0.04s，電源電壓12V，采用RLC模塊來仿真線圈的各項指標。另圖3所記錄脈沖波形，輸出電壓電流波形如圖4。

表1 發射仿真參數

對圖4進行分析可知，本次測試的電壓信號設置和脈沖電流預設都比較適中，利用Simulink可以得到比較理想的波形狀態，本次試驗當中所采用的線圈電感比較低，所以得到的最終電流信號不夠穩定，在測繪圖中有較為明顯的鋸齒。

4 結語

模擬實驗通過數據和表格表明，本文所設計的方法真實有效。