瞬变电磁法在山地变电站边坡接地网检测研究

曹　敏， 李佳奇,， 毕志周， 张林山， 张长胜， 李　川

(1.云南电网有限责任公司 电力科学研究院，云南 昆明 650217；2.昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500)



瞬变电磁法在山地变电站边坡接地网检测研究

曹敏1， 李佳奇1,2， 毕志周1， 张林山1， 张长胜2， 李川2

(1.云南电网有限责任公司 电力科学研究院，云南 昆明 650217；2.昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500)

接地网的完整对于电力系统的安全和可靠运行起到重要作用。实验地点的变电站建设在山丘上，由于边坡滑动的作用，北侧上下游挡土墙均出现了裂缝。采用瞬变电磁仪对变电站上下马道和边坡进行无损检测，通过对视电阻率成像图进行分析，反映出了实验地点的接地网结构状态。实例检测结果表明：瞬变电磁法能够高效、简便运用在在接地网无损检测。

接地网； 瞬变电磁法； 变电站； 视电阻率

0　引　言

接地网监测是发现接地网安全隐患、保证其正常运行的必要手段。至今，国际国内对于接地电阻的测量已取得诸多显著成果，相对而言，对于接地网腐蚀检测的研究则较晚。目前，已从理论上提出的接地网腐蚀程度及其断点检测方法主要有电网络分析法、电磁场检测法及电化学方法等三大类。

瞬变电磁(transient electromagnetic method,TEM)法是一种先进的地球物理勘探方法，对地下异常体的探测有其独特的优势，已有效应用于浅部工程探测[1,2]。

本文引进瞬变电磁法，通过接收装置采集接地网格在土壤中形成低阻涡流回路产生的感应信号，经过数据处理快速成像，以达到接地网断点诊断的目的。

1　瞬变电磁法原理

瞬变电磁法或称为时间域电磁法，是建立在电磁感应原理基础上的时间或者人工源电磁探测的一种方法。利用不接地的回线(磁源)或接地线源(电偶源)向地下发送一次脉冲磁场(通常称为一次场),在它的激发下,地下地质体中激励起的感应涡流将产生时间变化的感应电磁场(通常称为二次场)。由于二次场包含有地下地质体丰富的地电信息,在一次脉冲磁场的间歇期间,利用线圈或接地电极观测二次场(或称响应场)的变化,通过对这些相应信息的提取与分析,从而达到探测地下地质体的目的[1～4]。图1为瞬变电磁仪的野外工作方法原理。

图1　瞬变电磁仪的野外工作方法原理Fig 1　Field work methods principle of TEM instrument

在理论研究的过程中,为了使问题得到简化,一般情况下只讨论单阶跃波激励的问题,并对位移电流的影响进行忽略[5,6]。引入一些辅助参数

(1)

式中ρ为均匀大地的电阻率;t为瞬变场扩散的时间;μ0为空气的磁导率,其值为4π×10-7h/m。τ通常被称作扩散参数,具有长度量纲,以m为单位时, 其表达式为

(2)

中心回线装置的感应电压表达式为[7～9]

(3)

(4)

通过推导得出ti时刻的ρτ的表达式为

(5)

2　瞬变电磁法在接地网中的应用研究

本文选定云南某供电局220 kV变电站作为该系统的应用试点站。该变电站地处云南省东西北部，气候环境多变，冬夏降雨量分布差异大，使得接地网腐蚀破损现象明显。选择该变电站作为项目的实施地能更加具有针对性，而项目的顺利进展也证明了系统的普适性和可推广性。采用瞬变电磁法对该变电站边坡马道的接地网进行了腐蚀检测。

实验对象为一个山地变电站的边坡的上下马道和坡体，在边坡取了4条侧线作为检测线。实验装置采用LTEM—1瞬变电磁仪,采样间隔10 μs，采样时间5 ms，线圈采用重叠回线方式，发射线圈边长1.35 m，接收线圈边长1.35 m。

实验分为4条测线，分别为上平面、上斜坡、下平面和下斜坡。4条测线的测试结果如图2～图5所示。

图2　边坡上平面的物探检测图Fig 2　Geophysical detection figure of upper plane on slope

图3　边坡上斜面的物探检测图Fig 3　Geophysical detection figure of ramp of slope

图4　边坡下平面的物探检测图Fig 4　Geophysical detection figure of lower plane on slope

图5　边坡下斜面的物探检测图Fig 5　Geophysical detection figure of lower ridge slope

图3为边坡上斜面的物探检测图，圈出的位置为低阻体，结构可能为角钢、接地桩位或者锚杆，在平面0～55 m，深度0.5～4.5 m之间。图4为边坡下平面的物探检测图，圈出的位置为低阻体，结构可能为角钢、接地桩位或者锚杆，在平面0～55 m，深度0～1.8 m之间。图5为边坡下斜面的物探检测图，圈出的位置为低阻点，在平面0～55 m，深度0～6 m之间。

通过对视电阻率图像进行分析，可有效地分析出该变电站接地网的形态特征。同时，基于本文所提的瞬变电磁检测方法操作简单，检测时间短，可节省大量人力、物力及财力。

3　结　论

本文提出了一种接地网瞬变电磁检测方法。该方法在地面上施加一个斜阶跃关断的脉冲信号，通过对接地网感应信号的检测，反演计算视电阻率并快速成像，从视电阻率断面图中直观诊断接地网断点故障情况。考虑到接地网现场检测时干扰信号多而强，采用小波变换滤掉了检测数据中的干扰信号。变电站接地网腐蚀检测实例表明：该方法检测结果准确，滤波效果良好，可用于工程实际。

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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，山东齐河人,教授级高级工程师,主要从事电网设计检测。

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