一种接地网拓扑定位装置及方法与流程

本申请涉及电力系统接地网检测技术领域，尤其涉及一种接地网拓扑定位装置及方法。

背景技术：

接地网一般为扁钢、圆钢、角钢、钢管或铜质材料等焊接组成网格的接地体，接地网的完整可靠性是电力系统安全运行的必要保障，构成接地网的导体埋设于地下，常因施工时的焊接不良、漏焊或土壤腐蚀等原因，造成导体断裂，致使接地网接地泄流性能下降，不仅威胁设备及人身安全，还会带来巨大的经济损失和社会影响，但接地网属于地下隐蔽工程，在土建施工阶段回填土工序完成后，就很难对接地网的连通情况以及运行后接地体的锈蚀情况进行直观的检查和状态评价，因此，需要对接地网定位，以确定腐蚀情况并及时维修。

目前，电性源已经运用到接地网拓扑定位中，通过接地引下线向接地网中注入频率特定的交变电流，通过测量接地网上方地表的电场或磁场分布，从而对接地网导体的位置及其走向进行定位，以实现整个接地网的拓扑结构成像。

接地网的设计和铺设图纸是查找接地网断点和严重腐蚀段，以及进行安全性能评估的前提，在实际工程中，有时会遇到接地网图纸与实际铺设存在偏差、图纸丢失或缺损的情况，从而给接地网的状态诊断和安全性能评估带来极大的困难。此时，常常通过大面积挖开检查，或是要求变电站停电，影响电力系统运行。

技术实现要素：

本申请提供一种接地网拓扑定位装置及方法，以解决现有技术中确定接地网拓扑位置时，依赖于接地网设计和铺设图纸，或是要求变电站停电，影响电力系统运行的问题。

第一方面，本申请提供一种接地网拓扑定位装置，包括：第一发送线圈、第二发送线圈、第一接收线圈以及第二接收线圈；

所述第一发送线圈、第二发送线圈以及第一接收线圈所在的平面平行于地面，所述第一发送线圈和所述第二发送线圈位于所述第一接收线圈的两侧，所述第二接收线圈所在的平面垂直于地面，所述第二接收线圈的圆心和所述第一接收线圈的圆心在同一片面内。

可选的，所述第一发送线圈、第二发送线圈以及第一接收线圈的圆心在同一条直线上。

可选的，所述第二接收线圈平行于地面的直径垂直于连接所述第一发送线圈、第二发送线圈以及第一接收线圈的圆心的直线。

第二方面，本申请还提供一种接地网拓扑定位方法，所述定位方法应用于接地网拓扑定位装置，包括：

在待定位接地网的上方设置试验测线，沿所述试验测线建立多个测点坐标；

所述接地网拓扑定位装置沿着所述试验测线的测点坐标进行逐点测量，获得所述测点坐标处的感应电压数据；

将所述感应电压数据转换为磁场强度值，得到磁场数据平面图，所述磁场数据为所述测点坐标处的磁场强度值；

根据所述磁场数据平面图，确定所述接地网拓扑的位置。

可选的，所述接地网拓扑定位沿着所述试验测线的测点坐标进行逐点测量，获得所述测点坐标处的感应电压数据，包括：

将所述接地网拓扑定位装置的中心分别与多个所述试验测线的测点坐标重合；

所述接地网拓扑定位装置产生阶跃线性关断电流，建立一次脉冲磁场，并激励接地网产生二次涡流场信号；

感应所述二次涡流场信号，获得各个所述测点坐标处的感应电压数据。

可选的，将所述感应电压数据转换为磁场强度值，得到磁场数据平面图，包括：

对所述测点坐标处的感应电压数据积分得到垂直地面方向磁场强度值；

将测试区域内各个测点的垂直地面方向磁场强度值绘制成磁场数据平面图。

可选的，所述垂直地面方向磁场强度值为垂直于导体电流方向的地表面磁感应强度分量的峰值。

本申请提供一种接地网拓扑定位装置及方法，所述定位装置第一发送线圈、第二发送线圈、第一接收线圈以及第二接收线圈，所述第一发送线圈、第二发送线圈以及第一接收线圈所在的平面平行于地面，所述第一发送线圈和所述第二发送线圈位于所述第一接收线圈的两侧，所述第二接收线圈所在的平面垂直于地面，所述第二接收线圈的圆心和所述第一接收线圈的圆心在同一片面内。采用上述装置，不依赖于接地网设计和铺设图纸，在变电站复杂电磁环境下，可在变电站正常运行以及不挖开接地网的情况下，快速、准确地探测接地网地下导体位置，进而确定接地网网格拓扑的位置，能够满足实际工程的检测需要。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供一种接地网拓扑定位装置的结构示意图；

图2为本申请提供一种接地网拓扑定位方法的流程示意图；

图3为本申请提供一种接地网拓扑定位装置中阶跃线性关断电流波形图；

图4为本申请提供一种接地网拓扑定位方法中接地网与试验测线位置示意图。

其中，1-第一发送线圈，2-第二发送线圈，3-第一接收线圈，4-第二接收线圈。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1，本申请提供一种接地网拓扑定位装置，包括：第一发送线圈1、第二发送线圈2、第一接收线圈3以及第二接收线圈4。

所述第一发送线圈1、第二发送线圈2以及第一接收线圈3所在的平面平行于地面，所述第一发送线圈1和所述第二发送线圈2位于所述第一接收线圈3的两侧，所述第二接收线圈4所在的平面垂直于地面，所述第二接收线圈4的圆心和所述第一接收线圈3的圆心在同一片面内。

依据测量结果，根据峰值坐标反推接地网结构，并绘制出接地网结构图：垂直于导体电流方向的地表面磁感应强度分量分布具有呈现波浪式变化的特征，每根导体上方对应出现一个峰值，即出现峰值的地方，其对应的地下存在导体，据此可以判断埋入地下的导体位置及接地网网格结构。

所述第一发送线圈1和所述第二发送线圈2分别电连接发射机，所述第一接收线圈3以及第二接收线圈4分别电连接接收机，所述发射机向所述第一发送线圈1和所述第二发送线圈2提供幅值相等、方向相反的阶跃性关断电流，如图3所示，横轴为时间坐标，纵轴为电流坐标，电流在t1时刻开始关断，在t2时刻关断完毕；所述接收机用于存储电压信号；当所述接地网拓扑定位装置的中心位于接地网中心位置时，所述第一接收线圈3接收到的磁场强度值为0，在接地网导体处没有感应产生，不会有二次磁场产生。

所述接地网拓扑定位装置从接地网的网孔中心向接地网导体移动时，所述第一接收线圈3和所述第二接收线圈4在接地网的导体上感应出相同方向的电流，且电流值逐渐增大，直至所述接地网拓扑定位装置的中心位于接地网导体正上方时，此时接地网导体上感应电流出现峰值，所述第一接收线圈3接收的磁感应强度达到最小值，所述第二接收线圈4接收的磁感应强达到最大值。

所述第一发送线圈1、第二发送线圈2以及第一接收线圈3的圆心在同一条直线上。

所述第一接收线圈3的圆心在接地网导体正上方时，所述第一发送线圈1和所述第二发送线圈2位于接地网导体的两侧，且与接地网导体的距离相等，使得接地网导体感应出的电流达到最大，便于所述第二接收线圈4接收磁感应强度。

所述第二接收线圈4平行于地面的直径垂直于连接所述第一发送线圈1、第二发送线圈2以及第一接收线圈3的圆心的直线。

此时，所述第二接收线圈4所在的平面垂直于接地网导体产生磁场方向，便于所述第二接收线圈4接收磁感应强度。

本申请提供一种接地网拓扑定位装置，所述定位装置第一发送线圈、第二发送线圈、第一接收线圈以及第二接收线圈，所述第一发送线圈、第二发送线圈以及第一接收线圈所在的平面平行于地面，所述第一发送线圈和所述第二发送线圈位于所述第一接收线圈的两侧，所述第二接收线圈所在的平面垂直于地面，所述第二接收线圈的圆心和所述第一接收线圈的圆心在同一片面内。采用上述装置，不依赖于接地网设计和铺设图纸，在变电站复杂电磁环境下，可在变电站正常运行以及不挖开接地网的情况下，快速、准确地探测接地网地下导体位置，进而确定接地网网格拓扑的位置，能够满足实际工程的检测需要。

参见图2，本申请提供一种接地网拓扑定位方法，所述接地网拓扑定位方法包括：

步骤s1，在待定位接地网的上方设置试验测线，沿所述试验测线建立多个测点坐标。

在待定位接地网的上方区域设定试验测线，包括试验测线的长度和试验测线之间的距离，沿试验测线的测试方向建立多个测点，设定测点间距。参见图4，可选的，设定多条相互平行的实验测线(图中虚线部分)，多条试验测线中，相邻两条试验测线距离相等，每条试验测线上均匀设定测点位置，方便探测该测点位置处的接地网导体(图中实线部分)的位置。

步骤s2，所述接地网拓扑定位装置沿着所述试验测线的测点坐标进行逐点测量，获得所述测点坐标处的感应电压数据。

接地网拓扑定位装置的中心与测点坐标重合，接地网拓扑定位装置产生幅值相等、方向相反的阶跃性关断电流，建立一次脉冲磁场，并激励接地网产生二次涡流场信号，接地网拓扑定位装置中的第二接收线圈观测感应二次涡流场，测量得到该测点坐标处的感应电压数据，存储该测点坐标处的感应电压数据，之后继续测量下一测点坐标。

步骤s3，将所述感应电压数据转换为磁场强度值，得到磁场数据平面图，所述磁场数据为所述测点坐标处的磁场强度值。

在接地网拓扑定位装置中，采用的是感应线圈作为接收传感装置，测量探测区域的感应电压响应值，也就是磁场随时间的变化率。根据法拉第电磁感应定律，对感应电压响应积分可得到垂直磁场强度值。

步骤s4，根据所述磁场数据平面图，确定所述接地网拓扑的位置。

参见图1，以接地网拓扑定位装置的中心为原点，以连接第一发送线圈、第二发送线圈以及第一接收线圈的圆心的直线为y方向，以垂直于y方向为x方向，x方向和y方向均平行于地面，分别沿x方向和y方向测量地表面磁感应强度，并同时记录下出现峰值的位置坐标，依据测量结果，根据峰值坐标反推接地网结构，并绘制出接地网结构图：垂直于导体电流方向的地表面磁感应强度分量分布具有呈现波浪式变化的特征，每根导体上方对应出现一个峰值，即出现峰值的地方，其对应的地下存在导体，据此可以判断埋入地下的导体位置及接地网网格结构。

所述接地网拓扑定位沿着所述试验测线的测点坐标进行逐点测量，获得所述测点坐标处的感应电压数据，包括：

步骤s21，将所述接地网拓扑定位装置的中心分别与多个所述试验测线的测点坐标重合。

步骤s22，所述接地网拓扑定位装置产生阶跃线性关断电流，建立一次脉冲磁场，并激励接地网产生二次涡流场信号。

步骤s23，感应所述二次涡流场信号，获得各个所述测点坐标处的感应电压数据。

将所述感应电压数据转换为磁场强度值，得到磁场数据平面图，包括：

步骤s41，对所述测点坐标处的感应电压数据积分得到垂直地面方向磁场强度值。

步骤s42，将测试区域内各个测点的垂直地面方向磁场强度值绘制成磁场数据平面图。

所述垂直地面方向磁场强度值为垂直于导体电流方向的地表面磁感应强度分量的峰值。

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。