课题名称：基于瞬变电磁法的接地网状态检测及故障诊断新技术研究
研究内容：瞬变电磁法的接地网状态检测实验模型验证
实施方案
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目 录
1、概述 ...................................................... 2 2、实验目的 .................................................. 2 3、实验模型规划 .............................................. 2 3.1地网规划................................................ 3 3.2地网建设................................................ 6 4、实验方法 .................................................. 7 4.1电网络分析法 ............................................ 7 4.2电化学分析法 ........................................... 10
1、概述
接地网缺陷诊断方法主要有大电流法、接地网节点分析、电磁场分析、电化学方法和无损检测法等。但当前接地网故障诊断技术，仅能解决接地网故障检测和诊断的部分问题，尚无理想、有效的解决手段，而完整的解决目标应包括：无损非开挖，提高效率、减少损失；地网信息全面探测，包括断点、腐蚀和地网结构探测，解决无先验信息难题，无需地网设计资料。研究新型的地网无损检测手段，是接地网状态检测和故障诊断领域今后面临的重要课题，也是接地网检测技术今后的发展方向。
瞬变电磁法是一种地球物理方法，它通过发送线圈在地下建立一次脉冲磁场，在一次场间歇期间，形成地下涡流场并向下、向外扩散，称“烟圈效应”，利用接收线圈观测二次涡流场，并经反演推断地层电阻率纵向分布，可形成纵向电阻率断面图。本项目的研究，将开拓电力接地网不停电的、非接触的、无损检测、非开挖故障诊断新途径。
本项目研究过程中，需建立实验地网，并采用电网络分析法、电化学分析法对接地网进行故障诊断，本方案主要针对实验地网如何建设，故障诊断方法的比较进行编制。
2、实验目的
（1）接地网故障实验模型规划与建设
基于南京南瑞集团公司接地网实验场，开展评价模型实验对比研究。 （2）实验方法及验证方法
（3）几种常用地网故障诊断方法特性比较
采用电网络分析法、电化学分析法等多种接地网故障诊断方法，评价瞬变电磁法的适用性。
3、实验模型规划
3.1地网规划
接地网长24m,宽24m，4m网格，将接地网进行分区，按照地网节点和支路进行编号，并对部分支路接地材料进行防腐蚀和断点处理，模拟变电站接地材料的腐蚀及断裂。具体布置见图3.1，地网水平接地极采用-40×4热镀锌扁钢，腐蚀处理及断点见表3.1-1。
图3.1 地网拓扑图
表3.1-1 各区域地网腐蚀及断裂处理列表
分区 支路编号 起点 终点 材料规格 腐蚀及断点处理 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 1 1 2 2 3 3 5 4 6 5 7 6 9 7 10 8 11 9 13 10 14 11 15 12 4 17 17 18 18 19 8 20 20 21 21 22 12 23 23 24 24 25 16 2 5 3 6 4 7 6 8 7 9 8 10 10 11 11 12 12 13 14 14 15 15 16 16 17 20 18 21 19 22 20 23 21 24 22 25 23 26 24 27 25 28 26 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 20*4 40*4 20*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 20*4 40*4 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 不处理 断点 不处理 不处理 不处理 规格变小 不处理 规格变小 不处理 不处理 不处理 断点 不处理 不处理 不处理 断点 不处理 不处理 规格变小 不处理
区二 区二 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 45 47 44 46 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 26 27 13 14 15 29 16 30 29 31 30 33 31 34 32 35 33 37 34 38 35 39 36 32 26 41 27 42 28 36 41 44 42 45 43 40 44 47 45 48 46 27 28 29 30 31 30 32 31 33 32 34 34 35 35 36 36 37 38 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 43 44 44 45 45 46 46 47 47 48 48 49 49 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 40*4 不处理 不处理 不处理 酸性液体浸泡15天 不处理 不处理 不处理 不处理 酸性液体浸泡15天 不处理 不处理 不处理 不处理 酸性液体浸泡15天 不处理 不处理 酸性液体浸泡15天 不处理 不处理 酸性液体浸泡15天 不处理 不处理 不处理 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天、断点 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天、断点 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天、断点 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 酸性液体浸泡5天 表3.1-2 材料表
序设备名称 号 一、材料 1 2 3 热镀锌扁钢 热镀锌扁钢 PVC管 规格型号 单位 数量 备注 40×4 40×4 Ф60 m m m 350 98 50 网格4×4m，长24m，宽24m 节点引出线 二、试验设备 4 5 6 7 锄头 铁锹 电焊机 大电流发生器 把 把 台 台 5 5 1 1 3.2地网建设
（1）按照图3.1将84条支路热镀锌扁钢进行编号，按照腐蚀要求，进行侵泡处理；按照断点要求，将热镀锌扁钢进行截断；按照规格要求，将热镀锌扁钢进行中间剖开。
（2）热镀锌扁钢处理后，按照图3.1划线定点，人工开槽，地网埋设深度为1.0m。
图3.2 接地网敷设示意图
（2）敷设热镀锌扁钢，焊接成网络结构。
（3）每个节点设置两条引出线，并编号，要求为永久性编号，编号不易被水冲刷掉，编号为U1～U36和I1～I36。 4、实验方法 4.1电网络分析法
通过对接地网施加30A工频大电流，来测量接地网各节点间电阻值、电位分布来实现对接地网性能、运行状况的常规检测。接地网腐蚀前网络拓扑和各支路导体的电阻值是一定的，进行矩阵求解，得出初始电阻值；在相应的激励源激励下，通过测量地网各引出线运行状态参数，进而计算各支路导体的电阻值是否发生变化，对比，分析判断接地网中导体腐蚀程度。通常情况下，地网各支路电阻值很小，大概在10～90mΩ。记录数据表如下：
表4.1 各支路电阻值记录表
分区 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区一 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 区二 支路编号 初始电阻值（Ω） 测试电阻值（Ω） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 38 36 37 38 39 40 区二 区二 区二 区二 区二 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区三 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 区四 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83
区四 84 通过比较各支路初始电阻值和测试电阻值的大小，如测试值比理论推算初始值增大数倍，即可诊断断裂和腐蚀的严重性。 4.2电化学分析法 4.2.1原理
金属腐蚀速度电化学测试技术主要有极化阻力技术、交流阻抗技术、充电曲线技术和恒电量技术等，其中应用到接地网腐蚀无损检测中的技术主要为充电曲线技术。
基于电化学充电曲线技术的接地网腐蚀状态检测系统主要由小孔限流型电化学传感器、电化学综合测试系统和接地网土壤腐蚀电化学检测软件组成。系统的测量过程如下：首先测量被测接地网金属的腐蚀电位，然后对其施加恒电流阶跃信号，并采集相应的电位响应信号，再对该信号进行小波滤波处理，最后对处理后的信号进行电化学参数解析，并生成接地网腐蚀检测结果。
对腐蚀体系施加恒定阶跃电流，并记录极化电位随时间的变化曲线，如下图所示
充电曲线方程式为：电阻；
为极化电阻；
其中， 为介质
为界面电容。通过对充电曲线的解析可得工作
便可作为表征接地网腐蚀状态的
电极的极化电阻和土壤电阻。极化电阻
特征参数，通过比较极化电阻值的相对大小，即可判断接地网的腐蚀情况。
恒电流充电曲线图
4.2.2腐蚀电位的测量