变电站接地网宽频电磁探测技术原理及系统设计研究

　　引言

　　变电站接地网探测技术对于变电站运行安全性极其重要[1]，大量科研工作者进行了这方面的研究工作。低电压大电流法由刘宝成等人提出，方法是在接地网接线处供给成倍的大电流，然后比较侵蚀及普通两种情形时的电压指标以检测接地网受侵蚀的情形，在这种情形下接地网不用开挖就可以查验检测，专业人员能够借鉴监测数据来判断接地网运行正常与否。

　　华北电力大学的刘洋、崔翔等人应用电磁探测技术研究接地网探测，提到向连接地面的电网引进电流借助地面电网向上引导体的办法，可用来判断接地网断点问题，并依照检测土壤表面磁感应强度大小[2]。在应用频率域电磁法对浅地表的探测有很多成果，不一样深度地表下面的电性状态可借助宽频电磁法来检测，有差异深度的接地网能够应用宽频电磁法，当然有一定的可行性。目前来说，鉴于宽频电磁法的频率域探测仪器在接地网探测这一领域还没有大量普及，因此宽频电磁法接地网络探测仪器的大量推广应用非常有意义。

　　1 宽频电磁探测技术原理

　　目前交流电法中比较常用到的电磁法主要有地面电磁法、航空电磁法以及井下电磁法，常规地面电磁法就是本文用的主要电磁法，其基础理论是在能够导电地质体存在于土壤下面时，会产生涡流也就是感应电流在交变磁场发生作用力的情况下，涡流能够在可以传导电地质体的四周范围内生成二次场的现象，探索二次场强度大小的变动以及伴随时间流逝衰弱变化又或探究总场情况下各个不同分量强度大小的强弱变动、在空间上分布情况和不同时间段特点性质等，由此能够推测判断出地面以下能够导电体的存在[3]。

　　图1所示交变电压会出现于系统发射部分，同时交变化电流会生成于线圈负载里边，在图中线圈内有交变电流正常通过时，靠近的相邻空间会产生出一样频率交变一次电磁场H1。当地面底下有导电体存在时，通过法拉第电磁感应定律可得，其内部会受影响生成出阻碍此种变动的涡流（也就是前边提到的感应电流）受到已知电磁场H1的变化而变化，此种情况下感应电流在导电体附近空间生成二次电磁场H2。接收端能够收到一次场和二次场，根据录下的二次场变化数据能够得到地表下面探测区域的导电性同与不同，这些能够映衬出地下的导体情况[4]。

　　2 电磁感应探测模型计算

　　将发射线圈和接受线圈的间距定义为r，假定其距离地面高度为h。当正弦电流被发射线圈发射后，可得出接受线圈获得的磁场总和（一次场和二次场的叠加）

　　常见的发射线圈发射频率，M为发射磁矩，ht为距地面高度，r为与接收线圈距离，dm是地层厚度，Hr为二次场场强，σm是地层电导率，hr为接收线圈距地面高度，Hz为一次与二次场的叠加场强。由式中可知，在发射线圈发射频率和磁矩稳定时，线圈所处地点、地层电导百分比等数据同一次场和二次场强度大小有关，底层深度差异能够得到的一次场与二次场强弱反馈也有不同差异。这些参数全部固定不变情况下，能得到地下异常体所导致的二次场强度变化大小，也能得到地下二次场信息。

　　3 接地网络腐蚀探测仪整体设计

　　本文设计接地网络探测仪目的是用来收集导体产生的二次场信息，其分为发射和接收部分，在DSP平台提供的设计方案基础上，脉冲宽度大小的调整方法可应用调制技术来进行，以达到正弦电流发射的目的（工作频率最高10kHz）；高级精确度AD采样芯片的采用，放大电路前置、信号滤波电路，收到二次场并提高二次场信号的信噪比，获取数据后存储数据在设备中传输至上位机进行处理。

　　发射部分由DSP-TMS320F28335控制，主要是生成信号脉冲和正弦PWM控制序列。光耦隔离模块主要功能是将驱动电路和DSP完全隔离，避免驱动电路对DSP产生负面影响。在驱动电路中，脉冲信号经驱动电路进行功率放大并输入MOSFET模块。紧接着MOSFET控制电压型H桥电路，使单极性电平能够生成双极性电平，进而到达负载。值得一提的是，负载的是发射线圈。

　　地下导体内部生成涡流是交变的一次场生产出现的，二次场能够出现在周围空间范围内，接收部位能够进行吸收，然后二次场信号就可以得到，在接收一定的放大电路和滤波电路后，模数转换芯片会把数据记录集中，数字信号会就会被变成模拟信号，DSP负责数据接收与计算会被单片机发射输送至存储设备中用来存储，保留等着上位机处理。

　　4 基于MATLAB的发射波形仿真

　　本文对发射波形部分给出仿真设计并检测是否可行。已指出的发射波形部分仿真大部分源于MATLAB内Simulink模块，许多能够被使用的模块能够在Simulink内运行利用，可重新操作的有开关元件、波形发生器和逻辑器件，多项元件数据百分比的设置能够进行，对于应用Simulink进行仿真具有很多的参考意见。

　　自然采样法是仿真的核心步骤，是自然采样法在MATLAB内部设计脉冲信号初始模块基础上，初始模块信号运送至后边连续的H桥控制开关设备元件。选取应用正弦信号模块SineWave和三角波生成的模块RepeatingSequence，设定其幅值相位与频率百分比参数，同时进行数据比对后输出一高一低两种逻辑电平，然后互补的两路电平会对后续电路进行控制，设置结束它会被封闭装起，封装模块的载波比、频率等数据在桥路设计中是能够直接设置。

　　完整的桥路设计搭建，能重新设置开关器件的下降时间、拖尾时间、导通压降等数据，校验证明桥路可行性是仿真目的，这种情况下需把开关器件参数设置为可行，改控其下降和拖尾时间全部是0，内部放置的示波器模块来察觉输出脉冲波形和最后的信号波形。

　　50Hz是仿真发射的正弦信号波频率，12V是直流电源，0.04s计算时长。改变电阻和电感值，可以用来设置RLC模块参数，模拟不同参数线圈的特性。观察后得出的输出脉冲仿真波形如图5。仿真电压电流波形最后输出电流如图6，由图6可观察出正常脉冲信号和输出电压信号，优秀的波形在Simulink仿真中是可以获取的，因为仿真型的线圈电感相对较小，所以实验时所输出电流信号会有锯齿状存在。