变电站接地网的高精度电磁探测技术研究

云南电网有限责任公司丽江供电局 杜金钟

在交流电的应用设计中电磁法是最常见的一种，而电磁法一般又被分为航空电磁、地面电磁、井下电磁等，本设计采用的是比较实用的地面电磁。地面电磁法是利用地下的导电体来工作的，导电地质会与磁场之间相互作用形成交变磁场，进而产生感应电流，而感应电流与地下地质之间还会产生二次反应形成磁场，该磁场的强度与时间有密切的联系，通过对空间、时间的分布研究与计算可以分析出地下导电体的状态[1]。

图1为电磁探测的原理，这当中存在交变电压，在其中线圈内出现交变电流，线圈内的交变电流会在周围形成磁场H1。如果在该磁场附近的地下当中有导电体，则该磁场内部的H1将产生改变磁场的感应电流并形成电磁场H2。比对一次磁场和二次磁场的数据，然后可以获知地下探测区的导电属性，以此来判断地下导体的属性。

1 电磁感应探测模型计算

将接收和发射线圈之间的长度设为r，将线圈和地面之间的距离设为h，当发射线圈发射电流后接收线圈会收到两部分电流，其中包含了一次磁场和二次磁场，将其带入到均匀空间电磁传播公式后可以得到如下公式[2]：

式中M所表示的是线圈的发射距离，ω代表发射率为发射线圈的发射频率，r是接收和发射线 圈之间的长度，ht与hR分别是发射和接收线圈与地面的距离，dm代表地面与导电体之间的距离，σm代表地面导电性，HZ是一次和二次磁场的磁场强度，Hr仅代表二次磁场强度。通过公式可发现，在发射频率、磁矩相同的前提下，两次磁场的大小取决于线圈与地面之间的距离与地面的导电性等参数，并且地面与导电物之间的距离对磁场反馈产生了很大的影响，在所有参数一样的条件下，一般来说二次磁场的强度是由地下导电体所导致的，以此来获得地下的信息。

2 接地网络腐蚀探测仪整体设计

为了能够精确的测算地下导体所反馈出来的二次磁场信息，本文将采用接地网络探测仪来测算。该仪器主要分为发射和接收两大模块（图2），本仪器所采用的是DSP平台，主要利用脉冲调制方法，首先发射正弦电流，然后采集信息，利用的是AD芯片，将前置和滤波电路结合来接收二次磁场强度信号，随后将接收到的数据储存在设备中利用计算机处理[3]。

结合图2可知，该仪器的发射部分为DSPTMS3 20F28335，该模块会产生发射的脉冲电波，输出的脉冲为固定频率，是正弦电波PWM序列，随后的隔离组建将隔离驱动信号，以免其影响DSP，当脉冲信号被放大之后将会产生驱动控制反应，导致MOSFET组件影响H桥电路，最终电平由单极转变为双极，发射线圈在接受了H桥的电流之后出现交变电压，在内部产生交变电路后出现一次磁场，再由于地下导体的原因使地下导体产生电流涡流，在磁场周围生成二次磁场，仪器的接收组件将接受这一部分的信号，处理二次磁场的信号，在处理放大电路和滤波电路之后再通过数据转换模块转换成信号，最终用户将接收到数字讯号，DSP将数据利用单片机发送到计算机储存设备中，以备后续处置[4]。

3 基于MATLAB的发射波形仿真

设计好方案之后就应该验证方案是否可行。本设计将仿真发射相同波形来验证其可行性。本文所采用仿真模块为Simulink，有较多实用模块，其器件开关和发射模型均可以自由的设置，并且参数调节也比较自由，所以选用Simulink来仿真发射波形有很高的参考价值[5]。

要进行仿真试验的第一步就是制作仿真的信号发射模块，再将信号传送到H桥的开关控制组件。将信号发射模块的参数调好，设置与其参数相对应的频率参数，比较前后输出两种逻辑电平的高低，控制相互作用的两路电平的后续电路，在桥路设计当中设置频率和载波比，当一切调整完成之后发射脉冲。在桥路设计当中要对多个参数进行仿真，其中包含导通压降、拖尾、下降时间等，其目的是使桥路设计尽量真实，所以开关组件的参数调整要尽量使其理想化，将下降时间、拖尾时间忽略，利用示波器来记录和计算探测到的数据。

本文的实验数据最终如表1。试验发射信号频率是50Hz，仿真时长经过计算是0.04s，电源电压12V，采用RLC模块来仿真线圈的各项指标。另图3所记录脉冲波形，输出电压电流波形如图4。

表1 发射仿真参数

对图4进行分析可知，本次测试的电压信号设置和脉冲电流预设都比较适中，利用Simulink可以得到比较理想的波形状态，本次试验当中所采用的线圈电感比较低，所以得到的最终电流信号不够稳定，在测绘图中有较为明显的锯齿。

4 结语

模拟实验通过数据和表格表明，本文所设计的方法真实有效。