瞬变电磁法变电站接地网状态检测评估导则

ICSXXX

标准文献分类号T/CEC

中国电力企业联合会标准

T/CECXXXXX—202X

瞬变电磁法变电站接地网状态检测评估导

则

Guideforstatusdetectionandevaluationtechnologyofgroundinggridbasedon

transientelectromagneticmethod

（征求意见稿）

201X-XX-XX发布201X-XX-XX实施

中国电力企业联合会发布

DL/TXXXXX_202x

目次

前言.....................................................................................II

1范围......................................................................................1

2规范性引用文件............................................................................1

3术语和定义................................................................................1

4技术原理..................................................................................2

5一般要求..................................................................................2

6检测系统..................................................................................2

7检测流程..................................................................................5

8诊断评价..................................................................................7

附录A（资料性附录）瞬变电磁法检测原理.................................................8

附录B（资料性附录）拓扑结构探测系统...................................................9

附录C（资料性附录）基于瞬变电磁法的接地网视电阻率计算方法............................10

附录D（资料性附录）基于瞬变电磁法的接地网状态诊断案例................................11

I

DL/TXXXXX—202x

瞬变电磁法变电站接地网状态检测评估导则

1范围

本标准规定了基于瞬变电磁法的变电站接地网状态检测评估的检测系统、检测要求、检测流程、诊

断评价。

本标准适用于采用瞬变电磁法的变电站接地网非接触状态检测及评估。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版木（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB50169电气装置安装工程接地装置施工及验收规范

DI./T393-2010输变电设备状态检修试验规程

DL/T475-2017接地装置特性参数测量导则

DL/T1532—2016接地网腐蚀诊断技术导则

DL/T1554—2016接地网土壤腐蚀性评价导则

DZ/T0187-2016地面磁性源瞬变电磁法技术规程

3术语和定义

GB50169中所有术语和定义适用于本标准。下列术语和定义适用于本标准

3.1

磁性源瞬变电磁法magneticscurcetransientelectromagneticmethod

用不接地对称双极性矩形回线脉冲电流产生一次磁场，在断电间隙观测地下介质感应的瞬变二次

电磁场的一种时域电磁法。

FDZ/T0187—2016,总则3,11

3.2

接地网groundinggrid

由垂直和水平接地极组成的具有泄流和均压作用的网状接地装置。

[DL/T1554—2016,定义3.1]

3.3

接地网拓扑图topologicaldiagramofgroundinggrid

构成闭合回路的接地网水平导体网络图。

[DL/T1532—2016,定义3.3]

3.4

腐蚀corrosion

II

DL/TXXXXX—202x

由于金属与环境间的相互作用使金属性能发生变化，导致金属、环境或由它们作为组成部分的技术

体系的功能受到损伤的现象。

[DL/T1554—2016,定义3.1]

4技术原理

4.1检测原理

瞬变电磁法变电站接地网状态检测评估技术检测时，首先利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁

场，地下的接地网在一次脉冲磁场的激发下感应出涡流，并在空间形成二次瞬变磁场。在一次脉冲磁场

的间歇期间，利用接收线圈观测二次涡流场，由于二次涡流场随时间变化，因而在其周围又产生新的磁

场,称二次磁场。由于接地网感应电流的热损耗，二次磁场大致按指数规律随时间衰减，形成瞬变磁场。

二次磁场主要来源于接地网的感应电流，因此包含着与接地网状态有关的信息。最后，通过接收线圈观

测二次磁场信息，并对所观测的数据进行分析和处理。

该技术可应用于变电站接地网结构完整性验收、腐蚀状态诊断、焊接不良问题诊断等。

4.2判断方法

判断高视电阻率和低视电阻率的主要依据是测试路径下方的视电阻率断面图像中的电阻率值等值

线图。可参考附录【），根据断面图中的颜色分布和等值线配合侧边的色标图分辨高视电阻率和低视电阻

率。

5一般要求

5.1环境条件

检测宜在连续晴天3天后或干燥季节进行，不应在雨、雪中，或雨、雪后立即进行。应在相近天气

状况下完成同一次检测。

a）气温：0℃~40℃。

b）相对湿度：不大于85%。

5.2检测周期

按以下要求执行。

a）参照DL/T393-2010,宜每6年检测一次。

b）腐蚀性严重地区，或其它必要时，宜缩短检测周期。

c）交接验收时，宜进行接地网敷设质量检测。

d）怀疑导通不良时。

5.3被测接地网要求

按以下要求执行。

a）接地网在正常埋深范围。

b）接地网单层布局。

6检测系统

III

DL/TXXXXX—202x

6.1系统组成

检测系统由发射系统和接收系统组成。检测设备连接示意图如图1所示。

发射系统

接收系统

图1检测设备连接示意图

6.2发射系统

5.2.1系统组成

发射系统用于在接地网上方敷设的发射线圈中产生周期性的双极性脉冲电流，该脉冲电流对接地

网激发出一次电磁场。依靠发射系统高速关断的特性，一次电磁场迅速消失，使接地网扁钢产生纯二次

感应磁场。发射系统由电磁脉冲发射机和发射线圈组成。如图2所示。

同步控制

发

蓄

射

电

线

池控制系统

图

组

开关驱动

图2发射系统框图

5.2.2系统参数

电磁脉冲发射机应发射恒流的、高陡度、高线性度双极性脉冲电流波形。

发射线圈宜可快速移动，提高探测效率。

IV

DL/TXXXXX_202x

发射线圈的形状宜不易变形，保证激发稳定的一次场。

发射线圈宜耐高温，保证连续供电下激发稳定的一次场。

电磁脉冲发射机和发射线圈参数应满足表1要求。

表1电磁脉冲发射机和发射线圈推荐参数

序号分类名称推荐参数备注

根据地网规格并保

证周围电力设备安

1发射电流幅值>10A

全运行进而灵活选

择

具备恒流性能，保

证稳流精度。

2发射电流纹波<2.5%具备高线性度，保

证一次场信号消失

的更彻底。

总关断时间加宜小

电磁脉冲发射机

于35ps；

3发射电流关断时间<lgs/A具备高陡度性能，

保证纯净的浅层二

次场信号。

根据地网规格并保

1Hz、2Hz>4Hz、证周围电力设备安

4发射电流频率

8Hz、16Hz、32Hz全运行进而灵活选

择

5发射电流占空比50%

6发射磁矩>15Am2

7发射线圈发射线圈等效面积>1.5m2

6.3接收系统

5.3.1系统组成

接收系统用于收集接收线圈拾取到的接地网扁钢感应的二次场信号，转换成感应电动势数据并记

录下该探测数据。接收系统由电磁感应接收机和接收线圈组成。如图3所示。

V

DL/TXXXXX—202x

图3接收机原理框图

5.3.2系统参数

电磁感应接收机应具备高精度、高动态磁场接收及数据预处理。

接收系统宜使用24位数模转换器全波形记录。

采样率应不低于100kHz。

应配合发射机所提供的多频率供电，如1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、32Hz。

接收线圈宜可快速移动，提高探测效率。

接收线圈的形状宜不易变形，保证拾取稳定的感应电动势数据。

接收线圈宜耐高温，保证持续拾取接地网扁钢的感应电动势数据。

电磁感应接收机和接收线圈参数应满足表2要求。

表2电磁感应接收机和接收线圈推荐参数

序号分类名称推荐参数备注

1采样频率1.25MHz/2.5MHz

具备高精度采集特

2采样位数24位

电磁感应接收机性。

具备高动态范围接

3采样动态范围lOOdB

收信号的特性。

4接收线圈接收线圈等效面积>lm2

7检测流程

7.1检测步骤

检测步骤如图4所示。首先连接好仪器设备；对于没有接地网竣工图的变电站，先检测确定接地网

结构；然后布设测试路径和测点；沿测试路径和测点进行逐点检测并采集数据，当根据接地网竣工图布

设的测点检测结果异常时，应检测确定准确的接地网拓扑结构；根据检测结果计算得到接地网视电阻率

成像图。

VI

DL/TXXXXX—202x

当可以提供接地网竣工图时，宜根据竣工图确定测试路径及测点，即从7.3条开始检测。

接地网竣工图缺失时，可通过探测接地网拓扑结构确定测试路径及测点。可采用附录B中的拓扑结

构探测系统进行检测。

检测步骤如下：

a）选择检测区域外围对角处的任意两个接地引下线作为激励源电磁信号的注入点。

b）调整激励源发射模式，选定合适的频率进行激励。宜选择高频激励模式，基于依次递减的原则，

根据接收信号的分辨率确定激励频率，可选频率段有1kHz以下、10kHz、30kHz和80kHz以上。

c）调整探测仪模式与激励源模式相匹配，在接地网上方地表进行大范围的探测。

d）根据探测仪信号最强点确定接地网导体位置及其走向，得到接地网拓扑结构图。

7.3布设测试路径及测点

7.3.1布设检测路径

在所测接地网导体正上方相切位置设置平行测试路径并依次编号，测试路径应至少跨越三个接地

网网格，测试路径位置应避开金属管道、电缆等地下金属构筑物。将接收探头的外轮廓沿接地导体正上

方位置（如图5所示）进行切线测量。

7.3.2布设测点

在每条测试路径上确定测点并依次编号，测点间距宜取0.5m,测试路径与测点布局如图5所示。

其中，每条测试路径首尾测点需超出被检测区域0.5-0.8倍的单个网格大小的距离。

VII

DL/TXXXXX—202x

图5测试路径与测点布局示意图

7.4数据采集

a）按图1连接检测设备。

b）按布设好的检测路径和测点逐点采集数据。

c）根据实际情况选择合适的发射频率和增益。

d）为获取高质量接收信号，应进行多次叠加，叠加次数应超过10次。

e）接收机观测记录感应电动势，对数据预处理并存储。

f）数据采集的质量检查量不应低于总工作量的3%,检查点应在检测路径中均匀分布。

g）对异常检测段、可疑测点和突变测点宜重点检查。

h）如果仪器出现故障，应及时查明原因并维修，并回到已测过的测点上重复采集，确认仪器性能

正常，方可继续进行数据采集工作。

i）操作员应对每个检测点认真采集数据，并记录好数据采集工作日志。

7.5数据处理

a）按附录B中的计算方法对预处理数据进一步处理，得到各测点的视电阻率。

b）根据每条测试路径上各测点的视电阻率，经过计算获得测试路径的视电阻率断面图。

8诊断评价

根据接地网的视电阻率断面图可对接地网故障进行诊断，诊断方法可参照附录Co

接地网完整状态下，接地网网格中心呈低阻形态，导体上部呈高阻形态。

接地网存在断点状态下，视电阻率高阻层分布连片且较厚，则这两个区格共用的接地导体存在断点。

接地网存在腐蚀状态下，视电阻率高阻层分布连片，但较断点状态略薄，则有一定程度腐蚀。

VIII

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AA

附录A

（资料性附录）

瞬变电磁法检测原理

瞬变电磁法或称时间域电磁法，简称TEM（transientelectromagneticmethod）。利用不接地回线向

地下发送一次脉冲磁场，地下的接地网在一次脉冲磁场的激发下感应出涡流，其大小取决于接地网的拓

扑结构，并在空间形成二次瞬变磁场。一次脉冲磁场随着脉冲电流的关断而消失，但二次瞬变磁场并不

立即消失，它将有一个过渡（衰减）过程，随时间按指数规律衰减，衰减的快慢与接地网的电性参数、

结构构造、体积形态等有关。在一次肽冲磁场关断后的间歇期间，利用接收线圈观测二次磁场，该二次

瞬变磁场是由于感应出的涡流场随时间变化，在其周围又产生新的磁场，称二次磁场。由于接地网感应

电流的热损耗，二次磁场大致按指数规律随时间衰减，形成瞬变磁场。二次磁场主要来源于接地网的感

应电流，因此包含着与接地网状态有关的信息。最后，通过接收线圈观测%至/end期间的二次磁场信

息，并对所观测的数据进行分析和处理。

一次磁场

图A.1瞬变电磁法检测原理图

图A.2瞬变电磁法发射与接收波形示意图

IX

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附录B

（资料性附录）

拓扑结构探测系统

拓扑结构探测系统包括发射器和接收器，原理框图如图B.1所示。

图B.1拓扑结构探测系统原理框图

a）发射器，能探测外部电压及测试持续的环路电阻；由发射器产生电磁信号，通过连接两不同位

置的接地引上线扁钢的连接方式将信号传送到地下被测地网扁钢上，地网扁钢感应到电磁信号后，在扁

钢上产生感应电流，在感应电流的传播过程中，通过该地网扁钢向地面辐射出电磁波。当拓扑结构探测

仪接收器在地面探测时，就会在扁钢上方的地面上接收到电磁波信号，通过接收到的信号强弱变化来判

别地网扁钢的位置和走向。发射器应能通过对地网扁钢激发交变电磁场或使地网扁钢带电.

b）接收器，可指示信号的强弱；可检测水平方向的磁场强度和垂直方向的磁场强度，可检测水平

方向的磁场强度的变换梯度。接收器应能观测地网扁钢感应产生的二次电磁场或在地面上能测量由扁

钢带电电流产生的电磁异常信号，具有一定的抗电磁干扰功能。

拓扑结构探测系统的基本操作步骤如下：

I）首先确定需要连接的接地网扁钢的接地引上线位置。

2）按照图B.1的连接方式连接到接地引上线。

3）利用拓扑结构探测系统的发射器对接地网的接地引上线加载交变电磁场。

4）先使导电的地网扁钢带电，然后在地面上测量由此电流产生的电磁异常，达到探测地网扁钢走

向和位置的目的。

5）拓扑结构探测系统的发射器和接收器，应能在感应激发条件下，使地网扁钢内产生涡流，使用接

收器探测到地网扁钢所引起的电磁异常。

6）为取得最好的探测效果，每次探测接地网拓扑结构前都应通过试验后按频率选择原则选取最佳

的工作频率。

7）参考四种有源跟踪频率段：1kHz以下，10kHz,30kHz和80kHz以上，依据具体实际情况，可

以单独或同时使用来补偿现场条件的变化。

8）通过拓扑结构探测系统的接收器测量扁钢中的感应信号强度，确定目标扁钢的走向和位置。

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BB

附录C

（资料性附录）

基于瞬变电磁法的接地网视电阻率计算方法

视电阻率的计算方法是把实际观测值假想为在相同装置条件下，由均匀大地介质感应而产生的响

应值，并据其计算出此假想均匀半空间的电阻率，换言之，就是从测量值算出与之相对应的均匀半空间

电阻率值。

均匀半空间瞬变响应式通用形式为：

经=舞[女+（B-1）

Ota\J7T

式中，=包,"[2TX1O70，「通常称为扩散参数，/为瞬变场扩散的时间，其中

助“〃）=2后J。/力称为概率积分，I。为发射电流，。为发射回线半径，〃。为均匀半空间的磁导率

（近似取4万xl0”"/〃2）,p为均匀半空间电阻率。

由以上瞬变电磁响应和各装置参数之间的关系式，均匀半空间下磁场对时间的微商6旦/次和瞬变场

参数的非线性方程表达式，我们写出如下形式:

3etf(u)--勺〃(3+2〃2>=限

(B-2)

&氏I&

Ata

令：第于=1“）为二次感应磁场对时间的微商明/"的核函数:

y'(〃)=/(女炉(〃)—三〃(3+2u2)e-u2)

(B-3)

由（B-2）式可以得到由观测值出）表示的核函数:

4arva）

y(B-4)

I[iSn

由实际采样数据（感应电压或电压对电流的归一）构造计算瞬变场参数的函数表达式：

4"/；'0=匕'®=J卜时®一“（3+评妆伏-〃2））(B-5)

求解（B-3）、（B-5）式非线性方程的根〃雨，则视电阻率为:

(B-6)

XI

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cc

附录D

（资料性附录）

基于瞬变电磁法的接地网状态诊断案例

某接地网真型试验场地的瞬变电磁法接地网状态检测诊断案例。

该试验场的接地网模型大小为10米X10米，含5X5个地网网格，每个网格的尺寸为2米X2米,

接地网的平面结构如图D.1所示。测试路径L包含17个测点，从A点到C点。断点设置在B点处。

图D.1接地网模型图

接地网检测工作之前，首先检查系统仪器设备的情况，保证设备良好。按照图1连接检测设备，检

查连线是否正确，电缆有无短路和断路的情况，确保无误情况下方可通电工作。

根据接地网结构设计检测路径和测点位置，检测路径如图D.1中的测线L所示，测点如测线L中A

点到C点所示，共17个检测点。

设计好检测路径和检测点位置，布设发射系统和接收系统的发射线圈和接收线圈，采用发射线圈和

接收线圈共圆心的方式，且圆心位置和检测点的位置重合。接收机记录每个检测点的感应电动势数据，

按照3%的质量检查量，随机选取一个检测点重新采集数据进行质量检查。

在对检测点进行数据采集的过程中，数据曲线出现畸变或是异常、突变点时，查明原因后重复观测。

记录数据采集工作日志，包含地点、天气、操作员、畸变或异常突变检测点位置等信息。

对采集的数据进行处理，得到视电阻率剖面图，并对接地网进行评价诊断。

图D.2、图D.3和图D.4分别为图D.1中接地网模型完整、B点断开，以及E到F段腐蚀三种典型

状态下测试路径L的视电阻率断面图,注意：纵轴为深度；横轴为测点（也可为起始点开始的测距）；

右边为代表视电阻率值的颜色标识，称为色标；图中表示红色代表高阻，蓝色代表低阻；高低阻是判断

接地网故障和导体走向的重要依据。

XII

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a)接地网完整状态下，测试路径L的视电阻率断面图如图D.2所示；接地导体上的测点3、测点

7、测点11和测点15处高阻凸起，网格中心测点5、测点9和测点13则呈现低阻凹陷。接地

网网格中心呈低阻形态，导体上部呈高阻形态。

H,(m)pr(ohmm)

0.075

0.04

0.02

12345678910111213141516170

图D.2接地网完整情况下的视电阻率断面图

a)接地网存在断点状态下，如图D.1中B点断开，测试路径L的视电阻率断面图如图D.3所示；

断点所在网格的测点7至测点11处，高阻连片且高阻层较厚：表现的特征就是视电阻率高阻

层分布连片且较厚，则这两个网格共用的接地导体存在断点。

Hr(m)pr(ohmm)

o.oe

0.03

1234567891011121314151617«o

图D.3接地网B点断开情况下的视电阻率断面图

b)接地网存在腐蚀状态下，如图D.1E到F段腐蚀，测试路径L