一种架空地线腐蚀程度的电磁检测方法与流程

1.本发明涉及架空地线检测技术领域，具体涉及一种架空地线腐蚀程度的电磁检测方法。


背景技术：

2.架空地线有着保障输变电设备安全可靠运行的重要作用，在高压及超高压变电站建设中要求可避免雷击的区域大，致使需架设专门避雷线路以保障安全，通常采用架空地线，防止架空输电线路导线雷击损害。
3.架空地线的种类很多，常见架空地线采用热镀锌钢绞线，由于锌在大气暴露环境下具有优良的耐蚀性能，腐蚀速率仅为钢铁的1/15，且锌的标准电极电位负于铁，在水和潮湿的空气中镀锌层具有牺牲阳极保护钢基体作用。如果镀锌层腐蚀殆尽，架空地线钢基体就完全暴露于大气中开始腐蚀，架空地线腐蚀速率大幅提高。架空地线的承载力与钢基体的剩余截面积有着非常密切的关系，随着架空地线钢基体的腐蚀，钢基体的剩余截面积逐渐减小，架空地线的整体抗拉强度降低，出现断股、断线的风险极大提高，严重威胁架空输电线路的安全稳定运行。镀锌层的厚度和架空地线剩余截面积与架空地线的剩余寿命关系密切，因此可以通过架空地线镀锌层的剩余厚度和架空地线剩余截面积，判断当前架空地线的腐蚀程度。现在的无损膜厚测量方法只能适用于平面或者曲率半径较大试件膜厚的测量，架空地线由圆截面股线绕制而成，空间结构复杂，表面曲率半径小，现在的膜厚测量技术不能适用于架空地线表面镀层的测量。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种能够通过架空地线周围空间信号反映架空地线度锌层厚度和架空地线剩余截面积来实现判定的架空地线腐蚀程度的电磁检测方法。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该架空地线腐蚀程度的电磁检测方法，包括如下步骤：
6.s1、准备电压激励源；
7.s2、确定激励的频率和电压；
8.根据架空地线的初始镀锌层厚度确定合适的激励的频率范围，并根据激励频率选择合适的电压，频率计算公式如下式(1)、(2)所示：
9.2d0＜δ＜5d
0 (1)
[0010][0011]
式中，δ为趋肤深度，d0镀锌层初始厚度，σ为电导率，ω为角频率，μ为磁导率；
[0012]
s3、根据s2步骤中计算得出的激励的频率和选择的电压对s1步骤中的电压激励源进行设定，然后通过电压激励源对待检测架空地线两端施加电压；
[0013]
s4、测量计算得出架空地线周围空间的磁场值；
[0014]
根据霍尔效应，利用霍尔传感器测量出架空地线两端产生的电势差并根据计算公式计算得出架空地线周围空间的磁场值；计算公式如下式(3)所示：
[0015][0016]
式中，u为半导体两端产生电势差，k为霍尔系数，b为外磁场，i为垂直于外磁场的电流，d为半导体薄片厚度；
[0017]
s5、特征信号提取；
[0018]
将s4步骤中的霍尔传感器输出的模拟信号输入到计算机中，基于离散傅里叶变换通过计算机进行信号处理，提取特征频率的磁场信号，将特征频率的磁场信号转换为频谱信息，得到特征频率的振幅信息，然后根据频谱振幅和原始时域信号振幅之间关系，得到特征频率原始时域的振幅，最终得到测量点的磁场值；
[0019]
s6、标定不同腐蚀程度对应的磁场值；
[0020]
通过s1-s5步骤依次对镀锌层完好、无镀锌层、截面腐蚀率为10％三种情况下的架空地线进行检测得到对应的三个磁场值并做如下设定：镀锌层完好的磁场测量值为b0，无镀锌层的磁场测量值为b1，截面腐蚀率为10％的磁场测量值为b2；
[0021]
s7、利用实际检测到的磁场值判断其当前腐蚀程度
[0022]
测量实际运行中架空地线周围空间的磁场值并设定为b
实测
，将b
实测
与s5步骤中标定的磁场测量值b0、b1和b2作比较并判定得出架空地线当前腐蚀程度，具体比较判定过程如下：
[0023]
s71.当b
实测
＝b0时，判定架空地线未腐蚀；
[0024]
s72.当b1≤b
实测
＜b0时，架空地线镀锌层发生腐蚀，钢基体无腐蚀，判定架空地线为轻度腐蚀；
[0025]
s73.当b2＜b
实测
＜b1时，架空地线镀锌层完全腐蚀脱落，钢基体开始腐蚀，钢基体截面腐蚀量在10％以内，判定架空地线为中度腐蚀；
[0026]
s74.当b
实测
≤b2时，架空地线镀锌层完全腐蚀脱落，且钢基体截面腐蚀量超过10％，判定架空地线重度腐蚀。
[0027]
本发明的有益效果如下：可以在线无损测量已经投入使用的架空地线的镀锌层厚度和钢基体剩余截面积，克服了无法直接测量投入使用架空地线剩余镀锌层厚度和钢基体剩余截面积的问题，并且进一步设定架空地线轻度、中度和重度腐蚀的判断标准值，利用实际架空地线的测量值与设定的标定值比较得到当前架空地线的腐蚀程度。
附图说明
[0028]
图1是本发明所述的架空地线腐蚀程度的电磁检测方法的流程图；
[0029]
图2是本发明的所述的架空地线gj-50 1
×
7结构示意图；
[0030]
图3是本发明中的磁场测量轨迹示意图；
[0031]
图4是本发明中有镀锌层、无镀锌层、钢基体截面腐蚀率10％时，沿磁场测量轨迹分布的标准磁感应强度信号的曲线示意图；
[0032]
图5是本发明中的架空地线腐蚀区域截面示意图；
[0033]
图6是本发明的不同腐蚀程度架空地线磁感应强度信号的曲线示意图；
具体实施方式
[0034]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0035]
需要说明的是，本技术实施例中所有方向性指示术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制,仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0036]
在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0037]
另外，若本技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
[0038]
如图1-6所示，该架空地线腐蚀程度的电磁检测方法，包括如下步骤：
[0039]
s1、准备电压激励源；
[0040]
s2、确定激励的频率和电压；
[0041]
根据架空地线的初始镀锌层厚度确定合适的激励的频率范围，并依据激励频率选择合适的电压，当导体中通过交流电时，会产生集肤效应，集肤深度与导体的电导率、磁导率和电流频率有关，频率计算公式如下式(1)、(2)所示：
[0042]
2d0＜δ＜5d
0 (1)
[0043][0044]
式中，δ为趋肤深度，d0镀锌层初始厚度，σ为电导率，ω为角频率，μ为磁导率；
[0045]
s3、根据s2步骤中计算得出的激励的频率和选择的电压对s1步骤中的电压激励源进行设定，然后通过电压激励源对待检测架空地线两端施加电压，并保持电压和频率不变，因为通电导体周围会产生磁场，磁场的大小与通电导体流过的电流大小密切相关，所以施加激励源时，要保证电流主要分布在架空地线的表面，从而使流过架空地线的电流与架空
地线表面的镀锌层厚度紧密相关；
[0046]
s4、测量计算得出架空地线周围空间的磁场值；
[0047]
根据霍尔效应，利用霍尔传感器测量出架空地线两端产生的电势差并根据计算公式计算得出架空地线周围空间的磁场值；计算公式如下式(3)所示：
[0048][0049]
式中，u为半导体两端产生电势差，k为霍尔系数，b为外磁场，i为垂直于外磁场的电流，d为半导体薄片厚度；
[0050]
霍尔效应指当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差的现象；根据霍尔效应，用半导体材料制成的霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器，霍尔传感器具有可以测量动态磁场和静态磁场、精度高、灵敏度高、线性度好、动态性能好、工作频带宽和模块尺寸小等优点，霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种，线性霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，输出电压模拟信号，输出电压与外加磁场强度呈线性关系，本发明中需要测量的磁场信号为交变磁场信号，所以选用线性霍尔传感器；
[0051]
s5、特征信号提取；
[0052]
将s4步骤中的霍尔传感器输出的模拟信号输入到计算机中，基于离散傅里叶变换通过计算机进行信号处理，提取特征频率的磁场信号，将特征频率的磁场信号转换为频谱信息，得到特征频率的振幅信息，然后根据频谱振幅和原始时域信号振幅之间关系，得到特征频率原始时域的振幅，最终得到测量点的磁场值；
[0053]
架空地线在实际运行中，周围空间有地磁、工频交流电等产生的干扰信号，理想的信号是由架空地线中交变电流产生的特定频率的交变磁场信号，因此需要对实际的测量信号进一步处理，将霍尔传感器输出的模拟信号输入到计算机中，基于离散傅里叶变换通过计算机进行信号处理，提取特征频率的磁场信号，傅里叶变换是一种分析信号的方法，典型用途是将信号分解成频率谱，显示与频率相对应的幅值大小，输入计算机的是连续的信号，使用δ(t)函数进行采样，根据采样定理，采样频率大于信号中最高频率的2倍时，采样后的数字信号可以完整地恢复出原始信号，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的2.56～4倍，假设采样点数为n，为了方便进行dft运算，通常n取2的整数次幂；
[0054]
连续信号x(t)按照采样时间ts进行采样n次δ(t-nts)，并将这n个数值进行周期延拓，可以得到周期的离散信号x[n]，其周期t＝n*ts，频率为f＝2π/t，在一个周期t内，其表达式如下式(4)：
[0055][0056]
令可以得到离散周期信号的傅里叶级数，如下式(5)所示：
[0057]
[0077]
基于步骤(1)的参数，利用comsol中的电磁场分析模块，构建有限元仿真模型进行计算分析，注意的是，实际测量中磁场测量信号需要计算机进行处理，此实施例中架空地线周围空间的磁场强度值直接通过有限元仿真软件计算得到，然后选择合适的磁场测量位置，磁场测量位置选择在l＝0.5m处，测量绕架空地线表面一周的磁场值，磁场测量轨迹如图3所示，镀锌层完好和无镀锌层时扫描轨迹上的磁感应强度如图4所示，从图4中可以看出，每条轨迹对应6个极大值，取6个极大值的算数平均值的结果分别作为有镀锌层、无镀锌层和钢基体10％截面腐蚀率的磁场标定值b0、b1和b2，经过计算，本实施例的b0＝19g，b1＝11.5g，b2＝10.2g。
[0078]
(3)测量架空地线的腐蚀程度
[0079]
对实际架空地线，沿着测量轨迹扫描磁场信号，对磁场测量值经过放大、滤波得到最佳测量信号，处理后的磁场信号曲线有6个极大值，6个极大值的算数平均值的结果为b
实测
，然后与b0、b1和b2进行比较，就可以得到当前架空地线的腐蚀程度；
[0080]
对镀锌层厚度剩余30μm的情况、镀锌层厚度剩余10μm的情况和镀锌层完全腐蚀且钢基体腐蚀面积达到总截面积5％和15％的情况进行进行测量，钢基体腐蚀区域示意图如图5所示，测量得到的磁场信号如图6所示；
[0081]
经过计算，当镀锌层厚度剩余30μm时，b
实测
＝17.6g，小于b0且大于b1，所以判定此时架空地线的腐蚀程度为轻度腐蚀；
[0082]
当镀锌层的厚度剩余10μm时，b
实测
＝14.2g，小于b0且大于b1，所以判定此时架空地线的腐蚀程度为轻度腐蚀；
[0083]
当镀锌层完全腐蚀且钢基体腐蚀面积达到总截面积5％时，b
实测
＝10.7g，小于b1且大于b2，所以判定此时架空地线的腐蚀程度为中度腐蚀；
[0084]
当镀锌层完全腐蚀且钢基体腐蚀面积达到总截面积15％时，b
实测
＝9.6g，小于b2，所以判定此时架空地线的腐蚀程度为重度腐蚀。
[0085]
以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种架空地线腐蚀程度的电磁检测方法，其特征在于：包括如下步骤：s1、准备电压激励源；s2、确定激励的频率和电压；根据架空地线的初始镀锌层厚度确定合适的激励的频率范围，并依据激励频率选择合适的电压，频率计算公式如下式(1)、(2)所示：2d0＜δ＜5d0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，δ为趋肤深度，d0镀锌层初始厚度，σ为电导率，ω为角频率，μ为磁导率；s3、根据s2步骤中计算得出的激励的频率和选择的电压对s1步骤中的电压激励源进行设定，然后通过电压激励源对待检测架空地线两端施加电压；s4、测量计算得出架空地线周围空间的磁场值；根据霍尔效应，利用霍尔传感器测量出架空地线两端产生的电势差并根据计算公式计算得出架空地线周围空间的磁场值；计算公式如下式(3)所示：式中，u为半导体两端产生电势差，k为霍尔系数，b为外磁场，i为垂直于外磁场的电流，d为半导体薄片厚度；s5、特征信号提取；将s4步骤中的霍尔传感器输出的模拟信号输入到计算机中，基于离散傅里叶变换通过计算机进行信号处理，提取特征频率的磁场信号，将特征频率的磁场信号转换为频谱信息，得到特征频率的振幅信息，然后根据频谱振幅和原始时域信号振幅之间关系，得到特征频率原始时域的振幅，最终得到测量点的磁场值；s6、标定不同腐蚀程度对应的磁场值；通过s1-s5步骤依次对镀锌层完好、无镀锌层、截面腐蚀率为10％三种情况下的架空地线进行检测得到对应的三个磁场值并做如下设定：镀锌层完好的磁场测量值为b0，无镀锌层的磁场测量值为b1，截面腐蚀率为10％的磁场测量值为b2；s7、利用实际检测到的磁场值判断其当前腐蚀程度；测量实际运行中架空地线周围空间的磁场值并设定为b
实测
，将b
实测
与s6步骤中标定的磁场测量值b0、b1和b2作比较并判定得出架空地线当前腐蚀程度，具体比较判定过程如下：s71.当b
实测
＝b0时，判定架空地线未腐蚀；s72.当b1≤b
实测
＜b0时，架空地线镀锌层发生腐蚀，钢基体无腐蚀，判定架空地线为轻度腐蚀；s73.当b2＜b
实测
＜b1时，架空地线镀锌层完全腐蚀脱落，钢基体开始腐蚀，钢基体截面腐蚀量在10％以内，判定架空地线为中度腐蚀；s74.当b
实测
≤b2时，架空地线镀锌层完全腐蚀脱落，且钢基体截面腐蚀量超过10％，判定架空地线重度腐蚀。

技术总结
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够通过架空地线周围空间信号反映架空地线度锌层厚度和架空地线剩余截面积来实现判定的架空地线腐蚀程度的电磁检测方法。该架空地线腐蚀程度的电磁检测方法以趋肤效应、电流的磁效应和傅里叶变换为理论基础，通过检测架空地线表面镀锌层的剩余厚度和钢基体剩余截面积来反映当前架空地线的腐蚀程度，克服了架空地线在运行过程中，镀锌层厚度和钢基体剩余截面积无法进行无损测量的困难，同时该测量方法的灵敏度和精度较好，对实际工程中的应用具有重要意义。要意义。要意义。


技术研发人员：冀宏领 白鑫 杨自岗 王乐宇 胡天宇 周杨 冯跃 张照海 吴金楠 季兴福 夏开福 马喜亚 赵跃生 李玉俊 马云武 许宏伟 刘荣海
受保护的技术使用者：云南电网有限责任公司文山供电局
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/12