CN113311059B - 一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法，采用嵌入式小型检测装置，基于簇‑链混合式网络结构，将地表位置信息和磁场强度值加密压缩后发送至无线网关设备；由分析平台根据检测数据实现接地网腐蚀检测与定位。简化了检测***部署、降低成本；电磁感应原理实现接地网状态的非接触式检测，无需外接引线，对接地网和变电站设备无影响；应用物联网技术将多个检测装置与无线通信网关构成检测网络，实现对接地网的全覆盖检测；检测装置固定于地表，根据实际需求增减检测点数量，监测灵活、效率高；在不挖开接地网、不影响***正常运行的条件下，对接地网缺陷进行诊断预警和缺陷点精确定位，既能定期检测、也能实时在线监测。
Description
技术领域
本发明涉及接地网检测技术领域，更具体地，涉及一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法。
背景技术
接地网是变电站安全运行的重要保证，其接地性能一直受到生产运行部门的重视。由于接地网深埋于地下，容易发生腐蚀现象，导致接地电阻变大，影响接地的可靠性，进而可能引发严重事故并带来巨大的经济损失。准确检测出接地网导体因腐蚀等原因造成的锈断，对于变电站的人员和设备安全具有重要的工程应用价值。
目前，接地网腐蚀还只能采用定期检测的方式，更缺少简便的自动化检测手段，很难及时反映接地网的实际状态。
现有技术中，针对接地网的腐蚀检测主要是依靠检测人员携带专用检测机械及设备，在现场对接地网的网格逐一进行测量与排查，这类检测方式效率低、精度差，通常检测设备也较为笨重、难以移动或安装，例如中国专利(CN103439631B)提出一种接地网腐蚀状态检测方法及***，采用三电极体系传感器对北侧接地网施加阶跃电流，采集被测接地网的阶跃响应信号，经过信号处理和神经网络模型后，得到接地网腐蚀状态检测结果，该专利技术主要依靠三电极体系传感器检测电化学信号，然而该检测装置安装复杂，适用程度受限。中国专利(CN103197193B)提出一种接地网腐蚀点确定方法及***，通过检测接地网中被检测点的交变磁场强度，再经过数据处理后得到腐蚀断点的检测结果，但该检测方法在面向全部接地网腐蚀断点的全覆盖性检测时，受在运变电站现场条件的限制较多，导致现有检测方法存在检测工作量大、检测速度慢等问题。中国专利(CN105021953B)提出的基于地表磁感应强度的变电站接地网腐蚀检测***及方法，在测量地表磁感应强度时，按照接地网设计图纸逐个测量接地体的磁感应强度分量，然而施工阶段会对接地网的位置进行调整，以设计图纸为依据开展测量，显然降低了测量效率，甚至会出现测量定位错位。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法，采用基于嵌入式技术的小型化检测装置，利用物联网技术，解决接地网全网腐蚀状态检测以及腐蚀断点的定位，实现对接地网全覆盖性的实时检测。
本发明采用如下的技术方案。
一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法的步骤如下：
步骤1，基于三维设计手段，在分析平台内建立待测接地网的三维模型；
步骤2，根据网关设备所在位置将待测接地网网格划分为三个检测区域，在不同检测区域内布置对应的无线检测装置，无线检测装置均布置在接地网地表；基于簇-链混合式网络结构，实现各检测区域内无线检测装置与网关设备的连接；
步骤3，在待测接地网正常运行下，由无线检测装置采集其所在检测区域内接地网地表的位置信息，加密压缩后发送至无线网关设备；分析平台将各位置信息与接地网三维模型中的接地体一一对应；
步骤4，在待测接地网中输入恒定幅值的正弦电流，利用无线检测装置采集其所在检测区域内接地网地表的磁场强度值，并加密压缩后发送至无线网关设备；
步骤5，无线网关设备将汇聚的检测数据上传至分析平台，根据地表的位置信息和对应的磁场强度值，实现接地网腐蚀状态的检测与腐蚀点的定位。
优选地，步骤2中，检测区域包括：第一检测区域、第二检测区域和第三检测区域；其中，
第一检测区域内任意一点与网关设备之间的距离不超过网关设备无线传输距离上限，第二检测区域内任意一点与网关设备之间的距离不超过网关设备无线传输距离上限与中继设备无线传输距离上限之和，第一检测区域和第二检测区域以外的区域统一划分为第三检测区域。
优选地，
步骤2包括：
步骤2.1，根据网关设备所在位置，将待测接地网网格划分为第一检测区域、第二检测区域和第三检测区域；
步骤2.2，第一检测区域内布置的无线检测装置包括多个采集设备；其中，采集设备固定布置在第一检测区域内接地网地表、且位于接地体正上方；
步骤2.3，第二检测区域内布置的无线检测装置包括多个采集设备和一个中继设备；其中，采集设备固定布置在第二检测区域内接地网地表、且位于接地体正上方，中继设备与网关设备之间的距离不超过网关设备无线传输距离上限；
步骤2.4，第三检测区域内布置的无线检测装置包括多个采集设备和多个中继设备；其中，采集设备固定布置在第三检测区域内接地网地表、且位于接地体正上方；
以中继设备所在位置，将第三检测区域划分为若干个局域，任一局域内的采集设备与中继设备之间的距离不超过中继设备无线传输距离上限；每个局域内仅布置一个中继设备；
步骤2.5，基于簇-链混合式网络结构，分别实现各检测区域内无线检测装置与网关设备的连接。
步骤2.5包括：
步骤2.5.1，第一检测区域内，各采集设备直接与网关设备进行无线连接；
步骤2.5.2，第二检测区域内，各采集设备先与中继装置进行无线连接，再由中继设备与网关设备进行无线连接；
步骤2.5.3，第三检测区域内，各局域内的采集设备先与本局域内的中继设备进行无线连接，各局域内的中继设备再与距离网关设备最近的中继设备进行无线连接，距离网关设备最近的中继设备最终与网关设备进行无线连接。
采集设备采用嵌入式技术布置在接地体正上方的地表，同一接地体正上方至少布置一个采集设备。
优选地，
步骤3包括：
步骤3.1，第一检测区域内，采集设备通电后，主动向网关设备发送入网认证请求；
步骤3.2，第二检测区域内，采集设备通电后，首先向中继设备发送入网认证请求，中继设备将汇集的入网认证请求全部发送给网关设备；
步骤3.3，第三检测区域内，各局域的采集设备通电后，首先向本局域内中继设备发送入网认证请求，各局域内中继设备将汇集的入网认证请求发送给距离网关设备最近的中继设备，再由该中继设备将最终汇集的入网认证请求全部发送给网关设备；
步骤3.4，网关设备接收到各检测区域内采集设备的入网认证请求后，检验正确后向各检测区域内采集设备返回准许入网指令；
步骤3.5，各检测区域内采集设备入网后，采集其所在检测区域内接地网地表的位置信息，加密压缩后发送至无线网关设备。
步骤3.5包括：
步骤3.5.1，第一检测区域内采集设备将其所在地表的位置信息，加密压缩后直接发送至无线网关设备；
步骤3.5.2，第二检测区域内采集设备将其所在地表的位置信息，加密压缩后先发送至中继设备，中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至无线网关设备；
步骤3.5.3，第三检测区域内，各局域的采集设备将其所在地表的位置信息，加密压缩后先发送至本局域内中继设备，各局域内中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至距离网关设备最近的中继设备，再由该中继设备将最终汇集的经加密压缩的检测数据全部发送给网关设备。
优选地，
步骤4中，在接地网腐蚀检测端子处连接正弦异频激励电流源，由该电流源自接地网腐蚀检测端子处预埋的接地引下线向接地网提供恒定幅值的正弦电流。
步骤4包括：
步骤4.1，第一检测区域内采集设备将其所采集的磁场强度值，加密压缩后直接发送至无线网关设备；
步骤4.2，第二检测区域内采集设备将其所采集的磁场强度值，加密压缩后先发送至中继设备，中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至无线网关设备；
步骤4.3，第三检测区域内，各局域的采集设备将其所采集的磁场强度值，加密压缩后先发送至本局域内中继设备，各局域内中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至距离网关设备最近的中继设备，再由该中继设备将最终汇集的经加密压缩的检测数据全部发送给网关设备。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1、信号采集装置采用全无线结构的嵌入式小型化设计，使得检测***部署简单、成本低，益于推广；
2、采用电磁感应原理实现接地网状态的非接触式检测，检测装置无需外接任何引线，对接地网本身和变电站设备无任何影响；
3、应用物联网技术将多个检测装置与无线通信网关构成监测网络，实现对变电站的全覆盖无死角监测；检测装置只需固定在地表面即可，还可根据实际需求增减监测点数量，监测灵活，效率高；
4、可实现在不挖开接地网、不影响***正常运行的条件下，对接地网的缺陷进行诊断预警和缺陷点精确定位，并可根据实际需要进行定期检测和实时在线监测。
附图说明
图1为本发明基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法的流程框图；
图2为本发明基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法中，不同的检测区域基于簇-链混合式网络结构形成的连接关系示意图；
图3为本发明基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法中，检测装置布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1，一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法的步骤如下：
步骤1，基于三维设计手段，在分析平台内建立待测接地网的三维模型。
本优选实施例中，以某大型变电站的水平接地网为研究对象，基于三维设计手段，在分析平台内搭建出待测接地网的三维模型。
步骤2，根据网关设备所在位置将待测接地网网格划分为三个检测区域，在不同检测区域内布置对应的无线检测装置，无线检测装置均布置在接地网地表；基于簇-链混合式网络结构，实现各检测区域内无线检测装置与网关设备的连接。
具体地，
步骤2包括：
步骤2.1，根据网关设备所在位置，将待测接地网网格划分为第一检测区域、第二检测区域和第三检测区域。
步骤2.2，第一检测区域内布置的无线检测装置包括多个采集设备；其中，采集设备固定布置在第一检测区域内接地网地表、且位于接地体正上方。
步骤2.3，第二检测区域内布置的无线检测装置包括多个采集设备和一个中继设备；其中，采集设备固定布置在第二检测区域内接地网地表、且位于接地体正上方，中继设备与网关设备之间的距离不超过网关设备无线传输距离上限。
步骤2.4，第三检测区域内布置的无线检测装置包括多个采集设备和多个中继设备；其中，采集设备固定布置在第三检测区域内接地网地表、且位于接地体正上方；
以中继设备所在位置，将第三检测区域划分为若干个局域，任一局域内的采集设备与中继设备之间的距离不超过中继设备无线传输距离上限；每个局域内仅布置一个中继设备。
步骤2.5，基于簇-链混合式网络结构，分别实现各检测区域内无线检测装置与网关设备的连接。
具体地，如图2所示，步骤2.5包括：
步骤2.5.1，第一检测区域内，各采集设备直接与网关设备进行无线连接/
步骤2.5.2，第二检测区域内，各采集设备先与中继装置进行无线连接，再由中继设备与网关设备进行无线连接；
步骤2.5.3，第三检测区域内，各局域内的采集设备先与本局域内的中继设备进行无线连接，各局域内的中继设备再与距离网关设备最近的中继设备进行无线连接，距离网关设备最近的中继设备最终与网关设备进行无线连接。
采集设备采用嵌入式技术布置在接地体正上方的地表，同一接地体正上方至少布置一个采集设备。
本发明优选实施例中，采集设备采用基于嵌入式技术的小型化信号采集设备；该采集设备成本低、装置部署也更为简便，装置只需要完成一次安装，便可以持续对接地网腐蚀情况进行检测，无需经常更换，降低了运维工作量。同一接地导体正上方至少布置一个采集设备，可根据实际测量需求，增减采集设备的数量，使得检测方案灵活多变，适用性高。
本发明优选实施例中，基于物联网技术，实现采集设备与网关之间采用全无线的通信方式，适用于多类型的现场环境，实现了变电站接地网腐蚀无人值守式实时监测。尤其对于大型变电站，通过将变电站被测接地网区域进行网格分解，分解为若干小型区域，再结合网络“簇-链”混合式网络，实现变电站全覆盖。
步骤3，在待测接地网正常运行下，由无线检测装置采集其所在检测区域内接地网地表的位置信息，加密压缩后发送至无线网关设备；分析平台将各位置信息与接地网三维模型中的接地体一一对应。
具体地，
步骤3包括：
步骤3.1，第一检测区域内，采集设备通电后，主动向网关设备发送入网认证请求。
步骤3.2，第二检测区域内，采集设备通电后，首先向中继设备发送入网认证请求，中继设备将汇集的入网认证请求全部发送给网关设备。
步骤3.3，第三检测区域内，各局域的采集设备通电后，首先向本局域内中继设备发送入网认证请求，各局域内中继设备将汇集的入网认证请求发送给距离网关设备最近的中继设备，再由该中继设备将最终汇集的入网认证请求全部发送给网关设备。
步骤3.4，网关设备接收到各检测区域内采集设备的入网认证请求后，检验正确后向各检测区域内采集设备返回准许入网指令。
步骤3.5，各检测区域内采集设备入网后，采集其所在检测区域内接地网地表的位置信息，加密压缩后发送至无线网关设备。
步骤3.5包括：
步骤3.5.1，第一检测区域内采集设备将其所在地表的位置信息，加密压缩后直接发送至无线网关设备。
步骤3.5.2，第二检测区域内采集设备将其所在地表的位置信息，加密压缩后先发送至中继设备，中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至无线网关设备。
步骤3.5.3，第三检测区域内，各局域的采集设备将其所在地表的位置信息，加密压缩后先发送至本局域内中继设备，各局域内中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至距离网关设备最近的中继设备，再由该中继设备将最终汇集的经加密压缩的检测数据全部发送给网关设备。
本发明优选实施例，通过引入入网认证机制从而提高了整个检测网络的安全性。当全部采集设备均入网后，即完成对变电站接地网导体的全覆盖无死角检测。
步骤4，在待测接地网中输入恒定幅值的正弦电流，利用无线检测装置采集其所在检测区域内接地网地表的磁场强度值，并加密压缩后发送至无线网关设备。
本优选实施例中，如图3，在接地网腐蚀检测端子处连接正弦异频激励电流源，由该电流源自接地网腐蚀检测端子处预埋的接地引下线向接地网提供恒定幅值的正弦电流。
具体地，
步骤4包括：
步骤4.1，第一检测区域内采集设备将其所采集的磁场强度值，加密压缩后直接发送至无线网关设备。
步骤4.2，第二检测区域内采集设备将其所采集的磁场强度值，加密压缩后先发送至中继设备，中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至无线网关设备。
步骤4.3，第三检测区域内，各局域的采集设备将其所采集的磁场强度值，加密压缩后先发送至本局域内中继设备，各局域内中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至距离网关设备最近的中继设备，再由该中继设备将最终汇集的经加密压缩的检测数据全部发送给网关设备。
步骤5，无线网关设备将汇聚的检测数据上传至分析平台，根据地表的位置信息和对应的磁场强度值，实现接地网腐蚀状态的检测与腐蚀点的定位。
本发明优选实施例中，现场采集设备同时采集接地网腐蚀的检测数据与采集设备的位置信息，两者相结合，可以直接对腐蚀发生的位置进行直接标记，提升了维修精准性与效率。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1、信号采集装置采用全无线结构的嵌入式小型化设计，使得检测***部署简单、成本低，益于推广；
2、采用电磁感应原理实现接地网状态的非接触式检测，检测装置无需外接任何引线，对接地网本身和变电站设备无任何影响；
3、应用物联网技术将多个检测装置与无线通信网关构成监测网络，实现对变电站的全覆盖无死角监测；检测装置只需固定在地表面即可，还可根据实际需求增减监测点数量，监测灵活，效率高；
4、可实现在不挖开接地网、不影响***正常运行的条件下，对接地网的缺陷进行诊断预警和缺陷点精确定位，并可根据实际需要进行定期检测和实时在线监测。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法，其特征在于，
所述检测与定位方法的步骤如下：
步骤1，基于三维设计手段，在分析平台内建立待测接地网的三维模型；
步骤2，根据网关设备所在位置将待测接地网网格划分为三个检测区域，包括第一检测区域、第二检测区域、第三检测区域，第一检测区域内任意一点与网关设备之间的距离不超过网关设备无线传输距离上限，第二检测区域内任意一点与网关设备之间的距离不超过网关设备无线传输距离上限与中继设备无线传输距离上限之和，第一检测区域和第二检测区域以外的区域统一划分为第三检测区域；在不同检测区域内布置对应的无线检测装置，无线检测装置均布置在接地网地表；其中，第一检测区域内布置的无线检测装置包括多个采集设备，第二检测区域内布置的无线检测装置包括多个采集设备和一个中继设备，第三检测区域内布置的无线检测装置包括多个采集设备和多个中继设备；在第三检测区域内以中继设备所在位置，将第三检测区域划分为若干个局域，每个局域内仅布置一个中继设备；采集设备采用嵌入式技术布置在接地体正上方的地表；基于簇-链混合式网络结构，实现各检测区域内无线检测装置与网关设备的连接；
步骤3，在待测接地网正常运行下，由无线检测装置采集其所在检测区域内接地网地表的位置信息，加密压缩后发送至无线网关设备；分析平台将各位置信息与接地网三维模型中的接地体一一对应；
步骤4，在待测接地网中输入恒定幅值的正弦电流，利用无线检测装置采集其所在检测区域内接地网地表的磁场强度值，并加密压缩后发送至无线网关设备；
步骤5，无线网关设备将汇聚的检测数据上传至分析平台，根据地表的位置信息和对应的磁场强度值，实现接地网腐蚀状态的检测与腐蚀点的定位。
2.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法，其特征在于，
步骤2包括：
步骤2.1，根据网关设备所在位置，将待测接地网网格划分为第一检测区域、第二检测区域和第三检测区域；
步骤2.2，采集设备固定布置在第一检测区域内接地网地表、且位于接地体正上方；
步骤2.3，采集设备固定布置在第二检测区域内接地网地表、且位于接地体正上方，中继设备与网关设备之间的距离不超过网关设备无线传输距离上限；
步骤2.4，采集设备固定布置在第三检测区域内接地网地表、且位于接地体正上方；
第三检测区域中任一局域内的采集设备与中继设备之间的距离不超过中继设备无线传输距离上限；
步骤2.5，基于簇-链混合式网络结构，分别实现各检测区域内无线检测装置与网关设备的连接。
3.根据权利要求2所述一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法，其特征在于，
步骤2.5包括：
步骤2.5.1，第一检测区域内，各采集设备直接与网关设备进行无线连接；
步骤2.5.2，第二检测区域内，各采集设备先与中继装置进行无线连接，再由中继设备与网关设备进行无线连接；
步骤2.5.3，第三检测区域内，各局域内的采集设备先与本局域内的中继设备进行无线连接，各局域内的中继设备再与距离网关设备最近的中继设备进行无线连接，距离网关设备最近的中继设备最终与网关设备进行无线连接。
4.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法，其特征在于，
同一接地体正上方至少布置一个采集设备。
5.根据权利要求2所述一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法，其特征在于，
步骤3包括：
步骤3.1，第一检测区域内，采集设备通电后，主动向网关设备发送入网认证请求；
步骤3.2，第二检测区域内，采集设备通电后，首先向中继设备发送入网认证请求，中继设备将汇集的入网认证请求全部发送给网关设备；
步骤3.3，第三检测区域内，各局域的采集设备通电后，首先向本局域内中继设备发送入网认证请求，各局域内中继设备将汇集的入网认证请求发送给距离网关设备最近的中继设备，再由该中继设备将最终汇集的入网认证请求全部发送给网关设备；
步骤3.4，网关设备接收到各检测区域内采集设备的入网认证请求后，检验正确后向各检测区域内采集设备返回准许入网指令；
步骤3.5，各检测区域内采集设备入网后，采集其所在检测区域内接地网地表的位置信息，加密压缩后发送至无线网关设备。
6.根据权利要求5所述一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法，其特征在于，
步骤3.5包括：
步骤3.5.1，第一检测区域内采集设备将其所在地表的位置信息，加密压缩后直接发送至无线网关设备；
步骤3.5.2，第二检测区域内采集设备将其所在地表的位置信息，加密压缩后先发送至中继设备，中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至无线网关设备；
步骤3.5.3，第三检测区域内，各局域的采集设备将其所在地表的位置信息，加密压缩后先发送至本局域内中继设备，各局域内中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至距离网关设备最近的中继设备，再由该中继设备将最终汇集的经加密压缩的检测数据全部发送给网关设备。
7.根据权利要求1所述一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法，其特征在于，
步骤4中，在接地网腐蚀检测端子处连接正弦异频激励电流源，由该电流源自接地网腐蚀检测端子处预埋的接地引下线向接地网提供恒定幅值的正弦电流。
8.根据权利要求2所述一种基于物联网技术的接地网腐蚀检测与定位方法，其特征在于，
步骤4包括：
步骤4.1，第一检测区域内采集设备将其所采集的磁场强度值，加密压缩后直接发送至无线网关设备；
步骤4.2，第二检测区域内采集设备将其所采集的磁场强度值，加密压缩后先发送至中继设备，中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至无线网关设备；
步骤4.3，第三检测区域内，各局域的采集设备将其所采集的磁场强度值，加密压缩后先发送至本局域内中继设备，各局域内中继设备将汇集的经加密压缩的检测数据发送至距离网关设备最近的中继设备，再由该中继设备将最终汇集的经加密压缩的检测数据全部发送给网关设备。
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