第四章电磁感应法ppt课件

变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 第四章第四章 电磁感应法电磁感应法定义定义:以介质的电磁性（以介质的电磁性（,）差异为物质基础，）差异为物质基础，通过观测和研究人工或天然的交变电磁场随通过观测和研究人工或天然的交变电磁场随 空空间分布规律或随时间的变化规律，达到某些勘查间分布规律或随时间的变化规律，达到某些勘查目的的一类电法勘探方法，简称目的的一类电法勘探方法，简称电磁法电磁法。按其电磁场随频率按其电磁场随频率和时间的变化规律可分：和时间的变化规律可分：频率域和时间域电磁法。频率域和时间域电磁法。工作频率：工作频率：10-3 108Hz。第四章 电磁感应法 按其电1变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分方法分类表方法分类表方法分类表2变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4-1 理论基础理论基础 一一.各类介质在交变电磁场中的电磁学性质各类介质在交变电磁场中的电磁学性质1.导电性导电性 在交变电磁中的总电流密度在交变电磁中的总电流密度 为为对于谐变电磁场而言对于谐变电磁场而言：4-1 理论基础 对于谐变电磁场而言：3变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分分析：分析：（1）在交）在交变电磁磁场中的介中的介质，其介，其介电系数和系数和导电率率均均视为复数形式，其复数形式，其值与与,和和有关，其中有关，其中值在电阻值在电阻率法中己列出；率法中己列出；（2）jC与与jD相位相差相位相差900，即，即jD呈容抗性。由于二者呈容抗性。由于二者之间相差之间相差 j 系数，故系数，故jD落后或迟于落后或迟于jC 900；（3）引入介质的电磁系数）引入介质的电磁系数 若若 m 1 导电介质导电介质 ；m 1 导电介质 ；4变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 考虑到实际岩、矿石的考虑到实际岩、矿石的r r=5=5 50，对于导电，对于导电体（体（m10）和介）和介电体（体（m0.1）的范的范围。考虑到实际岩、矿石的r=5 50，对5变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 由此可见：由此可见：在实际勘查中的介质在实际勘查中的介质r=5 50，f 104HZ，106Hz，无线电波透视法，无线电波透视法f=n10KHz,10KHz,探探地雷达法中地雷达法中f=200MHz2.0GHz，其介质的导，其介质的导电性主要电性主要 与与r r 和和 f 有关，视为介电性介质属性。有关，视为介电性介质属性。由此可见：6变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.介电性（又称电容率）介电性（又称电容率）表征电介质在外电场中，被极化程度的一个物理表征电介质在外电场中，被极化程度的一个物理量，与物质的成分、结构、湿度和工作频率有关。量，与物质的成分、结构、湿度和工作频率有关。极化强度矢量极化强度矢量 对于导电介质，有对于导电介质，有2.介电性（又称电容率）极化强度矢量 对于导电介7变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（1）各类矿石、岩石的介电常数）各类矿石、岩石的介电常数 （a）矿物）矿物绝大多数的造岩矿物绝大多数的造岩矿物r r=4 12，一些氧化物、硫化物，一些氧化物、硫化物，碳酸盐碳酸盐r=20170；一般金属矿物：；一般金属矿物：r=10 n10。（1）各类矿石、岩石的介电常数绝大多数的造岩矿物r=4 8变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（b）岩石）岩石火成岩：火成岩：r=714；变质岩：变质岩：r=315；沉积岩：沉积岩：r=2.5 40，主要决定含水量。，主要决定含水量。水为水为 80，空气为，空气为1。（b）岩石火成岩：r=714；9变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（2）影响（岩、矿石）介电常数的主要因素）影响（岩、矿石）介电常数的主要因素（a）频散性）频散性（b）含水量）含水量注注：在低电磁感应法中，电阻率是不随频率：在低电磁感应法中，电阻率是不随频率 f 变化。变化。（2）影响（岩、矿石）介电常数的主要因素（b）含水量注：10变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3.导磁性：导磁性：反映介质在磁场中的磁化程度的物理量反映介质在磁场中的磁化程度的物理量。除少数磁铁矿物之外，大多数介质的相对介电除少数磁铁矿物之外，大多数介质的相对介电常数接近于常数接近于1，从而，可忽略对电磁场的影响，从而，可忽略对电磁场的影响。二二.交变电磁场在导电介质中的传播特点及变化规律交变电磁场在导电介质中的传播特点及变化规律1.电磁场的定解问电磁场的定解问题（1）电磁矢量满足的波动方程）电磁矢量满足的波动方程 设：讨论空间域内，介质均匀，性线，各向同性：若含外设：讨论空间域内，介质均匀，性线，各向同性：若含外源，电流和磁矩参于激发所研究的电磁场，而它们并不受源，电流和磁矩参于激发所研究的电磁场，而它们并不受我们所研究的电磁场影响。我们所研究的电磁场影响。3.导磁性：除少数磁铁矿物之外，大多数介质的11变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分麦克斯韦方程麦克斯韦方程 其中：其中：麦克斯韦方程 其中：12变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分得到显源的麦克斯韦方程得到显源的麦克斯韦方程 得到显源的麦克斯韦方程 13变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 若将以上方程组中的第一式两端旋度，第二式代若将以上方程组中的第一式两端旋度，第二式代入，第二式求旋度，第一式代入并考虑到入，第二式求旋度，第一式代入并考虑到 和第三、四式，和第三、四式，可得到可得到：电报方程：电报方程对于无源空间，有对于无源空间，有 f1=0 ，f2=0 。对于高频、高阻介质则变为波动方程，低频、良导体对于高频、高阻介质则变为波动方程，低频、良导体变为扩散方程。变为扩散方程。若将以上方程组中的第一式两端旋度，第二式代入，14变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分对于谐变电磁场：对于谐变电磁场：麦克斯韦方程有麦克斯韦方程有其中其中波动方程变为：波动方程变为：式中式中矢量亥姆霍兹方程矢量亥姆霍兹方程 对于谐变电磁场：麦克斯韦方程有其中波动方程变为：式中矢量15变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（2）边界条件和初始条件）边界条件和初始条件（a）边界条件）边界条件 地表面在电磁场中仅作为一个不同电磁性质的界地表面在电磁场中仅作为一个不同电磁性质的界面处理，因为空气中也有电磁场的分布，所以是全空面处理，因为空气中也有电磁场的分布，所以是全空间问题。间问题。在不同介质的分界面处，其在不同介质的分界面处，其、或、或或或不不连续连续，应满应满足足磁介质边界磁介质边界磁介质边界磁介质边界电介质边界电介质边界电介质边界电介质边界导电介质边界导电介质边界导电介质边界导电介质边界（2）边界条件和初始条件磁介质边界电介质边界导电介质边界16变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分边界电流连续性边界电流连续性究区域的边界究区域的边界（b）初始条件）初始条件导体与空气界面导体与空气界面 边界电流连续性（b）初始条件导体与空气界面 17变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（3）电磁场位方程）电磁场位方程（a）电流源存在情况）电流源存在情况 从而，引入电流源矢位从而，引入电流源矢位 ，代入麦氏方程的二式，代入麦氏方程的二式利用：利用：，引入标位，引入标位U。将将无源空间无源空间麦氏方程的第一式中的电、磁矢量麦氏方程的第一式中的电、磁矢量用矢、标位表示用矢、标位表示（3）电磁场位方程 从而，引入电流源矢位 ，代入18变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分进一步可写作进一步可写作由罗仑兹条件由罗仑兹条件 则，麦氏方程变为等价的矢量亥姆霍兹方程则，麦氏方程变为等价的矢量亥姆霍兹方程并有并有（b）磁性源存在情况）磁性源存在情况利用利用进一步可写作由罗仑兹条件 则，麦氏方程变为等价的矢量亥姆霍兹19变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分相应的边界条件相应的边界条件引入磁源矢势引入磁源矢势 ，取，取类似的推导，有类似的推导，有相应的边界条件引入磁源矢势 ，取类似的推导，有20变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.平面谐变电磁波平面谐变电磁波在均匀介质中的传播在均匀介质中的传播 所谓平面波是指电磁场分量在同一时刻相所谓平面波是指电磁场分量在同一时刻相位相同的点构成的面为平面，其平面的法向方位相同的点构成的面为平面，其平面的法向方向为电磁波的传播方向，向为电磁波的传播方向，取取z轴为波的传播方轴为波的传播方向，向，x轴为电分量，轴为电分量，y轴轴为磁分量。亥姆霍兹方为磁分量。亥姆霍兹方程可写为标量方程程可写为标量方程2.平面谐变电磁波在均匀介质中的传播 取z轴为波的21变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分利用分离变量法利用分离变量法，求其解，求其解设：设：解得解得利用分离变量法，求其解设：22变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分分析：分析：（1）场幅按指数衰减传）场幅按指数衰减传 定义：电磁波自地表面沿定义：电磁波自地表面沿z方向前进方向前进1/b的距离称的距离称为为趋肤深度，趋肤深度，记作记作 。若若 ，忽略位移电流后，有忽略位移电流后，有则则（2）波长）波长 _ 波相改变波相改变2所前进的距离，所前进的距离，=2/a。当当/1 1，分析：若 ，忽略位移23变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（3）电磁场的波阻抗）电磁场的波阻抗由麦克斯韦方程，有由麦克斯韦方程，有 将将 代如上式，得代如上式，得即即 波阻抗波阻抗其中其中（3）电磁场的波阻抗将 24变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分有有可见，均匀介质中电场与磁场间相差可见，均匀介质中电场与磁场间相差450。可导出。可导出有可见，均匀介质中电场与磁场间相差450。可导出25变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分三三.导电地质体的电磁感应导电地质体的电磁感应 （一）电磁感应模型（一）电磁感应模型f=n10Hz 10Hz n KHz，忽略位移电流和忽略位移电流和激电电流的影响，其激电电流的影响，其电磁场遵从欧姆定律电磁场遵从欧姆定律和法拉第电磁感应定和法拉第电磁感应定律。律。地质体中的感应电动势地质体中的感应电动势三.导电地质体的电磁感应 忽略位移电流和激电电流26变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分将地下导体视为将地下导体视为R和和L组成的串联闭合电路，则组成的串联闭合电路，则感应二次场感应二次场式中：式中：G为几何因子。为几何因子。1.H2 滞后于滞后于H1相位：相位：将地下导体视为R和L组成的串联闭合电路，则感应二次场式中：G27变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.异常属性异常属性_ 叠加异常叠加异常 _ 叠加异常叠加异常 _ 纯异常纯异常 2.异常属性_ 叠加异常 _ 叠28变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（二）二次场的频率特征（二）二次场的频率特征将将H2式的分子和分母同乘式的分子和分母同乘L，有，有定义定义:二次磁场响应函数二次磁场响应函数式中：式中：为响应参数。为响应参数。其变化规律：其变化规律：1.1.低频段低频段 H H2 2=-iGMI=-iGMI1 1/R ,/R ,呈体内分布，呈体内分布，RnIRnI2 2与与2 2、L L成正比成正比;ImI;ImI2 2与与成正比成正比,与与R成反比成反比。（二）二次场的频率特征定义:二次磁场响应函数式中：29变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.随着频率的增加，随着频率的增加，互感作用增强，出互感作用增强，出现趋肤效应，虚分现趋肤效应，虚分量减小至零，实分量减小至零，实分量增止饱和，既：量增止饱和，既：Re I2=-MI1/L。虚分量存在虚分量存在最佳工最佳工作频率作频率:=R/L。3.响应参数的物理意义响应参数的物理意义2.随着频率的增加，互感作用增强，出现趋肤效应，虚分量减小30变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分K 为导体形状比例系数，为导体形状比例系数，L为电磁系统的线性长度。为电磁系统的线性长度。可见：只要可见：只要l 不不变，其，其D D值就不会就不会变。若。若l 不变，不变，则频率响应将随着则频率响应将随着变变，导导体相当一个体相当一个滤滤波器。波器。4.二次二次场场的的时间时间特征特征 将将频频率响率响应应改写成改写成令令:s=i，A=R/L，可写成拉普拉斯，可写成拉普拉斯变换变换式式K 为导体形状比例系数，L为电磁系统的线性长度。令:s=31变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分若发射单方形脉冲函数：若发射单方形脉冲函数：相应的拉普拉相应的拉普拉斯变换式：斯变换式：二者褶积后，则二者褶积后，则RL回路回路（二次场）的感应时间（二次场）的感应时间函数为：函数为：感应电流由于热损，感应电流由于热损，随时间衰减，衰减速随时间衰减，衰减速度与度与A值成正比。值成正比。若发射单方形脉冲函数：相应的拉普拉斯变换式：二者褶积后，则R32变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.交变电磁场的椭圆极化交变电磁场的椭圆极化 设：设：在在XOZ平面内的椭圆极化情况，平面内的椭圆极化情况，由于由于5.交变电磁场的椭圆极化 在XOZ平面内的椭圆极化33变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分上式整理后上式整理后 极化椭圆方程极化椭圆方程其极化椭圆长轴与其极化椭圆长轴与X轴的夹角、长短轴半径分别为：轴的夹角、长短轴半径分别为：上式整理后 极化椭圆方程其极化椭圆长轴与X轴的夹角、34变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分分析：分析：（1）线性极化线性极化（3）极化倾角极化倾角含有地含有地质质异常信息。异常信息。(2)圆极化圆极化分析：线性极化（3）极化倾角含有地质异35变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分四四.交流电磁场的物理模拟原则交流电磁场的物理模拟原则设设 实际地电体及工作参数：实际地电体及工作参数：n，n n，n n;模型地电及工作体参数：模型地电及工作体参数：m，m，m;实际地电体与模型地电几何尺寸比例：实际地电体与模型地电几何尺寸比例：1：L1.频率域模拟准则频率域模拟准则2.时间域模拟准则时间域模拟准则交流电磁场的物理模拟原则2.时间域模拟准则36变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分本节基本要求：本节基本要求：1.掌握电磁参数随工作频率的变化规掌握电磁参数随工作频率的变化规律；律；2.掌握平面电磁的传播规律；掌握平面电磁的传播规律；3.掌握电磁感应二次场的频响、时间掌握电磁感应二次场的频响、时间和椭圆极化规律。和椭圆极化规律。本节基本要求：37