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專利名稱：建立等效地網(wǎng)計算模型的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建立電力系統(tǒng)中發(fā)、變電站的等效地網(wǎng)的計算模型領(lǐng)域，尤其涉及使 用短距測量法測量變電站接地網(wǎng)接地電阻時建立等效地網(wǎng)計算模型的方法。
背景技術(shù)：
目前電力部門常用的接地電阻測量方法主要是上世紀60年代發(fā)展起來的電位降 測量理論及其衍生出的補償法如0. 618法和30度夾角法。但隨著地網(wǎng)規(guī)模的增大，應(yīng)用 0. 618法和30度夾角法測量接地電阻的工作量越來越大，干擾問題也日益嚴重，因此迫切 需要能夠縮短電流極引線的測量方法，尤其是在地貌復(fù)雜的山區(qū)和交通繁忙、地面普遍硬 化的城區(qū)內(nèi)。以往的研究表明，不管被測接地裝置的幾何形狀和類型如何，由于輔助電流極 的影響，其電位分布曲線都是從正電位到負電位單調(diào)減小的曲線。根據(jù)電位分布曲線不難 斷定不管電流接線多長，在接地裝置和電流極之間總存在一點且只有一點，其電位剛好等 于輔助電流極對被測電極的影響電位，將電壓極置于該點時測量到的接地電阻值等于接地 裝置的真實接地電阻值。也就是說，短距測量在理論上是成立的，只要找出接地體地面的電 位分布規(guī)律，通過對地網(wǎng)外電流分布的計算和分析，便可求解出正確的測量位置。如同0.618法一樣，短距測量方法的關(guān)鍵問題是確定補償點。只要確定了補償點， 就可以按照0. 618法的接線進行短距測量，不但能在理論上保證測量的準確性，還能減少 工作量，降低干擾。但是，0. 681法及其衍生方法都是將接地系統(tǒng)等效為半球形的計算模型， 然后根據(jù)半球形接地體地面電位分布的計算公式計算出地網(wǎng)外地面電位的分布，據(jù)此得到 相應(yīng)的測量位置點。但實際地網(wǎng)的形狀是各種各樣的，且隨垂直接地體長度的不同而不同。 另外，若將電流極位置置于地網(wǎng)較近的地方如1倍對角線長度附近時，接地網(wǎng)的真實情況 已經(jīng)不能用半球接地極等效了。因此，要進行短距測量方法的研究，首先必須對接地網(wǎng)的電 位分布規(guī)律進行總結(jié)歸納，重新建立能在短距時適用的等效地網(wǎng)計算模型，然后才能按照 測量原理進行計算和推導(dǎo)，建立可以準確測量接地電阻的短距測量理論。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的建立等效地網(wǎng)計算模型的方法，針對用短距測量方法測量電力系統(tǒng) 中發(fā)、變電站的接地電阻過程中接地網(wǎng)的真實情況無法用半球接地極等效的問題，使用點 匹配矩量法對接地網(wǎng)的電位分布規(guī)律進行了計算并總結(jié)歸納，建立了能在短距時適用的等 效地網(wǎng)計算模型。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了建立等效地網(wǎng)計算模型的方法，包含以下步 驟步驟1、根據(jù)現(xiàn)場情況選定電流極的位置；步驟2、根據(jù)具體地網(wǎng)的實際形狀使用數(shù)值計算方法對無電流極時接地網(wǎng)的電位 分布進行仿真計算，得到地網(wǎng)的地面電位分布曲線和地電位升(GPR)Vl ；步驟3、根據(jù)具體地網(wǎng)的實際形狀使用數(shù)值計算方法對有電流極時接地網(wǎng)的地面電位分布進行仿真計算，得到地網(wǎng)的地面電位分布曲線和地電位升(GPR)V2 ；步驟4、得到有無電流極時的接地網(wǎng)的電位分布規(guī)律后，建立起在短距時適用的等 效地網(wǎng)計算模型。步驟2中，所述的數(shù)值計算方法如下步驟2. 1、將接地網(wǎng)分為n段導(dǎo)體；步驟2. 2、計算各個分段之間的互電阻矩陣R，矩陣元素表示i段導(dǎo)體和j段導(dǎo) 體間的互電阻，其計算公式為 式中，p為土壤電阻率，￡1為接地網(wǎng)的等效半徑，參數(shù)1^^、11^’州’、1’的值由 以下公式所決定L = ^(xi2 - xnf + (只2 - ynf + (zi2 -zafM = 2[(xi2-xn) (xi2+xn-2xp) + (yi2-yn) (yi2+yn-2yp) + (zi2-zn) (zi2+zn-2zp)]N = + xn - 2xpf + (yi2 + yn - 2ypf + (zi2 + zn - 2zpfW = 2^(xi2 — xpf + (yi2 - ypf + (zl2 - zpfM' = 2[(xi2-xn) (xi2+xn-2xp) + (yi2-yn) (yi2+yn_2yp) + (zi2_zn) (zi2+zn+2zp)]N'=批2 + xn -2xp)2+(yl2+yn-2yp)2 + ^2+^
W' = 2扣2 - xpf + (yl2 -ypf+ (zi2 + zpf式中，(xn, yn，zn)和(xi2，yi2，zi2)為i段導(dǎo)體兩端點的坐標，(xp, yp，zp)為j段 導(dǎo)體的中點P的坐標；步驟2. 3、計算每段導(dǎo)體的散流分布，這可以通過求解接地網(wǎng)數(shù)值模型的基本方程 好=鄉(xiāng)求得。其中，互電阻矩陣R為nXn矩陣；/ = [(，/” ,/ 『為11維列向量，是每段導(dǎo)體
n
上散流的電流向量，滿足電流等式；為n維列向量，表示接地網(wǎng)的
電位。所述接地網(wǎng)視為等電位，即夠=釣二…步驟2. 4、計算接地網(wǎng)的地面電位分布，根據(jù)步驟2. 3求得的地網(wǎng)導(dǎo)體的散流分布 及其對地面上各點的電位貢獻使用疊加原理求得無電流極時的地面電位分布。步驟3中，所述的數(shù)值計算方法如下步驟3. 1、將接地網(wǎng)分為n段導(dǎo)體，將電流極分為m段；步驟3. 2、計算各個分段之間的互電阻矩陣A ；步驟3. 3、求解接地網(wǎng)數(shù)值模型的基本方程j 二 f，式中，7為散流電流向量，f為電 位向量 其中，。(」=1，2，…，n)為每段地網(wǎng)導(dǎo)體的散流電流，i。k(k= 1，2，…，m)為每 段電流極的散流電流，V為地網(wǎng)電位升，V。為電流極的電位。基本方程求解過程如下
步驟3. 3. 1、將基本方程拆分為如下兩個方程 AIl=Vl
式中，巧的元素都等于乂，
步驟3. 3. 2、按步驟2. 3中的方法求解jf = Vx，得到電流向量i ； 步驟3. 3. 3、按步驟2. 3中的方法求解乂/2 =巧，得到電流向量72 ；
步驟3. 3. 4、根據(jù)電流等式和二-/得到方程組
其中，&和k2為比例系數(shù)，求解方程組得到和k2的值； 步驟3. 3. 5、計算散流電流向量7，計算公式為
步驟3. 3. 6、根據(jù)求得的地網(wǎng)導(dǎo)體的散流分布及其對地面上各點的電位貢獻使用 疊加原理求得有電流極時的地面電位分布。本發(fā)明提供的建立等效地網(wǎng)計算模型的方法，對接地網(wǎng)的電位分布規(guī)律進行了總 結(jié)歸納，建立起能在短距時適用的等效地網(wǎng)計算模型，具有重要的工程實用價值。
具體實施例方式以下具體說明本發(fā)明的一種較佳實施方式本發(fā)明提供了的方法，包含以下步驟步驟1、根據(jù)現(xiàn)場情況選定電流極的位置；步驟2、根據(jù)具體地網(wǎng)的實際形狀使用數(shù)值計算方法對無電流極時接地網(wǎng)的電位 分布進行仿真計算，得到地網(wǎng)的地面電位分布曲線和地電位升(GPR)Vl ；步驟3、根據(jù)具體地網(wǎng)的實際形狀使用數(shù)值計算方法對有電流極時接地網(wǎng)的電位 分布進行仿真計算，得到地網(wǎng)的地面電位分布曲線和地電位升(GPR)V2 ；步驟4、得到有無電流極時的接地網(wǎng)的電位分布規(guī)律后，建立起在短距時適用的等 效地網(wǎng)計算模型。本發(fā)明提供的建立等效地網(wǎng)計算模型的方法，對接地網(wǎng)的電位分布規(guī)律進行了總 結(jié)歸納，建立起能在短距時適用的等效地網(wǎng)計算模型，具有重要的工程實用價值。
權(quán)利要求
建立等效地網(wǎng)計算模型的方法，其特征在于，包含以下步驟步驟1、根據(jù)現(xiàn)場情況選定電流極的位置；步驟2、根據(jù)具體地網(wǎng)的實際形狀使用數(shù)值計算方法對無電流極時接地網(wǎng)的電位分布進行仿真計算，得到地網(wǎng)的地面電位分布曲線和地電位升V1；步驟3、根據(jù)具體地網(wǎng)的實際形狀使用數(shù)值計算方法對有電流極時接地網(wǎng)的地面電位分布進行仿真計算，得到地網(wǎng)的地面電位分布曲線和地電位升V2；步驟4、得到有無電流極時的接地網(wǎng)的電位分布規(guī)律后，建立起在短距時適用的等效地網(wǎng)計算模型。
2.如權(quán)利要求1所述的使用短距測量法測量變電站接地網(wǎng)接地電阻的方法，其特征在 于，步驟2中，所述的數(shù)值計算方法如下步驟2. 1、將接地網(wǎng)分為η段導(dǎo)體；步驟2. 2、計算各個分段之間的互電阻矩陣R，矩陣元素Rij表示i段導(dǎo)體和j段導(dǎo)體 間的互電阻，其計算公式為 式中，P為土壤電阻率，a為接地網(wǎng)的等效半徑，參數(shù)L、M、N、W、M’、N’、W’的值由以下 公式所決定 式中，(Xil' Yn' zn)和(xi2，yi2，zi2)為i段導(dǎo)體兩端點的坐標，(xp, yp，zp)為j段導(dǎo)體 的中點P的坐標；步驟2. 3、計算每段導(dǎo)體的散流分布，這可以通過求解接地網(wǎng)數(shù)值模型的基本方程 及7 =運求得。其中，互電阻矩陣R為nXn矩陣；/ = IT1J2,···,/ ]『為η維列向量，是每段導(dǎo)體 上散流的電流向量，滿足電流等式=/ — r#為η維列向量，表示接地網(wǎng)的電位。所述接地網(wǎng)視為等電位，即釣=朽=…=隊；步驟2. 4、接地網(wǎng)的地面電位分布，根據(jù)步驟2. 3求得的地網(wǎng)導(dǎo)體的散流分布及其對地 面上各點的電位貢獻使用疊加原理求得無電流極時的地面電位分布。Απ
3.如權(quán)利要求1所述的使用短距測量法測量接地網(wǎng)接地電阻的方法，其特征在于，步 驟3中，所述的數(shù)值計算方法如下步驟3. 1、將接地網(wǎng)分為η段導(dǎo)體，將電流極分為m段； 步驟3. 2、計算各個分段之間的互電阻矩陣A ；步驟3. 3、求解接地網(wǎng)數(shù)值模型的基本方程j = f，式中，/為散流電流向量不為電位向量— * · *其中，ij(j = l，2，…，η)為每段地網(wǎng)導(dǎo)體的散流電流，i。k(k= 1，2，…，m)為每段電 流極的散流電流，V為地網(wǎng)電位升，V。為電流極的電位。
4.如權(quán)利要求3所述的使用短距測量法測量接地網(wǎng)接地電阻的方法，其特征在于，步 驟3. 3中，所述的基本方程求解過程如下步驟3. 3. 1、將基本方程拆分為如下兩個方程 AIi = V1式中，巧的元素都等于￥，而巧=丨0,0廣..0義-1"義-0;步驟3. 3. 2、按步驟2. 3中的方法求解M1 =巧，得到電流向量J1 ； 步驟3. 3. 3、按步驟2. 3中的方法求解M2 二巧，得到電流向量/2 ；“m步驟3. 3. 4、根據(jù)電流等式=/和Σ。=_7得到方程組 其中，h和k2為比例系數(shù)，求解方程組得到Ic1和k2的值； 步驟3. 3. 5、計算散流電流向量/，計算公式為步驟3. 3. 6、根據(jù)求得的地網(wǎng)導(dǎo)體的散流分布及其對地面上各點的電位貢獻使用疊加 原理求得有電流極時的地面電位分布。
全文摘要
建立等效地網(wǎng)計算模型的方法，首先選定電流極的位置，然后根據(jù)接地體的實際形狀使用點匹配矩量法分別對無電流極和有電流極時地網(wǎng)的電位分布進行仿真計算，進而建立能適用于接地電阻短距測量的等效地網(wǎng)計算模型。本發(fā)明提供的建立等效地網(wǎng)計算模型的方法，對接地網(wǎng)的電位分布規(guī)律進行了總結(jié)歸納，建立起能適用于接地電阻短距測量的等效地網(wǎng)計算模型，具有重要的工程實用價值。
文檔編號G01R27/20GK101900765SQ200910057318
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者徐劍, 施偉斌, 王豐華, 金之儉, 金偉 申請人:上海市電力公司;上海交通大學(xué);上海久隆信息工程有限公司