CN101900764A - 使用短距测量法测量接地网接地电阻的方法 - Google Patents

Abstract

使用短距测量法测量变电站接地电阻的方法，首先选定电流极的位置，然后根据待测接地网的实际形状使用数值计算方法分别对无电流极和有电流极时地网的地面电位分布进行仿真计算，进而确定补偿点的位置即电压极的测试位置，最后实施测量得到接地电阻的值。本发明提供的使用短距测量法测量变电站接地电阻的方法，根据电位补偿原理，采用较短电流极和电压极引线实现短距离测量接地电阻，节省了人力物力，具有重要的工程实用价值。

Description

使用短距测量法测量接地网接地电阻的方法

技术领域

本发明涉及电力系统中发、变电站的接地网的接地电阻测量领域，尤其涉及使用短距测量法测量变电站接地网接地电阻的方法。

背景技术

接地电阻是表征接地装置电气性能的重要技术指标之一，指的是当电流I经接地电极流入大地时电极上的电压U与电流I的比值，它包括接地引线的电阻、接地极本体的电阻、接地极与土壤的接触电阻和电极至无穷远处的土壤电阻。由于发、变电站的接地网肩负着泄放故障电流、均衡地面电位和提供稳定参考电位的任务，因此其接地电阻必须满足一定的要求。对新的发、变电站来说，在其投运之前对接地电阻进行测量，可检查新接地网的接地电阻是否达到设计要求。对运行的变电站来说，对其接地电阻进行测量，有助于检查监测设备运行装备，避免故障的发生。

目前电力部门常用的接地电阻测量方法主要是上世纪60年代发展起来的电位降测量理论及其衍生出的补偿法如0.618法和30度夹角法。但电位降法及其衍生法的理论基础是建立在均匀土壤和半球接地极模型的基础上的，不仅与测试现场的真实地质状况不符，且与实际地网模型也存在着较大误差。此外，该方法要求电流极引线长度为变电站长度的4～5倍，这么长的引线给现场测量工作带来了较大的困难，例如不利于现场布线、带来测量误差、测试工期长且需要的人手多等。

发明内容

本发明提供的使用短距测量法测量变电站接地网接地电阻的方法，针对电力系统中发、变电站的接地电阻测试过程中存在的测量引线过长和误差较大的问题，根据电位补偿原理，采用短电流极和电压极引线实现短距离测量接地电阻。

为了达到上述目的，本发明提供了使用短距测量法测量变电站接地网接地电阻的方法，包含以下步骤：

步骤1、根据现场情况选定电流极的位置；

步骤2、根据待测接地网的实际形状使用数值计算方法对无电流极时接地网的地面电位分布进行仿真计算，得到地网的地面电位分布曲线和地电位升(GPR)V1；

步骤3、根据待测接地网的实际形状使用数值计算方法对有电流极时接地网的地面电位分布进行仿真计算，得到地网的地面电位分布曲线和地电位升(GPR)V2；

步骤4、根据电位补偿原理，由引入电流极后地电位升(GPR)变化(V2-V1)从有电流时的地面电位分布曲线上找出电位补偿点的位置，即确定电压极的测试位置；

步骤5、实施测量，测出接地电阻的数值。

步骤2中，所述的数值计算方法如下：

步骤2.1、将接地网分为n段导体；

步骤2.2、计算各个分段之间的互电阻矩阵R，矩阵元素R_ij表示i段导体和j段导体间的互电阻，其计算公式为：

$R_{\mathrm{ij}}=\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{\ρ}}{4\mathrm{\π}}(\ln \frac{2L^2+M+2\mathrm{LW}}{M+2\mathrm{LN}}+\ln \frac{{2L}^2+M^{\′}+2{\mathrm{LW}}^{\′}}{M^{\′}+2{\mathrm{LN}}^{\′}})& i\≠j\\ \frac{\mathrm{\ρ}}{4\mathrm{\π}}(\ln \frac{L+\sqrt{L+{4a}^2}}{-L+\sqrt{L+{4a}^2}}+\ln \frac{2L^2+M^{\′}+2{\mathrm{LW}}^{\′}}{M^{\′}+{2\mathrm{LN}}^{\′}})& i=j\end{array},$

式中，ρ为土壤电阻率，a为接地网的等效半径，参数L、M、N、W、M’、N’、W’的值由以下公式所决定：

$L=\sqrt{{(x_{i2}-x_{i1})}^2+{(y_{i2}-y_{i1})}^2+{(z_{i2}-z_{i1})}^2}$

M＝2[(x_i2-x_i1)·(x_i2+x_i1-2x_p)+(y_i2-y_i1)·(y_i2+y_i1-2y_p)+(z_i2-z_i1)·(z_i2+z_i1-2z_p)]

$N=\sqrt{{(x_{i2}+x_{i1}-{2x}_p)}^2+{(y_{i2}+y_{i1}-{2y}_p)}^2+{(z_{i2}+z_{i1}-{2z}_p)}^2}$

$W=2\sqrt{{(x_{i2}-x_p)}^2+{(y_{i2}-y_p)}^2+{(z_{i2}-z_p)}^2}$

M′＝2[(x_i2-x_i1)·(x_i2+x_i1-2x_p)+(y_i2-y_i1)·(y_i2+y_i1-2y_p)+(z_i2-z_i1)·(z_i2+z_i1+2z_p)]

$N^{\′}=\sqrt{{(x_{i2}+x_{i1}-{2x}_p)}^2+{(y_{i2}+y_{i1}-{2y}_p)}^2+{(z_{i2}+z_{i1}+{2z}_p)}^2}$

$W^{\′}=2\sqrt{{(x_{i2}-x_p)}^2+{(y_{i2}-y_p)}^2+{(z_{i2}+z_p)}^2}$

式中，(x_i1，y_i1，z_i1)和(x_i2，y_i2，z_i2)为i段导体两端点的坐标，(x_p，y_p，z_p)为j段导体的中点P的坐标；

步骤2.3、计算地网导体的散流分布，这可以通过求解接地网数值模型的基本方程求得。其中，互电阻矩阵R为n×n矩阵；

为n维列向量，是每段导体上散流的电流向量，满足电流等式

为n维列向量，表示接地网的电位。所述接地网视为等电位，即

步骤2.4、计算接地网的地面位分布，这可以根据步骤2.3求得的地网导体的散流分布，根据地网导体对地面各点的电位贡献使用叠加原理求得地网的地面电位分布。

步骤3中，所述的数值计算方法如下：

步骤3.1、将接地网分为n段导体，将电流极分为m段；

步骤3.2、计算各个分段之间的互电阻矩阵A；

步骤3.3、求解接地网数值模型的基本方程

式中，

为散流电流向量，

为电位向量：

$\stackrel{\→}{I}=\{i_1,i_2,...,i_n,i_{c1},i_{c2},...,i_{\mathrm{cm}}\}$

$\stackrel{\→}{V}=\{V,V,...,V,V_c,...,V_c\}$

其中，i_j(j＝1，2，…，n)为每段地网导体的散流电流，i_ck(k＝1，2，…，m)为每段电流极的散流电流，V为地网电位升，V_c为电流极的电位。基本方程求解过程如下：

步骤3.3.1、将基本方程拆分为如下两个方程：

$A{\stackrel{\→}{I}}_1={\stackrel{\→}{V}}_1$

$A{\stackrel{\→}{I}}_2={\stackrel{\→}{V}}_2$

式中，的元素都等于V，而

步骤3.3.2、按步骤2.3中的方法求解

得到电流向量

步骤3.3.3、按步骤2.3中的方法求解

得到电流向量

步骤3.3.4、根据电流等式

和

得到方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{I}}_1\left(j\right)+k_2\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{I}}_2\left(j\right)=-I\\ k_1\underset{j=n+1}{\overset{n+m}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{I}}_1\left(j\right)+k_2\underset{j=n+1}{\overset{n+m}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{I}}_2\left(j\right)=I\end{array}\right.$

其中，k₁和k₂为比例系数，求解方程组得到k₁和k₂的值；

步骤3.3.5、计算散流电流向量

计算公式为：

$\stackrel{\→}{I}=k_1{\stackrel{\→}{I}}_1+k_2{\stackrel{\→}{I}}_2$

步骤3.3.6、根据地网导体对地面各点的电位贡献使用叠加原理计算有电流极时的地面电位。

本发明提供的使用短距测量法测量变电站接地网接地电阻的方法，根据电位补偿原理，采用短电流极和电压极引线实现短距离测量接地电阻，节省了人力物力，具有重要的工程实用价值。

具体实施方式

以下具体说明本发明的一种较佳实施方式：

本发明提供了的方法，包含以下步骤：

步骤1、根据现场情况选定电流极的位置；

步骤2、根据待测接地网的实际形状使用数值计算方法对无电流极时接地网的地面电位分布进行仿真计算，得到地网的地面电位分布曲线和地电位升(GPR)V1；

步骤3、根据待测接地网的实际形状使用数值计算方法对有电流极时接地网的地面电位分布进行仿真计算，得到地网的地面电位分布曲线和地电位升(GPR)V2；

步骤4、根据电位补偿原理，由引入电流极后地网电位变化(V2-V1)从有电流时的地面电位分布曲线上找出电位补偿点的位置，即确定电压极的测试位置；

步骤5、实施测量，根据已经确定的电压极和电流极位置采用使用NORMA接地电阻测试仪直接读出测试时接地电阻的数值。

本发明提供的的方法，根据电位补偿原理，采用短电流极和电压极引线实现短距离测量接地电阻，节省了人力物力，具有重要的工程实用价值。

Claims (4)

1.使用短距测量法测量变电站接地电阻的方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1、根据现场情况选定电流极的位置；

步骤2、根据待测接地网的实际形状使用数值计算方法对没有电流极时的地面电位分布进行仿真计算，得到接地网的地面电位分布曲线和地电位升V1；

步骤3、根据选定的电流极的位置，对有电流极时待测地网的地面电位分布进行仿真计算，得到接地网的地面电位分布曲线和地电位升V2；

步骤4、根据电位补偿原理，由引入电流极后地电位升的变化(V2-V1)从有电流时的地面电位分布曲线上找出电位补偿点的位置，即确定电压极的测试位置；

步骤5、实施测量，测出接地网接地电阻的数值。

2.如权利要求1所述的使用短距测量法测量变电站接地电阻的方法，其特征在于，步骤2中，所述的数值计算方法如下：

步骤2.1、将接地网分为n段导体；

步骤2.2、计算各个分段之间的互电阻矩阵R，矩阵元素Rij表示i段导体和j段导体间的互电阻，其计算公式为：

$R_{\mathrm{ij}}=\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{\ρ}}{4\mathrm{\π}}(\ln \frac{2L^2+M+2\mathrm{LW}}{M+2\mathrm{LN}}+\ln \frac{{2L}^2+M^{\′}+2{\mathrm{LW}}^{\′}}{M^{\′}+2{\mathrm{LN}}^{\′}})& i\≠j\\ \frac{\mathrm{\ρ}}{4\mathrm{\π}}(\ln \frac{L+\sqrt{L+{4a}^2}}{-L+\sqrt{L+{4a}^2}}+\ln \frac{2L^2+M^{\′}+2{\mathrm{LW}}^{\′}}{M^{\′}+{2\mathrm{LN}}^{\′}})& i=j\end{array},$

式中，ρ为土壤电阻率，a为接地网的等效半径，参数L、M、N、W、M’、N’、W’的值由以下公式所决定：

$L=\sqrt{{(x_{i2}-x_{i1})}^2+{(y_{i2}-y_{i1})}^2+{(z_{i2}-z_{i1})}^2}$

M＝2[(x_i2-x_i1)·(x_i2+x_i1-2x_p)+(y_i2-y_i1)·(y_i2+y_i1-2y_p)+(z_i2-z_i1)·(z_i2+z_i1-2z_p)]

$N=\sqrt{{(x_{i2}+x_{i1}-{2x}_p)}^2+{(y_{i2}+y_{i1}-{2y}_p)}^2+{(z_{i2}+z_{i1}-{2z}_p)}^2}$

$W=2\sqrt{{(x_{i2}-x_p)}^2+{(y_{i2}-y_p)}^2+{(z_{i2}-z_p)}^2}$

M′＝2[(x_i2-x_i1)·(x_i2+x_i1-2x_p)+(y_i2-y_i1)·(y_i2+y_i1-2y_p)+(z_i2-z_i1)·(z_i2+z_i1+2z_p)]

$N^{\′}=\sqrt{{(x_{i2}+x_{i1}-{2x}_p)}^2+{(y_{i2}+y_{i1}-{2y}_p)}^2+{(z_{i2}+z_{i1}+{2z}_p)}^2}$

$W^{\′}=2\sqrt{{(x_{i2}-x_p)}^2+{(y_{i2}-y_p)}^2+{(z_{i2}+z_p)}^2}$

式中，(x_i1，y_i1，z_i1)和(x_i2，y_i2，z_i2)为i段导体两端点的坐标，(x_p，y_p，z_p)为j段导体的中点P的坐标；

步骤2.3、计算接地网导体的散流分布，这可以通过求解地网数值模型的基本方程

求得。其中，互电阻矩阵R为n×n矩阵；

为n维列向量，是每段导体上散流的电流向量，满足电流等式

为n维列向量，表示接地网的电位。所述接地网视为等电位，即

步骤2.4、计算接地网的地面位分布，这可以根据步骤2.3求得的地网导体的散流分布，根据地网导体对地面各点的电位贡献使用叠加原理计算无电流极时的地面电位。

3.如权利要求1所述的使用短距测量法测量接地网接地电阻的方法，其特征在于，步骤3中，所述的数值计算方法如下：

步骤3.1、将接地网分为n段导体，将电流极分为m段；

步骤3.2、计算各个分段之间的互电阻矩阵A；

步骤3.3、求解接地网数值模型的基本方程

式中，

为散流电流向量，

为电位向量：

$\stackrel{\→}{I}=\{i_1,i_2,...,i_n,i_{c1},i_{c2},...,i_{\mathrm{cm}}\}$

$\stackrel{\→}{V}=\{V,V,...,V,V_c,...,V_c\}$

其中，i_j(j＝1，2，…，n)为每段地网导体的散流电流，i_ck(k＝1，2，…，m)为每段电流极的散流电流，V为地网电位升，V_c为电流极的电位。

4.如权利要求3所述的使用短距测量法测量接地网接地电阻的方法，其特征在于，步骤3.3中，所述的基本方程求解过程如下：

步骤3.3.1、将基本方程拆分为如下两个方程：

$A{\stackrel{\→}{I}}_1={\stackrel{\→}{V}}_1$

$A{\stackrel{\→}{I}}_2={\stackrel{\→}{V}}_2$

式中，

的元素都等于V，而

步骤3.3.2、按步骤2.3中的方法求解得到电流向量

步骤3.3.3、按步骤2.3中的方法求解

得到电流向量

步骤3.3.4、根据电流等式

和得到方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{I}}_1\left(j\right)+k_2\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{I}}_2\left(j\right)=-I\\ k_1\underset{j=n+1}{\overset{n+m}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{I}}_1\left(j\right)+k_2\underset{j=n+1}{\overset{n+m}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\→}{I}}_2\left(j\right)=I\end{array}\right.$

其中，k₁和k₂为比例系数，求解方程组得到k₁和k₂的值；

步骤3.3.5、计算散流电流向量

计算公式为：

$\stackrel{\→}{I}=k_1{\stackrel{\→}{I}}_1+k_2{\stackrel{\→}{I}}_2$

步骤3.3.6、根据地网导体对地面各点的电位贡献使用叠加原理计算有电流极时的地面电位。