CN101901967B - 均匀土壤中矩形地网接地导体布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均匀土壤中矩形地网接地导体不等间距布置方法，该方法主要是根据地网设计所需的地网网孔数确定接地网均压导体优化后的导体位置。该方法可以快速准确的计算接触电压分布、跨步电压分布优化后矩形地网中任意根数接地导体的位置。该方法不仅计算方便，且适用范围广。

Description

均匀土壤中矩形地网接地导体布置方法

技术领域

本发明涉及一种均匀土壤中矩形地网接地导体的布置方法，用于发电厂、变电站、换流站等地网导体的不等间距布置。

背景技术

接地网是发电厂、变电站、换流站安全的重要组成部分，接地网中导体在降低接地电阻的同时，还能限制接触电压与跨步电压，从而保证人员与设备的安全。接地系统的优化设计就是对地网中的导体进行合理的布置，使地网各网孔中最大接触电压与跨步电压尽量相等，该布置方法能在保证接地电阻和地表电位满足安全要求的同时，节约接地网使用的金属材料，降低建设费用。在地网导体优化布置方面，德国提出导体的非等间距布置方案，并证明非等间距方式不仅能保证地网安全性能，还能充分利用每一根导体的散流性能，从而节约大量的金属材料，但没有给出非等间距布置的算法。我国相关学者探讨了遗传算法在地网优化中的应用；研究了双层水平分层土壤中的地网非等间距分布优化布置方法，给出了指数压缩法来确定各导体的位置，但指数压缩法中的计算公式系数受土壤参数以及地网面积，导体根数的影响，任意一个参数发生变化时，需要重新对计算公式中的系数进行确定。我国电力行业标准《DL/T 621-1997交流电气装置的接地》给出了网孔数小于等于20时均匀土壤中矩形接地网导体不等间距时布置方案表，但是我国大容量，远距离输电得到快速发展，电压等级也不断提高，变电站、换流站规模越来越大，地网网孔数增加，网孔数大于20的情况经常发生，此时导体位置不能通过查表确定，只能采用专业的仿真软件对均压导体进行不等间距的优化布置，该方法需要通过仿真得到地网各网孔的接触电压与跨步电压分布图，然后根据各网孔最大接触电压的差异或最大跨步电压的差异对导体位置进行调整，通过多次仿真以及反复调整得到地网各导体的最终位置故其仿真需要的时间较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种均匀土壤中矩形地网导体非等间距布置方法，使用该方法可方便、快速地确定任意网孔数目导体在不等间距布置时的相对位置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案主要包括以下步骤：

第一步，根据所确定矩形地网长与宽的两个方向导体的根数，对地网一个方向的均压导体进行编号，其编号方式如附图1所示，如对地网长方向，第一根导体编号为0，第二根导体编号为1，按此顺序递增，最后一根导体编号为n。

第二步：确定该方向均压导体的相对位置，如按第二步编号方法时，各导体的相对位置为：

$a_m=\frac{a}{2}+\frac{a}{100}\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{m}{n}\right)-\frac{a}{2}\cos \left(\mathrm{\π}\frac{m}{n}\right)$

其中，m＝0，1，...n，n为地网一边的分段数，a为长方形地网的边长，m为导体序号，a_m为第m根导体到地网边缘(编号为0的导体)的距离。

第三步，重复第一步和第二步，确定矩形地网另一个方向的均压导体位置，此时只需将第二步中的a和n换另一方向b和k即可。

本发明与现有技术相比，它提供一种简便快捷的不等间距优化布置方法。具体讲，本发明可方便而快捷地确定不等间距布置的均压带导体的相对位置，从而确定地网结构，使得各网孔最大接触电压与最大跨步电压接近相等。本发明实际上可用一个统一的函数表达式来确定任意网孔数目的均压导体的位置，与现有行业标准推荐的方法相比，二者优化效果相同，但现在标准只给出20网孔以下导体位置，本发明还适用于网孔数目大于20的情况，适用范围更宽；与指数压缩法相比，本方法不用重新确定计算公式的系数，使用更方便，更适用于计算机计算；与采用专业软件进行仿真来优化布置相比，本方法不用建模仿真，由于每个网孔相对位置与地网的边长相关联，一次计算就可以给出每一根导体的相对位置，更节省时间。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

图1为接地体编号方式示意图

图2为n＝30时各接地体位置a_m的分布示意图

图3为n＝30时地网以及观察线示意图

图4为接触电压的分布情况示意图

图5为跨步电压的分布情况示意图

图6为n＝20时两种优化方法结果对比示意图

具体实施方式

实施例1。

某地网为边长100m的正方形地网。该地网最大短路电流为2000A，土壤电阻率为300欧米。

第一步，按照我国电力行业标准《DL/T 621-1997交流电气装置的接地》，确定n＝30时满足接触电势差和跨步电势差的要求。对矩形地网一边的导体按0到30进行编号。

第二步，按照 $a_m=\frac{a}{2}+\frac{a}{100}\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{m}{n}\right)-\frac{a}{2}\cos \left(\mathrm{\π}\frac{m}{n}\right)$ 对导体的位置进行计算，计算出各根接地体的a_m如图2所示。

第三步，因为该地网为正方形地网，另一边的导体位置与第二步相同，该地网为正方形地网，长宽两个方向的相对位置一致。

按上述优化布置结果，采用专业仿真软件(CDEGS)进行仿真，设置如图3所示，图中三条虚线A、B、C表示不同的观察线，用于观察接触电压与跨步电压的分布情况。图4与图5为仿真结果，图4为沿观察线的接触电压分布情况，图5为沿观察线的跨步电压分布。两图中观察线B与观察线C两条电压曲线都完全重合，说明二者的电压分布情况完全相同。从图中可以看出，各网孔的最大接触电压与最大跨步电压非常接近，接触电压接近59V，对角线的跨步电压接近22V，平行于地网的观察线最大跨步电压接近15V，说明该优化布置方法具有很好的效果。

实施例2。

地网为边长100米的正方形地网。第一步，该地网最大短路电流为1500A，土壤电阻率为300欧米

第一步，按照我国电力行业标准《DL/T 621-1997交流电气装置的接地》，计算得n＝20时满足接触电势差和跨步电势差的要求。对矩形地网一边的导体按0到20进行编号。

第二步，按照 $a_m=\frac{a}{2}+\frac{a}{100}\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{m}{n}\right)-\frac{a}{2}\cos \left(\mathrm{\π}\frac{m}{n}\right)$ 对均压导体的位置进行计算，计算出各根接地体的a_m如图6所示

第三步，因为该地网为正方形地网，另一边的均压导体位置与第二步相同，该地网为正方形地网，长宽两个方向的相对位置一致。

采用本发明和我国电力行业标准《DL/T 621-1997交流电气装置的接地》标准得到各接地体到地网边缘的距离如图6所示，从图6中可以看出，二者相同编号接地体的点基本重合，说明本发明的内容满足规程的要求，与规程要求的结果一致。

上述实施例中均为正方形地网，当地网为长方形地网时，只需在第三步时重复第一步和第二步即可。

Claims (1)

1.一种均匀土壤中矩形地网接地导体不等间距布置方法，其特征在于它包括以下步骤：

第一步，根据所确定的矩形地网两个方向导体的根数，对矩形地网一个方向导体进行编号；

第二步，根据导体的编号按以下算式确定该方向均压导体的相对位置： $a_m=\frac{a}{2}+\frac{a}{100}\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{m}{n}\right)-\frac{a}{2}\cos \left(\mathrm{\π}\frac{m}{n}\right)$

式中，a为矩形地网该方向的边长，n为地网该方向边的分段数，a_m为第m根导体到地网边缘的距离；

第三步，当地网为长方形时，重复第一步和第二步，确定矩形地网另一个方向的均压导体的相对位置，当地网为正方形时，地网另一方向均压导体的相对位置的确定方法与第二步相同。

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