CN104483578B - 一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，该方法包括确定接地极、输电线路以及杆塔，获取圆内的输电线路以及输电线路中的杆塔的参数，依据参数和接地极的信息，通过电磁场场路耦合的方式，结合矩量法和有限元法进行仿真，得到各个杆塔的引下线上的电流值，再通过判断电流值是否超过标准电化学腐蚀电流阈值来确定电流值是否达标，本发明提供的一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，计算简单、准确度高、效率高、切实可行，提高了接地系统的可靠性，降低了电力系统的雷击跳闸率，提高了整个电力系统运行的稳定性。

Description

一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法

技术领域

本发明涉及输变电设备技术领域，特别是涉及一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法。

背景技术

起源于20世纪60年代的特高压直流输电技术，因为其具有输电损耗小、输送容量大、节省线路走廊等优势，且适合我国能源、负荷分布不均的特殊国情需求，随着我国“西电东送，南北互供，全国联网”能源战略规划的不断推进，超高压、特高压直流输电技术在我国得到广泛应用。

直流输电线路正常情况下双极对称运行，在遇到线路检修或故障情况时则采取比较经济的单极对大地回流方式运行。当直流单极大地回线运行或者直流双极功率不平衡时,大量带有直流分量的电流从大地中经过，给沿途的大地带来了电位差，从而导致大量的直流电流进入交流电网。

直流偏磁大大加剧了金属与土壤间的电化学腐蚀，接地系统的可靠性降低，提高了电力系统的雷击跳闸率，影响了整个电力系统运行的稳定性。目前国内外针对直流偏磁对设备的影响已经开展了一系列工作，也提出了一系列的治理措施，但是这些研究及治理措施都是针对变压器等重要设备的。目前鲜有学者对直流偏磁对电力系统接地网产生的影响进行研究，也尚无任何行之有效的评估方法。

因此，如何有效的提供一种计算简单、准确度高、效率高、切实可行的评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，提高了接地系统的可靠性，降低了电力系统的雷击跳闸率，提高了整个电力系统运行的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，包括：

步骤A：确定接地极、输电线路以及杆塔，其中，所述输电线路在以所述接地极为圆心，第一预设数值为半径的圆内，所述杆塔为所述输电线路中的所有杆塔；

步骤B：获取所述圆内的输电线路以及所述输电线路中的杆塔的参数，所述参数包括所述输电线路中的架空地线类型、杆塔以及所述杆塔对应的接地网的位置、杆塔的接地电阻以及所述圆内的土壤参数；

步骤C：依据所述参数以及所述接地极的信息，通过电磁场场路耦合的方式，结合矩量法和有限元法进行仿真，得到各个所述杆塔的引下线上的电流值，其中，所述信息包括接地极的形状、埋深以及制作材料；

步骤D：判断所述电流值是否超过标准电化学腐蚀电流阈值，如果是，则判定所述电流值未达标并对对应杆塔的接地网采取保护措施；如果否，则判定所述电流值达标。

优选的，步骤A还包括：

所述输电线路沿所述接地极径向排布。

优选的，步骤A还包括：

对所述输电线路中的杆塔进行编号。

优选的，步骤A中所述第一预设数值为50km。

优选的，步骤B中，所述输电线路中的架空地线类型为LGJ-120/7型钢芯铝绞线。

优选的，步骤D中所述保护措施为阴极保护措施。

本发明提供的一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，该方法首先通过确定接地极、输电线路以及杆塔，获取圆内的输电线路以及输电线路中的杆塔的参数，依据参数和接地极的信息，通过电磁场场路耦合的方式，结合矩量法和有限元法进行仿真，得到各个杆塔的引下线上的电流值，再通过判断电流值是否超过标准电化学腐蚀电流阈值来确定电流值是否达标，本发明提供的一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，计算简单、准确度高、效率高、切实可行，提高了接地系统的可靠性，降低了电力系统的雷击跳闸率，提高了整个电力系统运行的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法的过程的流程图；

图2为本发明提供的另一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法的过程的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，提高了接地系统的可靠性，降低了电力系统的雷击跳闸率，提高了整个电力系统运行的稳定性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参照图1，图1为本发明提供的一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法的过程的流程图，该方法包括：

步骤s101：确定接地极、输电线路以及杆塔，其中，输电线路在以接地极为圆心，第一预设数值为半径的圆内，杆塔为输电线路中的所有杆塔；

可以理解的是，这里的输电线路可以为以接地极为圆心，第一预设数值为半径的圆内的任意一条输电线路，因为直流偏磁对接地极周围一定范围内的输电线路均有影响。这里的杆塔为在圆内的输电线路上的所有杆塔。

另外，这里的第一预设数值是由人为设定的，具体数值可根据实际情况确定，在此本发明不作特别的限定。

步骤s102：获取圆内的输电线路以及输电线路中的杆塔的参数，参数包括输电线路中的架空地线类型、杆塔以及杆塔对应的接地网的位置、杆塔的接地电阻以及圆内的土壤参数；

可以理解的是，在确定接地极、输电线路以及杆塔以后，需要获取输电线路的相关参数，这些参数包括输电线路中的架空地线类型、杆塔以及杆塔对应的接地网的位置、杆塔的接地电阻以及圆内的土壤参数，不同位置的杆塔的接地电阻可能是不同的，不同位置的土壤参数也是不同的。

步骤s103：依据参数以及接地极的信息，通过电磁场场路耦合的方式，结合矩量法和有限元法进行仿真，得到各个杆塔的引下线上的电流值，其中，信息包括接地极的形状、埋深以及制作材料；

可以理解的是，根据上一步骤中获取的圆内的输电线路以及输电线路中的杆塔的参数以及接地极的信息，利用matlab编写杆塔以及杆塔对应的接地网的坐标并导入CDEGS软件，通过电磁场场路耦合的方式，结合矩量法和有限元法进行仿真计算，得到各个杆塔的引下线上的电流值。

与此同时，这里的接地极的信息包括接地极的形状、埋深以及制作材料。

另外，CDEGS软件是由加拿大SES公司历经十余年开发而成的，CDEGS是电流分布(Current Distribution)、电磁场(Electromagnetic Fields)、接地(Grounding)和土壤结构分析(Soil Structure Analysis)英文首字母的缩写，它是解决电力系统接地、电磁场和电磁干扰等工程问题的强大工具软件，它可在正常、故障、雷电和暂态条件下，计算地上或地下任意位置的带电导线组成的网状结构产生的接地电位、导线电位和电磁场。

步骤s104：判断电流值是否超过标准电化学腐蚀电流阈值，如果是，则进入步骤s105；如果否，进入步骤s107；

步骤s105：判定电流值未达标；

步骤s106：对对应杆塔的接地网采取保护措施；

步骤s107：电流值达标；

步骤s108：结束。

可以理解的是，在得到各个杆塔的引下线上的电流值后，对各个杆塔的电流值进行判断，当电流值超过标准电化学腐蚀电流阈值时，则判定电流值未达标，会给杆塔的接地网带来极大地电化学腐蚀影响，这将大大加快接地网的敷设速度，需要对对应杆塔的接地网采取保护措施。当电流值未超过标准电化学腐蚀电流阈值时，则认为电流值达标。

值得注意的是，这里的标准电化学腐蚀电流阈值是在参考接地网材料、形状以及土壤等多个参数的基础上来设定的，具体数值根据实际情况来定，在此不做特别的限定。

本发明提供的一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，该方法首先通过确定接地极、输电线路以及杆塔，获取圆内的输电线路以及输电线路中的杆塔的参数，依据参数和接地极的信息，通过电磁场场路耦合的方式，结合矩量法和有限元法进行仿真，得到各个杆塔的引下线上的电流值，再通过判断电流值是否超过标准电化学腐蚀电流阈值来确定电流值是否达标，本发明提供的一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，计算简单、准确度高、效率高、切实可行，提高了接地系统的可靠性，降低了电力系统的雷击跳闸率，提高了整个电力系统运行的稳定性。

实施例二

请参照图2，图2为本发明提供的另一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法的过程的流程图，该方法为在实施例一提供的方法的基础上具体提出的一个例子，该方法包括：

步骤s201：确定接地极、输电线路以及杆塔，其中，输电线路在以接地极为圆心，50km为半径的圆内，输电线路沿接地极径向排布，杆塔为输电线路中的所有杆塔，首尾两基杆塔距离接地极的距离分别为10km、50km，每两基杆塔之间的距离为250m，共160基杆塔；

进一步的，对输电线路中的杆塔进行编号。

可以理解的是，为了方便后续步骤对杆塔进行区分，可以在确定杆塔以后对各杆塔进行编号，本实施例中，按照距离接地极由近到远的顺序对杆塔编号，杆塔编号随离接地极距离增大而增大，编号依次为1至160，即首个杆塔编号为1，尾端杆塔编号为160。

当然，本发明对具体的杆塔编号方式不做特别的限定，能够实现本发明目的的杆塔编号方式均在本发明的保护范围之内。

步骤s202：获取圆内的输电线路以及输电线路中的杆塔的参数，参数包括输电线路中的架空地线类型、杆塔的位置以及杆塔对应的接地网的位置、杆塔的接地电阻以及圆内的土壤参数；

可以理解的是，本实施例中选取输电线路中的架空地线类型为LGJ-120/7型钢芯铝绞线，直流电阻为0.2422Ω/km，杆塔以及接地网的位置上一步骤中已给出，杆塔的接地网为典型的口字带四根射线型，杆塔的接地电阻约为9.73Ω。土壤参数如表1：

分层数	土壤电阻率(Ωm)	土壤厚度(m)
			1	600	100
2	1500	350
			3	4000	10000
4	10000	30000
			5	100	∞

表1土壤参数

步骤s203：依据参数以及接地极的信息，通过电磁场场路耦合的方式，结合矩量法和有限元法进行仿真，得到各个杆塔的引下线上的电流值，其中，信息包括接地极的形状、埋深以及制作材料；

可以理解的是，依据上述各接地极的信息以及参数，建立模型，进行仿真计算，计算结果如表2：

注：“+”代表电流由大地流入地线，“-”代表电流由地线流入大地。

表2各杆塔引下线上的电流值

步骤s204：判断电流值是否超过标准电化学腐蚀电流阈值，如果是，则进入步骤s205；如果否，进入步骤s207；

步骤s205：判定电流值未达标；

步骤s206：对对应杆塔的接地网采取阴极保护措施；

步骤s207：电流值达标；

步骤s208：结束。

可以理解的是，这里设置标准电化学腐蚀电流阈值为0.15，则由上表可知，编号为1～8以及13～22的杆塔引下线上的电流值未达标，剩余其他杆塔引下线上的电流值达标，直流偏磁将会对编号为1～8以及13～22的杆塔的接地网带来极大的电化学腐蚀影响，这将大大加快地网的敷设速度，对对应杆塔的接地网采取阴极保护措施抑制、延缓上述杆塔的地网腐蚀。

另外，这里的阴极保护技术电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。

本发明提供的一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，本实施例在上一实施例的基础上，还增加了对杆塔的编号，当电流值未达标时对对应杆塔的接地网采取阴极保护措施，进一步提高了接地系统的可靠性，降低了电力系统的雷击跳闸率，提高了整个电力系统运行的稳定性。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种评估直流偏磁对电力系统接地网影响的方法，其特征在于，包括：

步骤A：确定接地极、输电线路以及杆塔，其中，所述输电线路在以所述接地极为圆心，第一预设数值为半径的圆内，所述杆塔为所述输电线路中的所有杆塔；

步骤B：获取所述圆内的输电线路以及所述输电线路中的杆塔的参数，所述参数包括所述输电线路中的架空地线类型、杆塔以及所述杆塔对应的接地网的位置、杆塔的接地电阻以及所述圆内的土壤参数；

步骤C：依据所述圆内的输电线路以及所述输电线路中的杆塔的参数以及所述接地极的信息，通过电磁场场路耦合的方式，结合矩量法和有限元法进行仿真，得到各个所述杆塔的引下线上的电流值，其中，所述信息包括接地极的形状、埋深以及制作材料；

步骤D：判断所述电流值是否超过标准电化学腐蚀电流阈值，如果是，则判定所述电流值未达标并对对应杆塔的接地网采取保护措施；如果否，则判定所述电流值达标。

2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤A还包括：

所述输电线路沿所述接地极径向排布。

3.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤A还包括：

对所述输电线路中的杆塔进行编号。

4.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤A中所述第一预设数值为50km。

5.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤B中，所述输电线路中的架空地线类型为LGJ-120/7型钢芯铝绞线。

6.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤D中所述保护措施为阴极保护措施。