CN104732081A - 一种模拟变电站地下桩基的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟变电站地下桩基的方法，包括以下步骤：1)创建了地下桩基接地分析模型；2)将地下桩基接地分析模型应用到包含常规接地导体和地下桩基的复合接地系统中；3)采用分析工具在考虑地下桩基的情况下分析整个综合接地系统的性能。与现有技术相比，本发明在设计阶段就可以对地下桩基的降阻和散流效果进行分析，并可应用于包含传统接地导体和地下桩基在内的综合接地系统性能分析中，提高设计准确度，避免后续进行改造和完善的情况。

Description

一种模拟变电站地下桩基的方法

技术领域

本发明涉及电力系统变电站安全技术领域，尤其是涉及一种模拟变电站地下桩基的方法。

背景技术

接地网是保证发变电站安全运行不可缺少的组成部分，其性能好坏直接影响到变电站的安全性能和雷电流的散流。对于常规的郊区变电站，由于可用面积大，可通过接地网的形式可以满足安全要求。对于城区地下变电站而言，占地面积小，各种设施设备众多，如何在有限的空间内建设构建安全可靠的接地系统是保障变电站内工作人员及周边公众安全的基础。为了尽可能保证地下变电站的接地系统性能达到安全要求(如接地电阻、接触电压、跨步电压等)，应尽可能的利用一切可使用的设备和设施，从而在保证安全的前提下得到性价比最高的接地系统设计和实施。

地下桩基是变电站设施中的重要组成部分，尤其是对于位于城区的地下变电站而言，桩基是保证变电站建筑稳固安全可靠的关键。在地下变电站建设过程中，会创建几十根或者上百根的地下桩基基础以支撑变电站系统，成为稳固和稳定地下变电站的重要支柱。目前衡量地下桩基的主要指标主要按JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》考虑，更多的考虑其物理特性，如强度，硬度和耐久性等，而未过多考虑其电气特性。

为了尽可能的利用一切可使用的埋地系统以扩展地下变电站接地系统可利用范围，有些研究者提出是否可以将地下桩基系统作为地下变电站接地系统的一部分。为了更好的评估使用地下桩基后，地下变电站综合接地系统的性能，以及此时故障电流在原有接地系统和地下桩基的分布散流情况，需要创建包含原有接地系统以及地下桩基的系统分析模型。

目前，为了更好的在设计阶段就较为可靠准确的获得接地系统性能，减少施工完成后的改进和后续改造成本，多采用各种专用分析工具进行相应的分析和计算，如现在得到广泛使用和认可的CDEGS、ANASYS等专业分析工具。如CDEGS软件采用电磁场的方法进行接地系统整体性能的分析和计算，可以考虑的接地导体可以为实心导体(如扁钢、角钢)、带常规带涂层导体(如管道、水管等)以及多层覆盖层导体(如电力电缆等)。但是对于地下桩基系统，由于先前未将其考虑成接地系统的一部分，所以缺乏有效的模拟模型，无法结合现场实际情况在分析工具中进行模拟和计算。

为了在设计阶段就可以采用专用分析软件对包含接地桩基的综合接地系统进行模拟，从而可以准确计算其降阻效果，得到包含地下桩基系统后接地系统的安全性能。需要采用必要的方法对地下桩基系统进行合理有效的模拟，提出可用于相关分析工具计算的地下桩基模拟模型，以提高设计准确度，减少浪费和后续的改造花费。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模拟变电站地下桩基的方法，基于该模型可以在将地下桩基作为接地系统的一部分时，很好的对地下桩基及其散流效果进行模拟，从而可以在各种专业分析工具中建立包含地下桩基系统在内的复合综合接地系统分析模型并进行相应的分析计算。模型中按照地下桩基的实际结构，考虑了地下桩基中的钢筋以及混凝土材料，建立了包含桩基中钢筋及混凝土材料的计算分析模型，从而在设计阶段就可以对地下桩基的降阻和散流效果进行分析，并可应用于包含传统接地导体和地下桩基在内的综合接地系统性能分析中，提高设计准确度，避免后续进行改造和完善的情况。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模拟变电站地下桩基的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)创建了地下桩基接地分析模型；

2)将地下桩基接地分析模型应用到包含常规接地导体和地下桩基的复合接地系统中；

3)采用分析工具在考虑地下桩基的情况下分析整个综合接地系统的性能。

所述的创建了地下桩基接地分析模型具体为：

11)构建地下桩基结构的环形钢筋结构；

21)在钢筋结构内浇筑混凝土结构。

所述的地下桩基接地分析模型的桩基数目和地下桩基排列方式设有多种，从而模拟不同地下桩基数目和地下桩基排列方式情况下的综合接地效果。

所述的桩基的混泥土半径和钢筋的厚度设有多种，从而模拟不同大小桩基的接地效果。

所述的分析工具包括CDEGS或AMASYS软件。

与现有技术相比，本发明通过合理分析得到单根地下桩基的模拟模型。通过此种地下桩基模型，在进行包含地下桩基的接地系统性能分析时，可以在模拟常规接地导体的同时也可对地下桩基进行模拟，从而可以在考虑地下桩基的情况下分析整个接地系统的性能。在接地系统设计阶段就可以准确的得到包含地下桩基情况下接地系统的性能，提高了设计准确度。发明取得了下列有益效果：

(1)模拟地下桩基；

目前，对于地下桩基系统，还未见有将其作为接地系统一部分进行研究的情况，也未见有建立其模型并进行接地效果分析的研究。通过此模型，可以在考虑地下桩基实际结构和组成的前提下，得到接地分析中使用的地下桩基分析模型。

(2)综合接地系统性能的分析；

对于包含传统接地导体和地下桩基的综合接地系统，通过专业分析软件在进行接地系统性能分析时，可以在考虑地下桩基散流、降阻效果的情况下得到整个接地系统的性能，得到更为可靠准确的设计、计算结果。

(3)方法简单，便于操作实现

该模型使用起来简单，便于操作实现。基于该模型可以在进行接地系统性能分析中，可将地下桩基视为与常规带覆盖层的接地导体相同的方式使用相关专业分析工具(如CDEGS软件)进行计算和分析。

(4)广泛的适用性

该地下桩基模型适用于单根桩基情况，也可以将其使用于包含传统接地导体和多个地下桩基的综合接地系统中。

附图说明

图1是地下桩基工作原理示意图；

图2是单根地下桩基结构示意图；

图3是单根桩基结构平面图；

图4为水平接地系统示意图；

图5为带有地下桩基的复合接地系统示意图；

其中1为变电站结构底板，2为基桩，21为钢筋，22为混泥土，r为混凝土半径，D为钢筋厚度，3为土壤，4为底板与接地网连接线，5为接地网，L为变电站接地底板与接地网之间的距离。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1-3所示，使用此种地下桩基模型的目标是在使用相关专业分析工具进行包含地下桩基的接地系统性能分析时，可以在模拟常规接地导体的同时也可对地下桩基进行模拟，从而可以在考虑存在地下桩基的情况下计算分析整个接地系统的性能，同时可以分析采用不同排列方式和数目的地下桩基情况下整体接地系统的安全性能，从而可以在接地系统设计阶段就可以准确的得到包含地下桩基情况下的综合接地系统的性能。

此种地下桩基计算模型分为两个部分：第一个部分是构成地下桩基结构的环形钢筋系统，即在建设过程中构成桩基基础的钢筋结构；第二个部分是钢筋结构建成后浇筑的混凝土结构。此部分即为建设过程中浇筑至钢筋结构内的混凝土材料。

此种地下桩基模型是一种模拟地下桩基并可将其应用于接地系统性能分析的的新模型，其基本功能是：

在考虑地下桩基实际结构及其组成钢筋和混凝土的前提下，创建了地下桩基模拟模型，通过此种地下桩基模型可计算得到地下桩基用于接地时的接地效果。该模型包含两个主要部分，分别为构成桩基结构基础的钢筋系统和钢筋内填充的混凝土材料。将该模型应用到包含常规接地导体和地下桩基的复合接地系统中时，可以在模拟常规接地导体的时候，也可以对地下桩基系统进行模拟，从而相关专业分析工具可以在考虑地下桩基的情况下分析整个综合接地系统的性能，在接地系统设计阶段就可以准确的得到包含地下桩基情况下的接地系统性能。

具体实施例

对于某地下变电站系统，接地系统水平尺寸为100×80m²，接地网位于地下变电站底板下方0.8米处，使用的材料为传统的接地导体，钢质材料。

其接地网结构示意图如图4所示。

对于地下变电站，为了巩固和稳固变电站建筑物底板基础，使用了多根地下桩基以支撑和稳固地下变电站底板基础和各种结构，地下桩基与变电站底板相连。先前，未将地下桩基作为接地系统考虑，而仅仅为建筑物支撑基础考虑。本例中为了尽可能的提高接地网性能，保证接地电阻、接触电压、跨步电压等安全参数满足安全要求，将地下变电站底板通过连接线与接地网相连，从而也即将地下桩基与接地系统进行了连接，具体结构如图5所示。其中L为变电站接地底板与接地网之间的距离，此处为0.8米。

对于此种包含传统接地导体和地下桩基的复合接地系统形式，先前因为无有效的建立地下桩基用于接地时的分析模型，所以无法确定或计算得到整个接地系统的接地电阻及其他相关参数。

基于本文中提出的地下桩基计算模型，此处使用的地下桩基计算模型如下图所示形式。基于该计算模型，就可以在专业分析工具(如CDEGS、AMASYS软件等)中按照常规带覆盖层的接地导体形式进行性能计算，从而可将地下桩基视为接地系统中的一部分，得到包含地下桩基的情况下，该复合接地系统的接地电阻值及其他相关参数。

每个地下桩基的模型如图2所示。其中，地下桩基的内部为混凝土材料，其半径r根据现场实际选取的尺寸确定，此时为30厘米。对于混凝土的电气特性，由实验室确定，在较干燥的土壤中电阻率为500-1300欧姆/米，此时选取为混凝土电阻率为800欧姆/米。对于结构钢筋厚度，按现场实际情况选取，此处为2厘米。对于钢筋特性，按物理特性选取典型值，对于相对电阻率选取为20(相对于退火铜)，对于磁导率选取为300(相对于真空)。

Claims (5)

1.一种模拟变电站地下桩基的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)创建了地下桩基接地分析模型；

2)将地下桩基接地分析模型应用到包含常规接地导体和地下桩基的复合接地系统中；

3)采用分析工具在考虑地下桩基的情况下分析整个综合接地系统的性能。

2.根据权利要求1所述的一种模拟变电站地下桩基的方法，其特征在于，所述的创建了地下桩基接地分析模型具体为：

11)构建地下桩基结构的环形钢筋结构；

21)在钢筋结构内浇筑混凝土结构。

3.根据权利要求1所述的一种模拟变电站地下桩基的方法，其特征在于，所述的地下桩基接地分析模型的桩基数目和地下桩基排列方式设有多种，从而模拟不同地下桩基数目和地下桩基排列方式情况下的综合接地效果。

4.根据权利要求3所述的一种模拟变电站地下桩基的方法，其特征在于，所述的桩基的混泥土半径和钢筋的厚度设有多种，从而模拟不同大小桩基的接地效果。

5.根据权利要求1所述的一种模拟变电站地下桩基的方法，其特征在于，所述的分析工具包括CDEGS或AMASYS软件。