CN105528493A - 一种直流接地极均流电阻的配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种直流接地极均流电阻的配置方法，包括如下步骤：将直流电源依次串联换流站接地网、极线和接地极；向接地极注入电流并保持电流恒定；测量接地极的电气参数；计算均流电阻的阻值；确定均流电阻的配置方案。本发明的技术方案的实施不受地形条件的限制、不需要开挖改造、不需要额外征地、不影响周边环境，具有施工简易、费用低廉、可靠性高的优点。

Description

一种直流接地极均流电阻的配置方法
技术领域
本发明涉及一种直流接地极均流电阻，具体涉及一种直流接地极均流电阻的配置方法。
背景技术
接地极是埋入地下的导电元件，良好的接地极在特殊自然环境下具有防雷减灾、避免造成重大损失的功能，为安全生产、生活提供了保障，具有十分重大的意义。巨大的直流电流从接地极流散后，大地中的恒定电流场会在极址附近分布跨步电压，如果超过人体的耐受能力，可能会危及极址周边的人员的人身安全，造成安全事故。
随着直流接地极的选址越来越困难，有时为了充分避开对周边变压器、管道的影响而不得不将极址建在浅层土壤电阻率相对较高的地区；并且为了尽可能提高输送能力，直流接地极的入地电流越来越大，从早期的1千多安培已经普遍提高至5～6千安培。以上两个方面的原因给极址附近的跨步电压设计造成了巨大的压力，单纯地依靠增加极环尺寸和埋深的方法不仅工程耗资巨大，有时也会受场地的限制而无法实施。
此外，直流接地极在工程设计时大都采用理想的水平分层土壤模型进行计算，实际上由于土壤电阻率分布的复杂性和各向差异性、极环导体之间的屏蔽效应，加之施工过程存在诸多不可控因素，直流接地极极环各方向、各环段的散流效果往往差异明显，导致极址的跨步电压分布不平衡，实际测试时往往会出现一部分区域跨步电压超标，另一部分区域的跨步电压却又大大低于允许值的情况，整个极环的散流能力并未得到充分的利用。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种直流接地极均流电阻的配置方法；通过现场实测接地极极环各段分流比例、接地电阻、互阻、跨步电压系数、互跨步电压系数等电气参数，将各段的跨步电压相等作为控制目标，计算给出各段串接的均流电阻值范围。再通过可调电阻器在现场开展小功率的模型试验，获得最终的均流电阻匹配方案，从而达到改善极址地表电位分布、降低跨步电压的目的。
为实现上述目的，本发明的具体的技术方案如下：
一种直流接地极均流电阻的配置方法，所述配置方法包括如下步骤：
(1)将直流电源依次串联换流站接地网、极线和接地极构成回路；
(2)向接地极注入电流并保持电流恒定；
(3)测量接地极的电气参数；
(4)计算均流电阻的阻值；
(5)确定均流电阻的配置方案。
步骤(2)中所述电流为不小于100A的直流电流。
步骤(3)中所述电气参数包括：下式所示的环段间的互阻值和环段间的互跨步电压系数；
环段间的互阻值Rij＝Vij/I；
其中，Rij为环段i和j之间的互阻值，I为极环第i环段注入的电流，Vij为第i环段电流在第j环段上产生的地电位升；
环段间的互跨步电压系数为Fsij＝Esij/I；
其中，Fsij为环段i和j之间的互跨步电压系数，I为极环第i环段注入的电流，Esij为第i环段电流在第j环段上方产生的地表跨步电压。
所述电气参数还包括：导流电缆的分流值、接地极接地电阻值、极环各段的接地电阻值、跨步电压系数。
按下式计算步骤(4)所述计算均流电阻r：
r＝reqi×M；
其中，M为与环段i相连的导流电缆的个数，reqi为接地极的极环第i段的等效串联电阻值。
所述配置方案包括如下步骤：
断开导流电缆的电缆头和汇流管母之间的连接，
汇流管母与电缆头之间依次串联分流器和滑线变阻器，
向接地极注入电流并保持电流恒定，
测量各导流电缆中流过的电流和极环各段的跨步电压值，
调节滑线电阻器的阻值，将所有环段的跨步电压调至相等，
获得均流电阻的最佳配置方案。
所述调节滑线电阻器的阻值包括：增大跨步电压较大的方位的支路中的电阻值，减小跨步电压较小的方位的支路中的电阻值。
所述最佳配置方案为所有环段的跨步电压都相等。
与最接近的现有技术比，本发明包括如下有益效果：
本发明的技术方案的实施不受地形条件的限制、不需要开挖改造、不需要额外征地、不影响周边环境，具有施工简易、费用低廉、可靠性高的优点。
本发明的技术方案考虑实际中极址土壤电阻率分布的复杂性和各向差异性，以接地极特性参数的实际测量值作为计算依据，并开展小功率模型试验，弥补了纯理论计算模型的不足，与实际吻合更好，工程适用性更强。
附图说明
图1为汇流管母与电缆头之间的接线示意图
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细描述：
接地极施工完成以后，采用直流电源供电，利用换流站接地网、接地极极线以及接地极构成试验回路，向接地极电流注入不小于100A的直流电流并保持电流恒定。根据接地极极环设计的分段情况以及导流电缆与环段之间对应关系，测量获得接地极各导流电缆的分流值、接地极接地电阻值、极环各段的接地电阻值、环段之间的互阻值、极环各段跨步电压系数、环段之间的互跨步电压系数。
其中，环段之间的互阻值和环段之间的互跨步电压系数的测量方法如下：从极环第i环段注入电流I，测量第j环段的地电位Vij和第j环段的地表跨步电压Esij，则第i环段对第j环段的互阻值为Rij＝Vij/I；互跨步电压系数为Fsij＝Esij/I。
基于测量获得的上述接地极电气特性参数，通过计算给出均流电阻的初步配置方案，具体计算方法如下：
首先，以极环各段地表跨步电压相等为原则，求解接地极极环各段目标分流值Ii。接地极内外环共分为N个环段，根据接地电流场的基本原理，第i环段的跨步电压为Esi＝I1Fs1i+I2Fs2i+···+INFsNi。将跨步电压匹配点选在1至N个极环段处，共可获得N个一元一次方程。令Es1＝Es2＝···＝EsN＝E，求解N元一次线性方程组即可得到接地极极环各段的目标分流值Ii。
其次，以接地极中心汇流管母电压相等作为边界条件，求解接地极极环各段的等效串联电阻值reqi。根据接地电流场基本原理和欧姆定律，由第i环段得到接地极中心汇流管母的电压为V＝I1R1i+I2R2i+···+INRNi+Iireqi。依次将i从1取至N，共可获得N个一元一次方程。求解N元一次线性方程即可得到接地极极环各段的等效串联电阻值reqi。
最后，根据接地极导流电缆与接地极环段之间的对应关系，将上述求得的极环各段的等效串联电阻值均匀的分配至与该环段相连的导流电缆中。即如果共M条导流电缆与第i环段相连，则该M条导流电缆中串接的均流电阻值为r＝reqi×M。由此得到均流电阻的初步配置方案。
根据上述方法得到各条导流电缆支路中均流电阻的初步配置方案后，考虑到实际土壤的复杂性，在目标电阻值附近预留一定的裕度，选择相应的可调滑线电电阻器，在现场开展小功率模型试验，对各条支路中的电阻进行微调、优化，使场区的跨步电压尽可能分布均匀，从而得到最佳的均流电阻匹配方案。
具体试验方法如下：
在接地极极址中心设备区，断开导流电缆的电缆头与汇流管母之间的连接，将分流器以及滑线变阻器串入其中，根据图1所示。预先将各滑线变阻器调节至理论计算值附近，向接地极注入电流并保持电流恒定，采用钳形电流表钳套于导流电缆中，观察各导流电缆中流过的电流并与目标电流值进行对比。同时观察极环各段的跨步电压值，根据各个方向和位置的跨步电压的分布情况，调节各支路中滑线电阻器的阻值。适当增大向跨步电压较大的方位馈流的支路中的电阻值，适当减小向跨步电压较小的方位馈流的支路中的电阻值。直至将所有环段的跨步电压都调至大致相等，记录下此时各点的跨步电压值、各导流支路中的分流值和各支路中串联的电阻值大小。由此获得均流电阻的最佳配置方案。
需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。

Claims (8)

1.一种直流接地极均流电阻的配置方法，其特征在于：所述配置方法包括如下步骤：
(1)将直流电源依次串联换流站接地网、极线和接地极构成回路；
(2)向接地极注入电流并保持电流恒定；
(3)测量接地极的电气参数；
(4)计算均流电阻的阻值；
(5)确定均流电阻的配置方案。
2.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于：步骤(2)中所述电流为不小于100A的直流电流。
3.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于：步骤(3)中所述电气参数包括：下式所示的环段间的互阻值和环段间的互跨步电压系数；
环段间的互阻值Rij＝Vij/I；
其中，Rij为环段i和j之间的互阻值，I为极环第i环段注入的电流，Vij为第i环段电流在第j环段上产生的地电位升；
环段间的互跨步电压系数为Fsij＝Esij/I；
其中，Fsij为环段i和j之间的互跨步电压系数，I为极环第i环段注入的电流，Esij为第i环段电流在第j环段上方产生的地表跨步电压。
4.根据权利要求3所述的配置方法，其特征在于：所述电气参数还包括：导流电缆的分流值、接地极接地电阻值、极环各段的接地电阻值、跨步电压系数。
5.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于：按下式计算步骤(4)所述计算均流电阻r：
r＝reqi×M；
其中，M为与环段i相连的导流电缆的个数，reqi为接地极的极环第i段的等效串联电阻值。
6.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于：所述配置方案包括如下步骤：
断开导流电缆的电缆头和汇流管母之间的连接，
汇流管母与电缆头之间依次串联分流器和滑线变阻器，
向接地极注入电流并保持电流恒定，
测量各导流电缆中流过的电流和极环各段的跨步电压值，
调节滑线电阻器的阻值，将所有环段的跨步电压调至相等，
获得均流电阻的最佳配置方案。
7.根据权利要求6所述的配置方法，其特征在于：所述调节滑线电阻器的阻值包括：增大跨步电压较大的方位的支路中的电阻值，减小跨步电压较小的方位的支路中的电阻值。
8.根据权利要求6所述的配置方法，其特征在于：所述最佳配置方案为所有环段的跨步电压都相等。
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