CN105631096A - 一种110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，所述射线的长度计算方法包括：建立杆塔接地体模型；根据模型计算杆塔接地体模型的冲击接地电阻；拟合计算杆塔接地体的冲击接地电阻的公式；根据所述冲击接地电阻的公式，拟合杆塔接地体射线的有效长度公式；根据实际的土壤电阻率获得杆塔接地体射线的有效长度；其中：所述接地体模型包括四根钢体以及设置在所述钢体上的杆塔接地体射线，所述四根钢体组成边长为8的正方形，相邻的所述杆塔接地体射线不共端点。本发明提供的一种110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，为输电线路杆塔接地装置的设计和改造提供了理论依据，有助于获得更加优良的接地体。

Description

一种110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法

技术领域

本发明涉及电力输送领域，更为具体地说，涉及一种110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法。

背景技术

近年来，我国许多地区连续发生因雷击造成的大面积短路停电，其原因大多是由于输电线路杆塔接地体的冲击接地电阻过高造成的。输电线路杆塔接地体是保护电力系统安全可靠运行、保护附近人员安全的重要措施，杆塔接地装置散流不良引起冲击电阻过大是造成输电线路雷击跳闸的主要原因。

近年来国内外学者对于接地装置的冲击接地电阻进行了大量的研究，提出各种降阻措施，发现延长水平接地极及增加接地极数量可以降低冲击接地电阻，但接地体达到一定的长度后，继续延长接地体其降阻优化效果会下降，同时还会出现同样的接地体在不同的地区使用效果不同，有的时候造成接地材料浪费，而同时有时候接地体达不到技术要求的效果。

可见，如何能提供更加优良的接地体，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，为输电线路杆塔接地装置的设计和改造提供了理论依据，有助于获得更加优良的接地体。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，所述射线的长度计算方法包括：

建立杆塔接地体模型；

根据模型计算杆塔接地体模型的冲击接地电阻；

拟合计算杆塔接地体的冲击接地电阻的公式；

根据所述冲击接地电阻的公式，拟合杆塔接地体射线的有效长度公式；

根据实际的土壤电阻率获得杆塔接地体射线的有效长度；

其中：所述接地体模型包括四根钢体以及设置在所述钢体上的杆塔接地体射线，所述四根钢体组成边长为8的正方形，相邻的所述杆塔接地体射线不共端点。

优选的，上述110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法中，所述根据模型计算杆塔接地体模型的冲击接地电阻，拟合得到杆塔接地体的冲击接地电阻的公式R＝3.752+0.00842ρ+(0.05009ρ-2.646)e^bl(l≥0)

其中：R为冲击接地电阻，ρ为土壤电阻率，l为杆塔接地体射线长度，e为自然常数，b＝-0.112e^-0.00359ρ-0.0698。

优选的，上述110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法中，所述根据所述冲击接地电阻的公式，拟合杆塔接地体射线的有效长度公式，具体包括：

冲击接地电阻对所述接地体长度求导，假设

获得α＝5°,根据α拟合获得输电线路杆塔接体射线的有效长度l_e，

其中：α为R曲线上满足该公式要求点的切线与水平方向的夹角。

优选的，上述110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法中，当ρ小于或等于30Ω·m时，l_e≈0m。

优选的，上述110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法中，所述电线路杆塔接体射线的有效长度l_e，当ρ大于30Ω·m时，输电线路杆塔接体射线的有效长度l_e， $l_e=47.49e^{1.412\×{10}^{-4}\mathrm{\ρ}}-46.42e^{-2.042\×{10}^{-3}\mathrm{\ρ}}.$

优选的，上述110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法中，所述方法还包括：依据杆塔接地体射线的有效长度公式，根据土壤电阻率获得杆塔接地体射线的有效长度；

根据所述杆塔接地体射线的有效长度，计算冲击接地电阻R；

比较设计要求冲击接地电阻R0与R的大小，

当R0＜R时，接地体射线长度l_e不满足设计要求；否则满足设计要求。

优选的，上述110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法中，所述钢体为扁钢或圆钢。

本发明提供的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，提供了一种用于110kV或220kV输电线路杆塔的优良接地体模型，同时提供了一种估算接地体射线长度的方法，有助于有效利用接地体有效散流长度，同时避免不必要的材料浪费。可以最大程度利用杆塔接地装置的钢材，并为输电线路杆塔接地装置的设计和改造提供了理论依据，有助于提供优良的输电线路杆塔接地装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的接地体模型示意图；

图2是本发明实施例提供的冲击接地电阻与杆塔接地体射线长度关系变化图；

图3是本发明实施例提供的杆塔接地体射线的有效长度与土壤电阻率关系图。

具体实施方式

本发明实施例提供的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，为输电线路杆塔接地装置的设计和改造提供了理论依据，有助于获得更加优良的接地体。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

本发明实施例提供的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，主要包括：

建立杆塔接地体模型。

所述接地体模型包括四根钢体以及设置在所述钢体上的杆塔接地体射线，所述四根钢体组成边长为8m的正方形，相邻的所述杆塔接地体射线不共端点，即形成风车状射线，参考附图1，该图示出了本发明实施例提供的接地体模型的结构与形状。接地体模型可采用扁钢或圆钢制作而成。优选的，扁钢的截面宽度大于40毫米，厚度大于或等于5毫米；或，当采用圆钢时，圆钢直径大于10毫米。

根据模型计算杆塔接地体模型的冲击接地电阻。

为获得杆塔接地体模型的冲击接地电阻，对110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度、土壤电阻率及冲击接地电阻三者之间的关系进行分析，本发明实施例中提供一种分析方法，建立CDEGS杆塔仿真分析模型，模型中接地体采用圆钢时，圆钢直径大于10毫米。在模型中通过改变土壤电阻率及接地体射线长度的长度，分别计算得到杆塔的冲击接地电阻。

如，在CDEGS软件中，分别改变射线长度为0m、3m、6m、12m、18m、32m、46m、57m、79m，而土壤电阻率分别设定为100Ω·m、200Ω·m、300Ω·m、400Ω·m、500Ω·m、800Ω·m、1000Ω·m、1500Ω·m、2000Ω·m、2500Ω·m、3000Ω·m，通过仿真计算得到冲击接地电阻分布如附图2所示。

参考附图2，分析可得无论在哪种土壤电阻率下，接地装置的冲击电阻都随着射线长度的增加而减小，并且达到一定长度后具有饱和趋势。因此，在射线达到一定长度时，继续延长射线长度基本没有降阻效果，我们把该长度定义为杆塔接地装置的有效长度。

对附图2中曲线进行拟合得到110kV/220kV杆塔接地体的冲击接地电阻与土壤电阻率及射线长度的关系表达式为：

拟合计算杆塔接地体的冲击接地电阻的公式：R＝3.752+0.00842ρ+(0.05009ρ-2.646)e^bl(l≥0)，其中：R为冲击接地电阻，ρ为土壤电阻率，e为自然常数，b＝-0.112e^-0.00359ρ-0.0698。

根据所述冲击接地电阻的公式，拟合杆塔接地体射线的有效长度公式。

采用IEEETRANSACTIONSONPOWERDELIVERY在2005年第2期的文献《EffectiveLengthofCounterpoiseWireUnderLightningCurrent》提供的方法：将满足冲击接地电阻对接地体长度的导数小于某一规定值时的接地极长度定义为接地极的有效长度，即：式中，α为曲线上满足该公式要求点的切线与水平方向的夹角。当α＝5°时，继续延长射线长度，冲击接地电阻的变化很小，可以认为此时射线达到其有效长度。

参考附图3，横轴为土壤电阻率，纵轴为接地体射线有效长度，拟合获得电线路杆塔接体射线的有效长度l_e， $l_e=47.49e^{1.412\×{10}^{-4}\mathrm{\ρ}}-46.42e^{-2.042\×{10}^{-3}\mathrm{\ρ}}.$

当土壤电阻率为30Ω·m时，杆塔接地体射线的有效长度l_e仅为1.502m，即当ρ＝30Ω·m时，计算得l_e＝1.502m，如此可以选择当土壤电阻率小于30Ω·m时，有杆塔接地体射线的有效长度l_e可以近似认为是0m，所以可以得到当ρ≤100Ω·m时，l_e≈0m。

根据实际的土壤电阻率获得杆塔接地体射线的有效长度。

将获得的土壤电阻率代入上述公式，获得此土壤电阻率下杆塔接地体射线的有效长度l_e。

如此，在得到杆塔接地体射线的有效长度后，还可以根据此杆塔接地体射线的有效长度进行判断此有效长度是否满足设计需要。将计算得到的杆塔接地体射线的有效长度待入R＝3.752+0.00842ρ+(0.05009ρ-2.646)e^bl(l≥0)，求取R值，将其与设计要求或需求值R₀进行比较(设计要求或需求值为R0)。当R₀＜R时，接地体射线长度l_e不满足设计要求；否则满足设计要求。

当R₀＞R，接地体射线长度l_e满足设计要求时，该杆塔采用的接地体射线长度l在保守设计中取有效长度l_e；从节省材料出发l可通过下式计算得到： $l=\frac{1}{b}\left(ln\right(R-1.1-0.009\mathrm{\ρ})-ln(0.02\mathrm{\ρ}-0.97\left)\right).$

当R₀＜R时，此时延长杆塔接地体的射线长度已无法有效降低冲击接地电阻，因此l取有效长度l_e，此时采用通过增加射线数量等其它措施降阻。

本发明提供的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，提供了一种用于110kV或220kV输电线路杆塔的优良接地体模型，同时提供了一种估算接地体射线长度的方法，有助于有效利用接地体有效散流长度，同时避免不必要的材料浪费。可以最大程度利用杆塔接地装置的钢材，并为输电线路杆塔接地装置的设计和改造提供了理论依据，有助于提供优良的输电线路杆塔接地装置。

具体实例

通过查找现场输电线路杆塔资料，得到某杆塔对应的土壤电阻率ρ为600Ω·m，改造要求冲击接地电阻R₀小于10Ω。代入计算得到l_e＝39.74m，将计算得到的有效散流长度l_e代入R＝3.752+0.00842ρ+(0.05009ρ-2.646)e^bl(l≥0)，计算得到输电线路杆塔接地体在射线为有效长度时的冲击接地电阻R＝9.98Ω，杆塔冲击接地电阻R小于改造要求的冲击接地电阻10欧，因此该杆塔采用的接地体射线长度l取39.74m。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，其特征在于，所述射线的长度计算方法包括：

建立杆塔接地体模型；

根据模型计算杆塔接地体模型的冲击接地电阻；

拟合计算杆塔接地体的冲击接地电阻的公式；

根据所述冲击接地电阻的公式，拟合杆塔接地体射线的有效长度公式；

根据实际的土壤电阻率获得杆塔接地体射线的有效长度；

其中：所述接地体模型包括四根钢体以及设置在所述钢体上的杆塔接地体射线，所述四根钢体组成边长为8的正方形，相邻的所述杆塔接地体射线不共端点。

2.根据权利要求1所述的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，其特征在于，所述根据模型计算杆塔接地体模型的冲击接地电阻，拟合得到杆塔接地体的冲击接地电阻的公式R＝3.752+0.00842ρ+(0.05009ρ-2.646)e^bl(l≥0)

其中：R为冲击接地电阻，ρ为土壤电阻率，l为杆塔接地体射线长度，e为自然常数，b＝-0.112e^-0.00359ρ-0.0698。

3.根据权利要求1所述的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，其特征在于，所述根据所述冲击接地电阻的公式，拟合杆塔接地体射线的有效长度公式，具体包括：

冲击接地电阻对所述接地体长度求导，假设

获得α＝5°,根据α拟合获得输电线路杆塔接体射线的有效长度l_e， $l_e=47.49e^{1.412\×{10}^{-4}\mathrm{\ρ}}-46.42e^{-2.042\×{10}^{-3}\mathrm{\ρ}};$

其中：α为R曲线上满足该公式要求点的切线与水平方向的夹角。

4.根据权利要求1所述的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，其特征在于，当ρ小于或等于30Ω·m时，l_e≈0m。

5.根据权利要求4所述的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，其特征在于，所述电线路杆塔接体射线的有效长度l_e，当ρ大于30Ω·m时，输电线路杆塔接体射线的有效长度l_e， $l_e=47.49e^{1.412\×{10}^{-4}\mathrm{\ρ}}-46.42e^{-2.042\×{10}^{-3}\mathrm{\ρ}}.$

6.根据权利要求4所述的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，其特征在于，所述方法还包括：依据杆塔接地体射线的有效长度公式，根据土壤电阻率获得杆塔接地体射线的有效长度；

根据所述杆塔接地体射线的有效长度，计算冲击接地电阻R；

比较设计要求冲击接地电阻R₀与R的大小，

当R₀＜R时，接地体射线长度l_e不满足设计要求；否则满足设计要求。

7.根据权利要求4所述的110kV/220kV输电线路杆塔接地体射线长度估算方法，其特征在于，所述钢体为扁钢或圆钢。