CN107328820A - 一种直流接地极的研究方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种直流接地极的研究方法及装置，涉及电力系统技术领域，用于对直流接地极周围产生的电流场和温度场进行瞬态分析，使得对直流接地极的设计和安全运行具有参考意义。该方法包括：根据初始土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的节点散流电流矩阵；根据节点散流电流矩阵、初始土壤导热率、初始土壤比热率以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度值；预设时间段内，循环执行该步骤：更新土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率；根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。本发明应用于直流接地极的研究中。

Description

一种直流接地极的研究方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种直流接地极的研究方法及装置。
背景技术
直流接地极在直流系统运行中起着极其重要的作用。随着我国直流输电朝着高电压、大容量方向的快速发展，直流接地极的设计额定电流也不断增大。直流系统单极运行时，大电流持续经由接地极入地会引起接地极周围的土壤发热，使土壤温度升高，严重时，可能会影响接地系统的正常工作。
现有接地极相关文献中多以电流场为研究对象，很少涉及温度场，而大部分接地极温度场的文献则是把地表当作绝热层，忽略了空气与地表对流换热的第三类边界条件，与实际情况不符，且稳态温升和瞬态温升的计算结果缺乏试验数据的验证，可能造成设计过于保守，浪费大量的资源。
因此，研究直流接地极的电流场和周围的温度场，对直流接地极的设计和安全运行均具有较高的理论价值和实践意义。
发明内容
本发明的实施例提供的直流接地极的研究方法及装置，用于对直流接地极周围产生的电流场和温度场进行瞬态分析，使得对直流接地极的设计和安全运行具有参考意义。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例的第一方面，提供一种直流接地极的研究方法，所述方法包括：
根据初始土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的节点散流电流矩阵；
根据所述节点散流电流矩阵、初始土壤导热率、初始土壤比热率以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度值；
预设时间段内，循环执行该步骤：更新所述土壤电阻率、所述土壤导热率以及所述土壤比热率；根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。
本发明实施例的第二方面，提供一种直流接地极的研究装置，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据初始土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的节点散流电流矩阵；
第二确定模块，用于根据所述节点散流电流矩阵、初始土壤导热率、初始土壤比热率以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度值；
处理模块，用于预设时间段内，循环执行该步骤：更新所述土壤电阻率、所述土壤导热率以及所述土壤比热率；根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。
本发明实施例提供的直流接地极的研究方法及装置，通过根据初始土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的节点散流电流矩阵；根据节点散流电流矩阵、初始土壤导热率、初始土壤比热率以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度值；预设时间段内，循环执行该步骤：更新土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率；根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。这样通过本方案不仅计算出了直流接地极的电流场，由于电流的存在会影响温度场，并且根据该电流场中的电流计算出预设时间段内各个时刻的直流接地极周围的温度场中的温度，通过参考各个时刻下的温度值，对直流接地极的设计和安全运行具有参考意义，使得未来在对直流接地极选址时，能够充分考虑到周围土壤环境的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种直流接地极的研究方法的方法流程图；
图2为本发明实施例基于土壤非线性特性提供的电热场的计算流程图；
图3为本发明实施例提供的一种直流接地极的研究装置的示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例提供一种直流接地极的研究方法，如图1所示，该方法包括：
101、根据初始土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的节点散流电流矩阵。
示例性的，上述的初始土壤电阻率是设定好的初始值，根据该初始值来计算节点散流电流矩阵。
具体的，电流场中计算节点散流电流矩阵的方法可以参考以下的内容：
(1)电流场计算中，将直流接地极沿轴向方向分段，设总支路数为n，则其节点数为b。由于每段长度很短，假定第i条支路的电压为支路两端点电压的平均值，即：
Ui＝(Vj1+Vj2)/2，i∈[1，2，...，b]，(j1，j2)∈[1，2，...，n] (公式3)
其中，Ui为第i条支路的电压，Vj1和Vj2为第i条支路的两个端点(j1端点和j2端点)的电压。
(2)对所有支路和节点存在矩阵关系：
U＝KV (公式4)
其中，公式中的U为n*1的支路电压矩阵；V为b*1的节点电压矩阵；K是n×b的矩阵，其中，Ki，j＝Ki，j+1＝0.5(i表示矩阵K中的行数，j表示矩阵K中的列数)，其余元素全部为0。
(3)此外，每条支路有散流电流入地，对所有支路有：
I＝GU (公式1)
其中，I为n*1的支路散流电流矩阵；G为n*n的支路散流导纳矩阵，对于分层土壤模型，可利用复镜像法求解。
(4)令支路散流电流等分成两部分，分别分到与之相连的节点，则有：
J＝KTI (公式2)
其中，J为b*1的节点散流电流矩阵，KT是K的转置。
(5)运用节点电压法，对于整个直流接地极，可以得到如下的表达式：
F-J＝YV (公式5)
其中，F是直流接地极入地的电流矩阵，是一个b*1的矩阵，Y是节点导纳矩阵。
(6)综合上面的公式1-5，整理有：
F＝(KTGK+Y)V (公式6)
根据上述的公式6可求出节点电压矩阵V，再根据相应表达式可求出节点散流电流矩阵J。
102、根据节点散流电流矩阵、初始土壤导热率、初始土壤比热率以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度值。
示例性的，上述的步骤102具体包括以下内容：
102a、根据节点散流电流矩阵确定温度荷载矩阵，并根据土壤导热率确定温度场中的电导矩阵以及根据土壤比热率确定温度场中的比热矩阵。
102b、根据温度荷载矩阵、电导矩阵、比热矩阵以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度。
示例性的，对于上述的步骤102a以及102b中的具体的计算过程在这里不再描述，具体的可以参照下文的公式7-9以及公式14的计算。
103、预设时间段内，循环执行该步骤：更新土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率；根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。
示例性的，上述的步骤103中，根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值，具体包括以下内容：
103a1、根据更新后的第一土壤电阻率、第一土壤导热率以及第一土壤比热率，确定预设时间段内第一时刻下直流接地极周围的温度场的第一温度值。
其中，上述的第一温度值为预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值中的其中一个。
通过循环的执行上述的步骤103，最终可以得到预设时间段内的各个时刻下所对应的各温度值，例如该预设时间段为10S，若是每间隔2S进行更新一次土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率，则最终通过上述的步骤103的循环，最终可以得到第一温度值、第二温度值、第三温度值、第四温度值以及第五温度值，该五个值分别对应第2S、4S、6S、8S以及10S的温度值，即最终得到预设时间段内各个时刻下的温度值。
示例性的，上述的步骤103 a1具体包括以下内容：
A1、根据更新后的第一土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的第一节点散流电流矩阵。
可选的，上述的步骤A1具体可以通过以下内容来实现：
A10、根据更新后的第一土壤电阻率确定第一支路散流导纳矩阵。
A11、根据第一支路散流导纳矩阵和支路电压矩阵确定第一节点散流电流矩阵。
示例性的，上述的步骤A10可以通过以下内容实现：根据更新后的第一土壤电阻率先确定出互阻矩阵，该互阻矩阵中的元素的格式为：式中，ρ为大地电阻率，Z(a，b)代表互阻矩阵中的第a行b列的元素，Z是一个n*n的矩阵。la和lb为两支路，D为格林函数系数。由于支路散流导纳矩阵为互阻矩阵的逆矩阵，然后确定出该互阻矩阵的逆矩阵得到支路散流导纳矩阵。
示例性的，上述的步骤A2具体包含以下内容：根据第一支路散流导纳矩阵和支路电压矩阵先确定出第一支路散流电流矩阵，具体可以通过I＝GU(公式1)，其中，公式1中的G为第一支路散流导纳矩阵，U为支路电压矩阵，I为第一支路散流电流矩阵。然后，将该第一支路散流电流矩阵I代入到J＝KTI(公式2)中，得到第一节点散流电流矩阵。其中，公式2中的J为第一节点散流电流矩阵，I为第一支路散流电流矩阵，KT为K的转置，K为常量矩阵。
A2、根据第一节点散流电流矩阵确定第一温度荷载矩阵，并根据更新后的第一土壤导热率确定温度场中的第一电导矩阵以及根据更新后的第一土壤比热率确定温度场中的第一比热矩阵。
示例性的，上述的步骤A2中，根据第一节点散流电流矩阵确定第一温度荷载矩阵，可以参照以下的计算公式得到该第一温度荷载矩阵中的各元素的数值，从而获得该第一温度荷载矩阵。具体的计算公式如下：
其中，P为第一温度荷载矩阵，P是一个n*1的矩阵，该矩阵中的元素的数值可以参照上述的公式7计算得到，其中：公式7中的P(a)表示矩阵P中的第a个元素，整数a的取值为1≤a≤n；J为第一节点散流电流矩阵，ρ为土壤电阻率，Na为编号a的有限元节点的加权系数，V代表有限元的体积，S3代表地表面积。
示例性的，上述的步骤A2中根据更新后的第一土壤导热率确定温度场中的第一电导矩阵，可以参照以下的计算公式得到该第一电导矩阵中的各元素的数值，从而获得该第一电导矩阵。具体的计算公式如下：
其中，A为第一电导矩阵，A是一个n*n的矩阵，该矩阵中的元素的数值可以参照上述的公式8计算得到，其中：公式7中的A(a，b)表示矩阵A中的第a行b列的元素，整数a的取值为1≤a≤n，整数b的取值为1≤b≤n；k为土壤导热率，Na为编号a的有限元的节点的加权系数，Nb为编号b的有限元的节点的加权系数，V代表有限元的体积，S3代表地表面积。
示例性的，上述的步骤A2中，根据更新后的第一土壤比热率确定温度场中的第一比热矩阵，可以参照以下的计算公式得到该第一比热矩阵中的各元素的数值，从而获得该第一比热矩阵。具体的该计算公式为：
其中，C为第一比热矩阵，C是一个n*n的矩阵，该矩阵中的元素的数值可以参照上述的公式9计算得到，其中：公式9中的C(a，b)表示矩阵C中的第a行b列的元素，整数a的取值为1≤a≤n，整数b的取值为1≤b≤n；γ为土壤比热率，Na为编号a的有限元的节点的加权系数，Nb为编号b的有限元的节点的加权系数，V代表有限元的体积。
A3、根据第一温度荷载矩阵、第一电导矩阵以及第一比热矩阵确定直流接地极周围的温度场的第一温度。
可选的，步骤103中可以通过时空有限元方法来确定出预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。具体的计算内容参考以下步骤：
步骤1：温度场计算中，对于任意形状电极，其附近土壤发热的偏微分方程为：
其中，T为温度，单位是℃；E为电场强度，单位是V/m，E＝ρ*J；ρ为电阻率，单位为Ω·m，J为第一节点散流电流矩阵；k为土壤导热率，单位为W/m·℃；γ为土壤比热率，其值为密度ρ0(kg/m3)和比热容c(J/kg·℃)的乘积。
步骤2：初始条件为：
T|t＝0＝T0 (公式11)
其中：T0为初始温度，单位为℃。
步骤3：热传导学中的边界条件分为三类：
其中：Tw为已知壁面温度，单位为℃；q为热流向量；d为传热系数，单位为w/m2·℃；Tf为外界环境温度，单位为℃。直流接地极运行中产生的热量除了使土壤温度升高外，其中一部分向无穷远处扩散，另一部分通过地面与空气对流换热，因此，土壤的分界面和接地极与土壤的交界面属于第二类边界，满足连续性条件；而土壤与地表空气的接触面属于第三类边界条件。
步骤4：通过在空间域下离散有限元方程，用热能方程公式10得到加权积分公式，节点的在瞬态温度场中的有限元方程可以采用温度分布函数和边界条件计算得到：
对于上述的公式13，C和A均是一个n*n的矩阵，C代表比热矩阵，表征系统增加的能量；A代表导热矩阵，与热传导、热对流、热辐射和形状系数有关；P是一个n*1的矩阵，P代表温度荷载矩阵，与节点电场强度有关。代表节点温度矩阵，是一个n*1的矩阵，用于表示t时间内不同有限元节点处的温度分布，而用于表示随着温度的不同对应不同的C，用于表示随着温度的不同对应不同的A，以及用于表示随着温度的不同对应不同的P。
由此可以看出，上述的公式13中左边的第一项经过运算后是一个n*1的矩阵，公式13中左边的第二项经过运算后也是一个n*1的矩阵，公式13中右边是一个n*1的矩阵，这样使得该公式13符合逻辑。
由于上述的公式13表示的是空间离散时域下的有限元方程，通过公式13还无法确定出直流接地极周围的温度场的温升变化。因此，需要将该公式13进行时间域离散化，具体的参照下面的步骤5.
步骤5：将时间t进行离散化为若干时刻，并假设某一时刻为ti，某一时刻的下一时刻为ti+1，该(ti+1＝ti+Δt)。
示例性的，预设时间段内的某一时刻的温度值与某一时刻的下一时刻的温度值间的关系可以参照下面公式进行计算：
其中，上述的公式14中的I为单位矩阵。公式14中的表示ti时刻的比热矩阵，该矩阵是通过将ti时刻的土壤比热率带入到上面的公式9得到的，该是一个n*n的矩阵；公式14中的表示ti时刻的温度荷载矩阵，该矩阵是通过将ti时刻的土壤电阻率带入到上面的公式7中计算得到的，该是一个n*1的矩阵。公式14中的表示ti时刻的电导矩阵，该矩阵是通过将ti时刻的土壤比热率带入到上面的公式8中计算得到的，该是一个n*n的矩阵。通过以上的内容可知，上述的公式14符合矩阵的运算法则，符合逻辑。
综上，通过上述的公式14就可以得知预设时间段内的各个时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。
本发明实施例提供的直流接地极的研究方法，通过根据初始土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的节点散流电流矩阵；根据节点散流电流矩阵、初始土壤导热率、初始土壤比热率以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度值；预设时间段内，循环执行该步骤：更新土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率；根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。这样通过本方案不仅计算出了直流接地极的电流场，由于电流的存在会影响温度场，并且根据该电流场中的电流计算出预设时间段内各个时刻的直流接地极周围的温度场中的温度，通过参考各个时刻下的温度值，对直流接地极的设计和安全运行具有参考意义，使得未来在对直流接地极选址时，能够充分考虑到周围土壤环境的影响。
可选的，基于上述的内容，该方法还包括：
104、输出温度场的温升特性曲线，并得到直流接地极周围温度场的温度随时间变化的关系。
具体的，通过上述的公式14就可以计算得到预设时间段内的各个时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。根据这些温度值就能够描绘出温度场中的温度随时间变化的关系曲线，从而得到直流接地极周围温度场的温度随时间变化的关系。
基于上述的内容，考虑到土壤非线性特征，下面以具体的步骤来说明温度场的计算过程。可以参照图2所示的电热场的计算流程图，具体步骤如下：
(1)实现接地极和土壤的剖分。
(2)由最初温度得到初始土壤电阻率ρ，土壤导热率k，土壤比热率γ。
(3)根据公式1-6计算出电流场中的电流分布，然后由温度方程(公式13)计算温度场中的温度分布。
(4)更新ρ，重新计算电流场的电流分布，然后更新k和γ，并重新计算温度场中的温度分布。
(5)如果温度场中的温度差值的绝对值超过允许值Y，则返回第三步；否则，进行下一步。
(6)如果仿真时间＞预定义时间(t0)，终止计算；否则，t+Δt→t，重新从第三步执行。
电流在土壤的传播形成特定空间分布的电流场。由于土壤电阻率参数的存在，特定空间分布的电流场会产生焦耳热从而引起温度升高。由于土壤电阻率是温度相关的参数，它随温度的变化又会影响电流场的分布，从而形成深度的耦合。基于上述的内容可以得到温度场中的温度随时间的变化以及电流场中的电流随土壤电阻率参数的变化而变化，从而得出的直流接地极周围的电流场和温度场的变化，为未来直流接地极选址提供了参考意义。
下面将基于图1对应直流接地极的研究方法实施例中的相关描述对本发明实施例提供的一种直流接地极的研究装置进行介绍。以下实施例中与上述实施例相关的技术术语、概念等的说明可以参照上述的实施例，这里不再赘述。
本发明实施例提供一种直流接地极的研究装置，如图3所示，该装置包括：第一确定模块31、第二确定模块32以及处理模块33，其中：
第一确定模块31，用于根据初始土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的节点散流电流矩阵。
第二确定模块32，用于根据节点散流电流矩阵、初始土壤导热率、初始土壤比热率以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度值。
处理模块33，用于预设时间段内，循环执行该步骤：更新土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率；根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。
示例性的，上述的处理模块33在根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值时，具体用于：
根据更新后的第一土壤电阻率、第一土壤导热率以及第一土壤比热率，确定预设时间段内第一时刻下直流接地极周围的温度场的第一温度值。
其中，第一温度值为预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值中的其中一个。
示例性的，基于上述的内容，上述的处理模块33在根据更新后的第一土壤电阻率、第一土壤导热率以及第一土壤比热率，确定预设时间段内第一时刻下直流接地极周围的温度场的第一温度值时，具体用于：
根据更新后的第一土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的第一节点散流电流矩阵。
根据第一节点散流电流矩阵确定第一温度荷载矩阵，并根据更新后的第一土壤导热率确定温度场中的第一电导矩阵以及根据更新后的第一土壤比热率确定温度场中的第一比热矩阵。
根据第一温度荷载矩阵、第一电导矩阵以及第一比热矩阵确定直流接地极周围的温度场的第一温度。
示例性的，上述的处理模块33在根据更新后的第一土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的第一节点散流电流矩阵时，具体用于：
根据更新后的第一土壤电阻率确定第一支路散流导纳矩阵。
根据第一支路散流导纳矩阵和支路电压矩阵确定第一节点散流电流矩阵。
示例性的，上述的处理模块33在根据更新后的第一土壤电阻率确定第一支路散流导纳矩阵，可以通过以下内容实现：根据更新后的第一土壤电阻率先确定出互阻矩阵，该互阻矩阵中的元素的格式为：式中，ρ为大地电阻率，Z(a，b)代表互阻矩阵中的第a行b列的元素，Z是一个n*n的矩阵。la和lb为两支路，D为格林函数系数。由于支路散流导纳矩阵为互阻矩阵的逆矩阵，然后确定出该互阻矩阵的逆矩阵得到支路散流导纳矩阵。
示例性的，上述的处理模块33在根据第一支路散流导纳矩阵和支路电压矩阵确定第一节点散流电流矩阵时，可以通过以下内容实现：根据第一支路散流导纳矩阵和支路电压矩阵先确定出第一支路散流电流矩阵，具体可以通过I＝GU(公式1)，其中，公式1中的G为第一支路散流导纳矩阵，U为支路电压矩阵，I为第一支路散流电流矩阵。然后，将该第一支路散流电流矩阵I代入到J＝KTI(公式2)中，得到第一节点散流电流矩阵。其中，公式2中的J为第一节点散流电流矩阵，I为第一支路散流电流矩阵，KT为K的转置，该K为常量矩阵。
示例性的，上述的处理模块33在根据第一节点散流电流矩阵确定第一温度荷载矩阵，可以参照以下的计算公式得到该第一温度荷载矩阵中的各元素的数值，从而获得该第一温度荷载矩阵。具体的计算公式如下：
其中，P为第一温度荷载矩阵，P是一个n*1的矩阵，该矩阵中的元素的数值可以参照上述的公式7计算得到，其中：公式7中的P(a)表示矩阵P中的第a个元素，整数a的取值为1≤a≤n；J为第一节点散流电流矩阵，ρ为土壤电阻率，Na为编号a的有限元节点的加权系数，V代表有限元的体积，S3代表地表面积。
示例性的，上述的处理模块33在根据更新后的第一土壤导热率确定温度场中的第一电导矩阵，可以参照以下的计算公式得到该第一电导矩阵中的各元素的数值，从而获得该第一电导矩阵。具体的计算公式如下：
其中，A为第一电导矩阵，A是一个n*n的矩阵，该矩阵中的元素的数值可以参照上述的公式8计算得到，其中：公式7中的A(a，b)表示矩阵A中的第a行b列的元素，整数a的取值为1≤a≤n，整数b的取值为1≤b≤n；k为土壤导热率，Na为编号a的有限元的节点的加权系数，Nb为编号b的有限元的节点的加权系数，V代表有限元的体积，S3代表地表面积。
示例性的，上述的处理模块33在根据更新后的第一土壤比热率确定温度场中的第一比热矩阵时，可以参照以下的计算公式得到该第一比热矩阵中的各元素的数值，从而获得该第一比热矩阵。具体的该计算公式为：
其中，C为第一比热矩阵，C是一个n*n的矩阵，该矩阵中的元素的数值可以参照上述的公式9计算得到，其中：公式9中的C(a，b)表示矩阵C中的第a行b列的元素，整数a的取值为1≤a≤n，整数b的取值为1≤b≤n；γ为土壤比热率，Na为编号a的有限元的节点的加权系数，Nb为编号b的有限元的节点的加权系数，V代表有限元的体积。
示例性的，上述的处理模块33在确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值具体内容，可以通过有限元的方法来确定，而该有限元的具体内容参照方法侧相应位置处的描述，这里不再赘述。
可选的，如图3所示，上述的装置3还包括：输出模块34，其中：
输出模块34，用于输出温度场的温升特性曲线，并得到直流接地极周围温度场的温度随时间变化的关系。
具体的，通过方法侧所描述的公式14就可以计算得到预设时间段内的各个时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。根据这些温度值就能够描绘出温度场中的温度随时间变化的关系曲线，从而得到直流接地极周围温度场的温度随时间变化的关系。
本发明实施例提供的直流接地极的研究装置，通过根据初始土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的节点散流电流矩阵；根据节点散流电流矩阵、初始土壤导热率、初始土壤比热率以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度值；预设时间段内，循环执行该步骤：更新土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率；根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。这样通过本方案不仅计算出了直流接地极的电流场，由于电流的存在会影响温度场，并且根据该电流场中的电流计算出预设时间段内各个时刻的直流接地极周围的温度场中的温度，通过参考各个时刻下的温度值，对直流接地极的设计和安全运行具有参考意义，使得未来在对直流接地极选址时，能够充分考虑到周围土壤环境的影响。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直流接地极的研究方法，其特征在于，所述方法包括：
根据初始土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的节点散流电流矩阵；
根据所述节点散流电流矩阵、初始土壤导热率、初始土壤比热率以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度值；
预设时间段内，循环执行该步骤：更新所述土壤电阻率、所述土壤导热率以及所述土壤比热率；根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值，包括：
根据更新后的第一土壤电阻率、第一土壤导热率以及第一土壤比热率，确定预设时间段内第一时刻下直流接地极周围的温度场的第一温度值；
其中，所述第一温度值为预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值中的其中一个。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据更新后的第一土壤电阻率、第一土壤导热率以及第一土壤比热率，确定预设时间段内第一时刻下直流接地极周围的温度场的第一温度值，包括：
根据更新后的第一土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的第一节点散流电流矩阵；
根据所述第一节点散流电流矩阵确定第一温度荷载矩阵，并根据更新后的第一土壤导热率确定温度场中的第一电导矩阵以及根据更新后的第一土壤比热率确定温度场中的第一比热矩阵；
根据所述第一温度荷载矩阵、所述第一电导矩阵以及所述第一比热矩阵确定直流接地极周围的温度场的第一温度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据更新后的第一土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的第一节点散流电流矩阵，包括：
根据更新后的第一土壤电阻率确定第一支路散流导纳矩阵；
根据所述第一支路散流导纳矩阵和支路电压矩阵确定第一节点散流电流矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
输出温度场的温升特性曲线，并得到所述直流接地极周围温度场的温度随时间变化的关系。
6.一种直流接地极的研究装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据初始土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的节点散流电流矩阵；
第二确定模块，用于根据所述节点散流电流矩阵、初始土壤导热率、初始土壤比热率以及初始环境温度确定直流接地极周围的温度场的当前时刻的温度值；
处理模块，用于预设时间段内，循环执行该步骤：更新所述土壤电阻率、所述土壤导热率以及所述土壤比热率；根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块在根据更新后的土壤电阻率、土壤导热率以及土壤比热率确定预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值时，具体用于：
根据更新后的第一土壤电阻率、第一土壤导热率以及第一土壤比热率，确定预设时间段内第一时刻下直流接地极周围的温度场的第一温度值；
其中，所述第一温度值为预设时间段内的各时刻下直流接地极周围的温度场的温度值中的其中一个。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理模块在根据更新后的第一土壤电阻率、第一土壤导热率以及第一土壤比热率，确定预设时间段内第一时刻下直流接地极周围的温度场的第一温度值时，具体用于：
根据更新后的第一土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的第一节点散流电流矩阵；
根据所述第一节点散流电流矩阵确定第一温度荷载矩阵，并根据更新后的第一土壤导热率确定温度场中的第一电导矩阵以及根据更新后的第一土壤比热率确定温度场中的第一比热矩阵；
根据所述第一温度荷载矩阵、所述第一电导矩阵以及所述第一比热矩阵确定直流接地极周围的温度场的第一温度。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述处理模块在根据更新后的第一土壤电阻率确定直流接地极形成的电流场的第一节点散流电流矩阵时，具体用于：
根据更新后的第一土壤电阻率确定第一支路散流导纳矩阵；
根据所述第一支路散流导纳矩阵和支路电压矩阵确定第一节点散流电流矩阵。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
输出模块，用于输出温度场的温升特性曲线，并得到所述直流接地极周围温度场的温度随时间变化的关系。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109187653A (zh) * 2018-08-13 2019-01-11 西南交通大学 计及不同温度的水平分层土壤动态电阻特性试验方法
CN109444636A (zh) * 2018-11-16 2019-03-08 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 一种基于多种信号采集的直流输电系统工作接地检测系统
CN112668212A (zh) * 2020-09-02 2021-04-16 国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司 基于有限元的不同土壤模型下接地极溢流特性分析方法
CN115267337A (zh) * 2022-09-22 2022-11-01 国网山西省电力公司电力科学研究院 一种广域土壤电阻率的确定方法及装置、存储介质

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张露: "土壤参数反演和接地网优化问题研究", 《CNKI学位论文库》 *
杜华珠: "水平型直流接地极温升试验与仿真", 《高电压技术》 *
骆玲: "土壤温度特性试验及其对直流接地极温升过程影响研究", 《万方学位论文库》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109187653A (zh) * 2018-08-13 2019-01-11 西南交通大学 计及不同温度的水平分层土壤动态电阻特性试验方法
CN109187653B (zh) * 2018-08-13 2019-07-12 西南交通大学 计及不同温度的水平分层土壤动态电阻特性试验方法
CN109444636A (zh) * 2018-11-16 2019-03-08 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 一种基于多种信号采集的直流输电系统工作接地检测系统
CN112668212A (zh) * 2020-09-02 2021-04-16 国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司 基于有限元的不同土壤模型下接地极溢流特性分析方法
CN112668212B (zh) * 2020-09-02 2023-03-24 国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司 基于有限元的不同土壤模型下接地极溢流特性分析方法
CN115267337A (zh) * 2022-09-22 2022-11-01 国网山西省电力公司电力科学研究院 一种广域土壤电阻率的确定方法及装置、存储介质
CN115267337B (zh) * 2022-09-22 2022-12-09 国网山西省电力公司电力科学研究院 一种广域土壤电阻率的确定方法及装置、存储介质

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