CN107782976B - 一种计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法，该方法各步骤分别为：1)根据现场状况搭建接地电网土壤离子浓度测试系统，2)选点检测被测接地网周围离子浓度情况，3)计算得到不同离子浓度对整体冲击接地电阻影响权重，4)根据对测试区域离子浓度进行检测，计算得到杆塔地网在考虑土壤离子浓度时的冲击接地电阻。本发明依据实际工况，能够有限准确计算得到计及土壤离子浓度的冲击接地电阻情况，通过对冲击接地电阻的计算可有效判断杆塔在遭受雷击时线路运行状态；测试平台易于布置、简单有效，适用于各种工况。

Description

一种计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法

技术领域

本发明涉及电力系统防雷与接地领域，更具体地，涉及一种计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法。

背景技术

输电系统中杆塔的安全运行与其防雷特性关系密切，而其防雷效果将会直接由其接地装置的冲击特性影响。在雷击杆塔过程中，雷电流经过杆塔及其接地装置散入地中，而此暂态过程中，在冲击接地电阻上必定形成一定大小的电压降。若此电压大于输电线路电压，对线路进行反击，严重威胁电厂及变电站设备，并将增加线路跳闸率，影响供电稳定性。因而，在一定程度内降低冲击接地电阻是当前国内外一项重大研究课题，也是一大难题。

现有的研究发现，接地网及其附近土壤离子浓度变化对系统接地冲击接地电阻有着直接的影响。若能实时监测不同土壤离子浓度时的冲击接地电阻值，就能更好的在土质，不同环境下及时优化接地装置，降低反击事故的发生率。本发明与促进智能电网发展相结合，可实时测量接地网附近土壤离子浓度，并通过之前大量试验、仿真以及相应的理论推导得出相关的计算方法和计算公式，可准确实时地计算出冲击接地电阻，为进一步地防护配置和降阻研究提供了必要地数据和可靠地参考。

发明内容

本发明提供一种实时准确的计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法，包括以下步骤：

S1：现场试点调研；

S2：选取测量点并装配组合实验装置；

S3：测量点的区域划分和权重分配；

S4：信号处理器进行参数修正；

S5：计算得出冲击接地电阻。

进一步地，所述步骤S1的过程是：

对接地网相关物理量进行测量，测得杆塔附近土壤电阻率为ρ，接地网截面积为S₁，接地网四边围成的矩形面积为S₂，接地网埋深为H，接地网最长边长度为L₁，以及雷电冲击电流为I_m。

进一步地，所述步骤S2的过程是：

搭建地网离子浓度测试平台，在整个接地网取九个测量点，每个测量点记为i，其中i＝1，2，3，…..,8，9，在土壤下0.8H处每个区域对应安置离子浓度检测仪Q_i，分别采取各个测量点钠离子、镁离子、钙离子、钾离子、硫酸根离子浓度；然后利用离子浓度检测仪将采集的信号数据发送到等值NACL计算模块，运用等效盐密原理得到九个点的等效粒子浓度x_i,并通过同轴电缆将数据传送到有效离子浓度计算仪中，有效离子浓度计算仪与上位机通过同轴电缆相连。

进一步地，所述步骤S3的过程是：

测量点1,2,3,4的离子浓度变化在误差允许范围内，可视为相同；测量点5,6离子浓度在误差允许范围可视为相同；测量点7,8离子浓度可视为相同；9点离子浓度独为一测量点，得出1,2,3,4点共同占整体电阻权重为：

w₁＝-0.4078*S₂ ^0.1832+0.25*log(S₂ ^0.48+0.865*S₂ ^0.845+4.857)；

5,6点共同所占权重为：

w₂＝0.0123*S₂ ^0.866+0.525*S₂ ^-0.8-0.00518*S₂-0.00888；

7,8点共同所占权重为：

9点所占权重为：

w₄＝-1.631*S₂ ^0.1832+log(S₂ ^0.48+0.865*S₂ ^0.845+4.857)。

进一步地，所述步骤S4的过程是：

通过计算得到雷电流的修正系数为：

接地网面积修正系数为：

土壤电阻率修正系数为：

k₃＝1-exp(-0.1342*ρ)。

进一步地，所述步骤S5的过程是：

令

计算出此时土壤冲击接地电阻：

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明公开一种计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法，该方法各步骤分别为：1)根据现场状况搭建接地电网土壤离子浓度测试系统，2)选点检测被测接地网周围离子浓度情况，3)计算得到不同离子浓度对整体冲击接地电阻影响权重，4)根据对测试区域离子浓度进行检测，计算得到杆塔地网在考虑土壤离子浓度时的冲击接地电阻。本发明依据实际工况，能够有限准确计算得到计及土壤离子浓度的冲击接地电阻情况，通过对冲击接地电阻的计算可有效判断杆塔在遭受雷击时线路运行状态；测试平台易于布置、简单有效，适用于各种工况。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明中地网信息和水分测试点分布图；

图3为本发明方法所搭载的系统。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法，包括以下步骤：

步骤一：确定被测杆塔，对该杆塔的接地装置进行调研，调研项包括：接地网距地面深为H＝0.8m，接地网最长边长为L₁＝20m接地网截面积为S₁为25*πmm²；接地网四边围成的矩形面积为S₂为100m²，该区域土壤电阻率为ρ为150(Ω.m^-1)，以及雷电冲击电流I_m为50kA。

步骤二：搭建地网离子浓度测量平台，在整个接地网取九个测量点，每个测量点记为i(i＝1，2，3，…..,8，9)；在土壤下0.8H每个区域对应安置离子浓度传感器Q_i(i＝1，2，3，…..，8，9)，分别采取各个测量点钠离子、镁离子、钙离子、钾离子、硫酸根离子浓度；然后离子浓度检测仪将采集的信号数据发送到等值NACL计算模块(19)，运用等效盐密原理得到九个点的等效粒子浓度：

x_i,＝[0.0347,0.0343,0.0383,0.0482,0.0404,0.0464,0.0342,0.0350,0.0479]g/kg

并通过同轴电缆20将数据传送到有效离子浓度计算仪21中，等效离子浓度计算仪21与上位机23通过同轴电缆22相连。

步骤三：测量点1、2、3、4处的离子浓度对地网整体冲击接地电阻的影响具有一致性，权重为：

w₁＝-0.4078*S₂ ^0.1832+0.25*log(S₂ ^0.48+0.865*S₂ ^0.845+4.857)＝0.008475；

同样，测量点5、6离子浓度权重为：

w₂＝0.0123*S₂ ^0.866+0.525*S₂ ^-0.8-0.00518*S₂-0.00888＝0.1704；

测量点7、8离子浓度权重为：

测量点9离子浓度权重占为：

w₄＝-1.631*S₂ ^0.1832+log(S₂ ^0.48+0.865*S₂ ^0.845+4.857)＝0.2336；

步骤四：在离子浓度分析处理模块中，对各个参数进行精确修正。

并将所得数据输入有效离子浓度计算仪中，运用等效原理计算出土壤溶液中的有效离子浓度。

k₃＝1-exp(-0.1342*ρ)＝0.6440；

其中，L为接地网长度；S₁为接地网截面面积；S₂接地网四边围成的矩形面积为I_m为雷电冲击电流；其中k₁为冲击雷电流修正系数；k₂为接地网面积修正系数，k₃为土壤电阻率修正系数；ρ为该区域土壤电阻率。

步骤五：将所有测量以及计算所得参数整理入上位机12，通过以下公式得到此离子浓度分布下的冲击接地电阻：

其中，

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：现场试点调研；

S2：选取测量点并装配组合实验装置；

S3：测量点的区域划分和权重分配；

S4：信号处理器进行参数修正；

S5：计算得出冲击接地电阻；

所述步骤S1的过程是：

对接地网相关物理量进行测量，测得杆塔附近土壤电阻率为ρ，接地网截面积为S₁，接地网四边围成的矩形面积为S₂，接地网埋深为H，接地网最长边长度为L₁，以及雷电冲击电流为I_m；

所述步骤S2的过程是：

搭建地网离子浓度测试平台，在整个接地网取九个测量点，每个测量点记为i，其中i＝1，2，3，…..,8，9，在土壤下0.8H处每个区域对应安置离子浓度检测仪Q_i，分别采取各个测量点钠离子、镁离子、钙离子、钾离子、硫酸根离子浓度；然后利用离子浓度检测仪将采集的信号数据发送到等值NACL计算模块，运用等效盐密原理得到九个点的等效粒子浓度x_i,并通过同轴电缆将数据传送到有效离子浓度计算仪中，有效离子浓度计算仪与上位机通过同轴电缆相连；

所述步骤S3的过程是：

测量点1，2，3，4的离子浓度变化在误差允许范围内，可视为相同；测量点5，6离子浓度在误差允许范围可视为相同；测量点7，8离子浓度可视为相同；9点离子浓度独为一测量点，得出1，2，3，4点共同占整体电阻权重为：

w₁＝-0.4078*S₂ ^0.1832+0.25*log(S₂ ^0.48+0.865*S₂ ^0.845+4.857)

5，6点共同所占权重为：

w₂＝0.0123*S₂ ^0.866+0.525*S₂ ^-0.8-0.00518*S₂-0.00888

7，8点共同所占权重为：

9点所占权重为：

w₄＝-1.631*S₂ ^0.1832+log(S₂ ^0.48+0.865*S₂ ^0.845+4.857)。

2.根据权利要求1所述的计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法，其特征在于，所述步骤S4的过程是：

通过计算得到雷电流的修正系数为：

接地网面积修正系数为：

土壤电阻率修正系数为：

k₃＝1-exp(-0.1342*ρ)。

3.根据权利要求2所述的计及土壤离子浓度的冲击接地电阻测量方法，其特征在于，所述步骤S5的过程是：

令：

计算出此时土壤冲击接地电阻：