CN108008197B - 一种考虑土壤空间水分分布的杆塔冲击接地电阻测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种考虑土壤空间水分分布的杆塔冲击接地电阻测量方法，该方法步骤分别为：1)调研被测杆塔信息，2)根据现场状况搭建土壤空间水分分布测试系统，3)选点检测被测接地网周边土壤水分分布情况，4)计算得到每个测量点的数据对整体冲击接地电阻影响权重，5)根据测试点土壤含水量数据，计算得到杆塔地网在不同土壤空间水分分布下冲击接地电阻。本发明依据实际工况，能够准确计算得到土壤空间水分分布不平衡时的冲击接地电阻，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

一种考虑土壤空间水分分布的杆塔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，涉及一种考虑土壤空间水分分布的杆塔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，接地网及其周边土壤的空间水分分布以及变化对系统接地冲击接地电阻有着直接的影响。若能动态掌握土壤含水量变化及其分布不均时的冲击接地电阻值，就能更好的在不同气候，不同环境下及时优化接地装置，降低反击事故的发生率。本发明贴合智能测量方向，可以实时监测地网附近土壤水分含量；同时能够促进智能电网发展，促进快速搭建智能电网。本发明装置实时测量接地网周边土壤空间水分分布，并使用通过大量试验、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考虑土壤空间水分分布的杆塔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：

一种考虑土壤空间水分分布的杆塔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：

在整个接地网取九个测量点，其中接地网四个角分别选取为1,2,3,4点；接地网上下方选取为5,6点；接地网左右方选取为7,8点；中心选取为9点，水分测定传感器水平放置于在土壤下0.8H处，每个传感器测量该点对应区域土壤的含水量，信号采集后通过信号传输线传入含水量采集模块，在该装置进行汇总分析，可以分别得到九个区域的实时含水量x_i，其中i＝0,1,····,9，含水量采集模块通过同轴电缆将各个含水量输入信号分析处理器中，信号处理器再通过同轴电缆连接到终端上位机。

进一步地，所述步骤S3的过程是：

测量点1,2,3,4的含水量和电阻率变化在误差允许范围内，视为相同；测量点5,6在误差允许范围视为相同；测量点7,8视为相同；9点独为一测量点，得出1,2,3,4点共同占整体电阻权重为：

；

5,6点共同所占权重为：

7,8点共同所占权重为：

9点所占权重为：

w₄＝-1.718×S₂ ^0.18+log(S₂ ^0.4869+S₂ ^0.5+5.403)。

进一步地，所述步骤S4的过程是：

计算得到雷电流的修正系数为：

接地网面积修正系数和土壤电阻率修正系数为：

进一步地，所述步骤S5的过程是：

令

则冲击接地电阻为：

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明公开一种考虑土壤空间水分分布的杆塔冲击接地电阻测量方法，该方法步骤分别为：1)调研被测杆塔信息，2)根据现场状况搭建土壤空间水分分布测试系统，3)选点检测被测接地网周边土壤水分分布情况，4)计算得到每个测量点的数据对整体冲击接地电阻影响权重，5)根据测试点土壤含水量数据，计算得到杆塔地网在不同土壤空间水分分布下冲击接地电阻。本发明依据实际工况，能够准确计算得到土壤空间水分分布不平衡时的冲击接地电阻，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，一种考虑土壤空间水分分布的杆塔冲击接地电阻测量方法，包括以下步骤：

第一步：现场试点调研

选择接地网最长边长度L₁为20m，接地网截面积S₁为25π(mm)²，接地网四边围成的矩形面积S₂为100m²的区域作为测试区域，雷电流幅值I_m＝55kA。

第二步：选取测量点并装配组合实验装置

在接地网上选取九个点作为测量点(如图2-3所示)，其中接地网的四个顶角分别为1,2,3,4点；接地网上下边中点分别为5,6点；接地网左右边中点分别为7,8点；接地网中心点为9点。水分传感器埋深均为0.8H(m)，每个传感器均测量对应点的土壤含水量，将采集到的数据通过信号传输线传入含水量采集模块10，该装置对数据进行汇总分析，能够得到九个测试点的土壤含水量，分别为x₁＝8％，x₂＝16％，x₃＝16％，x₄＝20％，x₅＝12％，x₆＝18％，x₇＝12％，x₈＝18％，x₉＝14％，水分传感器模块通过同轴电缆13将各个值输入信号分析处理器11中，信号处理器再通过同轴电缆14连接到终端上位机12。

第三步：测量点的区域划分和权重分配

测量点1,2,3,4的土壤含水量值和电阻率变化在误差允许范围内可视为相同；测量点5,6在误差允许范围内可视为相同；测量点7,8在误差允许范围内可视为相同；9点单独作为一个测量点。

1,2,3,4点共同占整体电阻权重为：

；

5,6点共同所占权重为：

7,8点共同所占权重为：

9点所占权重为：

w₄＝-1.718×S₂ ^0.18+log(S₂ ^0.4869+S₂ ^0.5+5.403)；

带入数据得到：w₁＝0.008475，w₂＝0.1704，w₃＝0.19955，w₄＝0.2336

第四步：信号处理器进行参数修正

雷电流的修正系数为：

接地网面积修正系数为

土壤电阻修正系数：

第五步：计算得出冲击接地电阻

根据在上位机获得需要的数据：k₁，k₂和k₃，各个测量点的土壤水分含量(x₁＝8％，x₂＝16％，x₃＝16％，x₄＝20％，x₅＝12％，x₆＝18％，x₇＝12％，x₈＝18％，x₉＝14％)，以及四个区域的权重w₁，w₂，w₃，w₄，

根据以下公式：

计算得出冲击接地电阻R_ch＝3.1296Ω。

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)

1.一种考虑土壤空间水分分布的杆塔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：

在接地网上选取九个点作为测量点，其中接地网的四个顶角分别为1，2，3，4点；接地网上下边中点分别为5，6点；接地网左右边中点分别为7，8点；接地网中心点为9点，PH传感器埋深均为0.8H，每个传感器均测量对应点的PH值，将采集到的数据通过信号传输线传入PH采集模块，该装置对数据进行汇总分析，能够得到九个测试点的实时PH值x_i；，其中i＝0，1，…，9，PH采集模块通过同轴电缆将各个PH值输入信号分析处理器中，信号处理器再通过同轴电缆连接到终端上位机；

所述步骤S3的过程是：

测量点1，2，3，4的PH值和电阻率变化在误差允许范围内视为相同；测量点5，6在误差允许范围内视为相同；测量点7，8在误差允许范围内视为相同；9点单独作为一个测量点，得出1，2，3，4点分别占整体电阻权重为：

5，6点共同所占权重为：

7，8点共同所占权重为：

9点所占权重为：

w₄＝-1.718×S₂ ^0.18+log(S₂ ^0.4869+S₂ ^0.5+5.403)。

2.根据权利要求1所述的考虑土壤空间水分分布的杆塔冲击接地电阻测量方法，其特征在于，所述步骤S4的过程是：

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：

3.根据权利要求2所述的考虑土壤空间水分分布的杆塔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

冲击接地电阻为：