CN109187654A - 一种双层土壤电阻率的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双层土壤电阻率的计算方法，包括如下步骤：使用温纳四极法对土壤电阻率进行测量，变换不同位置，测量不同位置的视在电阻率，如果所测的电阻率值平均误差在10％内，可认为是均匀土壤，如果所测的电阻率值平均误差超过10％，则认为土壤属于双层土壤；假定双层土壤中上层土壤厚度为s,电阻率为ρ1；下层土壤无限厚，电阻率为ρ2，在excel中模拟为随电极间距a而变化的一条曲线，通过参数s、ρ1、ρ2的调整，使模拟的电阻率曲线最大限度的逼近所测的电阻率曲线，那么就可以得到该双层土壤的分层情况及参数；本发明可助掌握双层土壤的分析能力，使之符合工程设计要求，具有很高的实用和经济价值。
Description
技术领域
本发明属于变电站基础建设技术领域，尤其涉及一种双层土壤电阻率的计算方法。
背景技术
合格的低接地电阻值对变电站安全运行至关重要,可以快速疏散故障电流,降低设备对地电位,保障其间的人员和设备安全。变电站容量极大，如发生的故障泄漏电流不能通过有效的接地快速疏散，将会迅速累积，使系统产生数千伏乃至数十万伏的对地电位，导致设备损坏、人员伤亡。
就一座大型变电站的水平地网而言，只要电阻率分析准确，那么接地电阻值采用如下公式
式中，ρ——土壤电阻率Ω.m，
S——接地网面积m2，
计算值较实际值偏大，但误差一般在10％以内。
可若电阻率分析不准确，将500Ω.m误作100Ω.m，那么接地电阻将为实际的十分之一，导致重大设计差错。
对于变电站的接地网，故障电流在大地中呈半球形分布，土壤电阻率已不再像简单接地体那样主要取决于表层土壤，而往往决定于深层次的土壤。绝大多数人不具备分析双层土壤电阻率的能力，因此在做接地设计的时候只是将土壤当作均匀土壤来处理，这势必造成接地设计的重大失误。很多变电站的接地装置往往需要多次改造方能满足要求。
土壤电阻率的勘测、分析是最基础，也是最为关键、最难的一环。因此如何准确分析好土壤电阻率，搞清大致的分层结构，就显得至关重要。
因此，基于这些问题，提供一种可助掌握双层土壤的分析能力，使之符合工程设计要求，不需要借助数万元的软件即能实现，具有很高的实用和经济价值的双层土壤电阻率的计算方法，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可助掌握双层土壤的分析能力，使之符合工程设计要求，不需要借助数万元的软件即能实现，具有很高的实用和经济价值的双层土壤电阻率的计算方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
双层土壤电阻率的计算方法，包括如下步骤：
(1)、双层土壤的判定；
使用温纳四极法对土壤电阻率进行测量，具体步骤为：四个探头沿着一条直线被打进土壤，探头相互相隔距离a，打入的深度h，则可通过温纳四极法经计算得到视在电阻率值，具体公式如下：
式中，ρa——土壤的视在电阻率Ω.m；
R——计算得到的电阻Ω；
a——相邻电极间的距离m；
h——电极的深度；
如果电极深度h<<a，上式可简化为ρa＝2πaR；
根据附图1所示E为接地极，C(H)为电流极，P(S)为电压极，ES为辅助地极，a为电极间距离。E与C(H)间流动交流电流为I，求P(S)与ES间的电位差V，V除以I得到接地电阻值R，电极间隔距离为a(m),根据上述公式得出电阻率ρa。为了计算方便，可以让电极间距a远大于埋设深度h,一般应满足a>20h，则电阻率的计算公式可简化为ρa＝2πaR。
变换不同位置，测量不同位置的视在电阻率，如果所测的电阻率值平均误差在10％内，可认为是均匀土壤，那么视在电阻率的平均值即为土壤实际电阻率；通过温纳四极法变换不同位置，测量不同位置的视在电阻率，如果所测的电阻率值平均误差超过10％，则认为土壤属于双层土壤；
(2)、双层土壤电阻率的计算；
假定双层土壤中上层土壤厚度为s,电阻率为ρ1；下层土壤无限厚，电阻率为ρ2，则测量得到的双层土壤的视在电阻率如下公式(1)、(2)所示：
将公式(1)和(2)在excel中模拟为随电极间距a而变化的一条曲线，通过参数上层土壤厚度s、上层土壤电阻率ρ1、下层土壤电阻率ρ2的调整，使模拟的电阻率曲线最大限度的逼近所测的电阻率曲线，那么就可以得到该双层土壤的分层情况及上层土壤和下层土壤的电阻率。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明可助掌握双层土壤的分析能力，使之符合工程设计要求，不需要借助数几十万元的软件即能实现，具有很高的实用和经济价值；
2、本发明可以利用易得的程序获得工程中所需土壤电阻率的精度，这往往需要几十万元的软件才能实现；
3、本发明通过分析得到双层土壤的分层情况及上层电阻率和下层电阻率，可以为工程实际降阻提供确切方案。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为本发明实施例提供的温纳四极法检测电阻率的原理结构示意图；
图2为本发明实施例提供的曲线模拟图；
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面就结合图1-2来具体说明本发明。
实施例1
图1为本发明实施例提供的温纳四极法检测电阻率的原理结构示意图；图2为本发明实施例提供的曲线模拟图；如图1-2所示，本实施例提供的一种双层土壤电阻率的计算方法，包括如下步骤：
(1)、双层土壤的判定；
使用温纳四极法对土壤电阻率进行测量，具体步骤为：四个探头沿着一条直线被打进土壤，探头相互相隔距离a，打入的深度h，则可通过温纳四极法经计算得到视在电阻率值，具体公式如(1)：
式中，ρa——土壤的视在电阻率Ω·m；
R——计算得到的电阻Ω；
a——相邻电极间的距离m；
h——电极的深度；
如果电极深度h<<a，上式可简化为ρa＝2πaR；
根据附图1所示E为接地极，C(H)为电流极，P(S)为电压极，ES为辅助地极，a为电极间距离。E与C(H)间流动交流电流为I，求P(S)与ES间的电位差V，V除以I得到接地电阻值R，电极间隔距离为a(m),根据上述公式得出电阻率ρa。为了计算方便，可以让电极间距a远大于埋设深度h,一般应满足a>20h，则电阻率的计算公式可简化为ρa＝2πaR。
变换不同位置，测量不同位置的视在电阻率，如果所测的电阻率值平均误差在10％内，可认为是均匀土壤，那么视在电阻率的平均值即为土壤实际电阻率；通过温纳四极法变换不同位置，测量不同位置的视在电阻率，如果所测的电阻率值平均误差超过10％，则认为土壤属于双层土壤；
(2)、双层土壤电阻率的计算；
假定双层土壤中上层土壤厚度为s,电阻率为ρ1；下层土壤无限厚，电阻率为ρ2，则测量得到的双层土壤的视在电阻率如下公式(2)、(3)所示：
将公式(2)和(3)在excel中模拟为随电极间距a而变化的一条曲线，通过参数上层土壤厚度s、上层土壤电阻率ρ1、下层土壤电阻率ρ2的调整，使模拟的电阻率曲线最大限度的逼近所测的电阻率曲线，那么就可以得到该双层土壤的分层情况及上层土壤和下层土壤的电阻率。
具体的拟合过程如下，通过在Excel中不断的调整s、ρ1、ρ2的值，使得模拟得到的电阻率不断逼近通过公式(1)得到的电阻率，如表格1所示，并且，通过Excel得到拟合曲线，如附图2所示，此时，可得到参数上层土壤厚度s为3.5m，上层土壤电阻率ρ1,为100Ω·m，下层土壤电阻率ρ2为1200Ω·m，根据这些参数可为工程实际降阻提供确切方案。
表1
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (1)
1.一种双层土壤电阻率的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、双层土壤的判定；
使用温纳四极法对土壤电阻率进行测量，具体步骤为：四个探头沿着一条直线被打进土壤，探头相互相隔距离a，打入的深度h，则可通过温纳四极法经计算得到视在电阻率值；变换不同位置，测量不同位置的视在电阻率，如果所测的电阻率值平均误差在10％内，可认为是均匀土壤，那么视在电阻率的平均值即为土壤实际电阻率；通过温纳四极法变换不同位置，测量不同位置的视在电阻率，如果所测的电阻率值平均误差超过10％，则认为土壤属于双层土壤；其中，使用温纳四极法对土壤电阻率进行测量的计算公式如(1)所示：
式中，
ρa——土壤的视在电阻率Ω.m；
R——测量到的电阻Ω；
a——相邻电极间的距离m；
h——电极的深度；
如果电极深度h<<a，上式可简化为ρa＝2πaR；
(2)、双层土壤电阻率的计算；
假定双层土壤中上层土壤厚度为s,电阻率为ρ1；下层土壤无限厚，电阻率为ρ2，则测量得到的双层土壤的视在电阻率如下公式(2)、(3)所示：
将公式(2)和(3)在excel中模拟为随电极间距a而变化的一条曲线，通过参数上层土壤厚度s、上层土壤电阻率ρ1、下层土壤电阻率ρ2的调整，使模拟的电阻率曲线逼近所测的电阻率曲线，就可得到该双层土壤的分层情况及上层土壤和下层土壤的电阻率。
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