CN111239474B - 输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法及系统，属于电力系统接地分析技术领域。该方法将土壤划分水平第一层最左侧土壤、水平第一层中间土壤、水平第一层最右侧土壤和下层土壤，之后计算故障杆塔周围土壤区域任意一点的电位值，再用地表任意相距1m的两点的电位差计算得流过人体的电流值，最后根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域。本发明能对输电线路断线短接杆塔故障下复杂土壤的跨步电压进行有效计算并划分引起人体发生触电事故的危险等级，可以有效的预警，起到风险提示作用。

Description

输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统接地分析技术领域，具体涉及一种输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法及系统。

背景技术

配网系统在电力系统中起着至关重要的作用，分布十分广泛，再加上地理环境和分布区域复杂，容易受到外力破坏，再加上天气的影响，如雷电袭击，时常会有单相断线故障产生。当输电线路发生单相断线经杆塔接地时，电流通过杆塔流入大地，在地表面产生极高的电位，极易引发跨步电压触电事故。

目前，已有许多跨步电压研究主要针对均匀、水平分层、垂直分层土壤，但是针对实际情况的土壤负载的分层情况就会有较大的误差，并且还没有有效的正对单相断线经杆塔接地而造成的跨步电压进行计算的方法，因此十分有必要研究复杂土壤模型的跨步电压测评检测方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法及系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法，包括如下步骤：

建立坐标轴如下：三基杆塔顺序排列，以居中的杆塔所属的接地装置几何中心为原点O，x轴为三基杆塔的延伸方向，以x轴逆时针旋转90°方向为y轴， xOy平面为地平面，z轴竖直向下；将土壤沿z轴水平划分为两层，即水平第一层土壤和水平第二层土壤，其中水平第一层土壤的垂直厚度为h₁，接地装置置于水平第一层土壤中；在三基杆塔中以相邻接地装置的两两连线中点所在yOz 平面为界，将水平第一层土壤沿x轴方向垂直划分为三层，即水平第一层最左侧土壤、水平第一层中间土壤和水平第一层最右侧土壤，三层土壤的厚度均为 S₂；水平第一层最左侧土壤、水平第一层中间土壤、水平第一层最右侧土壤和水平第二层土壤的电阻率分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄；

S1.以水平第一层最左侧土壤区域中的杆塔为故障杆塔，计算故障杆塔周围土壤区域任意一点P_j的电位值V_Pj：

将总周长为L的接地装置分成n段长度相同的导体，则在该接地装置所属杆塔周围地表任意点P_j产生的电位V_Pj由下式计算：

其中：

式中，R_Pmj为n段导体中第m段导体的互电阻，由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率， h₀为接触层厚度，I为流过接地装置的总电流；a_Hi、b_Hi、a_Vi、b_Vi为镜像系数， (x₀,y₀,z₀)为第m段导体几何中心的坐标，(x_j,y_j,0)为点P_j的坐标，d₀为点 (x₀,y₀,z₀)和点(x_j,y_j,0)的距离、d_i1、d_i2、d_i3为空间距离，g是计算点个数， c为修正系数；

S2.用地表任意相距1m的两点M、N的电位差计算得流过人体的电流值I_MN：

式(7)中，V_M、V_N分别为M、N两点的电位值；R_in为人体内部电阻；R₀为人体皮肤电阻；b为人体等效接地半径；ρ_MN为M、N两点的平均电阻率；

式(8)中，(x₁,y₁,0)、(x₂,y₂,0)分别为M、N两点的坐标；D为M、N两点到接地装置中心距离的最大值；

S3.根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

首先，当I_MN＝100mA时，由上述方法并由式(8)计算出D＝D₁；同理当 I_MN＝25mA时，计算出D＝D₂；I_MN＝6mA时，计算出D＝D₃；I_MN＝1mA时，计算出 D＝D₄；

从而可以得到危险区域划分如下：当电流I由接地装置流入大地而使通过人体的电流I_MN>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险区域，会导致死亡；当 25<I_MN<100mA，即D₁<D<D₂时，该区域为二等危险区域，会导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<I_MN<25mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险区域，会导致疼痛难耐；当1<I_MN<6mA，即D₃<D<D₄时，该区域为四等危险区域，会导致轻微刺痛；当I_MN<1mA即D>D₄时，该区域为安全区域。

进一步，优选的是，c值通过以下算法进行计算：

①初始化：设置进化代数计数器G₀＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

②个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pj是点P_j的现有真实样本计算电位；

③遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，进行选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

④若G₀≤G，则G₀＝G₀+1，转到步骤②；若G₀＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算。

本发明同时提供一种输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测系统，包括：

第一处理模块，用于计算故障杆塔周围土壤区域任意一点P的电位值V_P；

第二处理模块，用于用地表任意相距1m的两点的电位差计算得流过人体的电流值I_MN；

跨步电压危险区域判别模块，用于根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域。

本发明并且提供一种输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测装置，含有所述的输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测系统。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法的步骤。

本发明另外提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法的步骤。

本发明在应用于水平和垂直复合分层的土壤结构中的跨步电压检测及人体触电风险等级划分中具有很实际的意义。在两侧为土壤，中间是河流、水田或池塘等，下层为深层土壤的情况下均可以按照本发明所述方式进行划分。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1)能有效对输电线路单相断线接杆塔故障下，经杆塔流入接地装置的故障电流进行采集；

2)能有效计算故障所在杆塔的接地装置周边复杂土壤区域的地表电位分布；

3)能有效计算人体两端的跨步电压，并充分考虑人体内部电阻和接触电阻计算流过人体的电流；

4)能够对由跨步电压引起人体发生触电事故的危险等级进行划分；

5)能通过声光报警等多元报警方式警示人们不要进入或靠近危险区域；

附图说明

图1是本发明使用时的结构示意图；

图2是本发明输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测系统的结构示意图；

图3是含有本发明检测系统的检测装置的电路示意图；

图4是含有本发明检测系统的检测装置的结构示意图；

图5是本发明电子设备结构示意图；

其中，1、杆塔一；2、杆塔二；3、杆塔三；4、输电线一；5、输电线二； 6、断线一；7、断线二；8、输电线三；9、输电线四；10、输电线五；11、接地装置一；12、接地装置二；13、接地装置三；14、水平第二层土壤；15、检测装置；16、水平第一层最左侧土壤；17、水平第一层中间土壤；18、水平第一层最右侧土壤；

100、壳体；101、罗氏线圈电流传感器；102、紧固件一；103、紧固件二； 104、应急警报灯；105、声音报警系统；106、投影仪；107、太阳能板；108、无线传输模块；109、固定杆；110、螺丝一；111、螺丝二；112、螺丝三；113、螺丝四；200、系统控制电路；201、直流电源模块；202、信号处理模块；203、锂离子电池；204、充放电控制电路；205、运算放大模块；301、第一处理模块； 302、第二处理模块；303、跨步电压危险区域判别模块；401、处理器；402、通信接口；403、存储器；404、通信总线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法，包括如下步骤：

建立坐标轴如下：三基杆塔顺序排列，以居中的杆塔所属的接地装置几何中心为原点O，x轴为三基杆塔的延伸方向，以x轴逆时针旋转90°方向为y轴， xOy平面为地平面，z轴竖直向下；将土壤沿z轴水平划分为两层，即水平第一层土壤和水平第二层土壤，其中水平第一层土壤的垂直厚度为h₁，接地装置置于水平第一层土壤中；在三基杆塔中以相邻接地装置的两两连线中点所在yOz 平面为界，将水平第一层土壤沿x轴方向垂直划分为三层，即水平第一层最左侧土壤、水平第一层中间土壤和水平第一层最右侧土壤，三层土壤的厚度均为 S₂；水平第一层最左侧土壤、水平第一层中间土壤、水平第一层最右侧土壤和水平第二层土壤的电阻率分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄；

S1.以水平第一层最左侧土壤区域中的杆塔为故障杆塔，计算故障杆塔周围土壤区域任意一点P_j的电位值V_Pj：

将总周长为L的接地装置分成n段长度相同的导体，则在该接地装置所属杆塔周围地表任意点P_j产生的电位V_Pj由下式计算：

其中：

式中，R_Pmj为n段导体中第m段导体的互电阻，由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率， h₀为接触层厚度，I为流过接地装置的总电流；a_Hi、b_Hi、a_Vi、b_Vi为镜像系数， (x₀,y₀,z₀)为第m段导体几何中心的坐标，(x_j,y_j,0)为点P_j的坐标，d₀为点 (x₀,y₀,z₀)和点(x_j,y_j,0)的距离、d_i1、d_i2、d_i3为空间距离，g是计算点个数， c为修正系数；

c值通过以下算法进行计算：

①初始化：设置进化代数计数器G₀＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

②个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pj是点P_j的现有真实样本计算电位；

③遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，采用MATLAB默认的选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

④若G₀≤G，则G₀＝G₀+1，转到步骤②；若G₀＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算；

S2.用地表任意相距1m的两点M、N的电位差计算得流过人体的电流值I_MN：

式(7)中，V_M、V_N分别为M、N两点的电位值；R_in为人体内部电阻；R₀为人体皮肤电阻；b为人体等效接地半径；ρ_MN为M、N两点的平均电阻率；

式(8)中，(x₁,y₁,0)、(x₂,y₂,0)分别为M、N两点的坐标；D为M、N两点到接地装置中心距离的最大值；

S3.根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

首先，当I_MN＝100mA时，由上述方法并由式(8)计算出D＝D₁；同理当 I_MN＝25mA时，计算出D＝D₂；I_MN＝6mA时，计算出D＝D₃；I_MN＝1mA时，计算出 D＝D₄；

从而可以得到危险区域划分如下：当电流I由接地装置流入大地而使通过人体的电流I_MN>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险区域，导致死亡；当25<I_MN< 100mA，即D₁<D<D₂时，该区域为二等危险区域，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<I_MN<25mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险区域，导致疼痛难耐；当 1<I_MN<6mA，即D₃<D<D₄时，该区域为四等危险区域，导致轻微刺痛；当I_MN< 1mA即D>D₄时，该区域为安全区域。

如图2所示，一种输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测系统，包括：

第一处理模块301，用于计算故障杆塔周围土壤区域任意一点P的电位值 V_P；

第二处理模块302，用于用地表任意相距1m的两点的电位差计算得流过人体的电流值I_MN：

跨步电压危险区域判别模块303，用于根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域。

在本发明实施例中，第一处理模块301按照本发明上述方法计算故障杆塔周围土壤区域任意一点P的电位值V_P，之后，第二处理模块302按照本发明上述方法用地表任意相距1m的两点的电位差计算得流过人体的电流值I_MN，最后跨步电压危险区域判别模块303按照本发明上述方法根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域。

本发明实施例提供的一种输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测系统，该系统能较为直观的体现跨步电压危险区域，易于推广应用。

本发明实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

如图3和图4所示，一种输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测装置 15，含有所述的输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测系统，包括罗氏线圈电流传感器101、应急警报灯104、声音报警系统105、投影仪106和系统控制电路200；

所述的系统控制电路200包括直流电源模块201、信号处理模块202、运算放大模块205与无线传输模块108；

直流电源模块201、信号处理模块202、运算放大模块205顺序连接；

所述的直流电源模块201包括太阳能板107、锂离子电池203和充放电控制电路204；

太阳能板107、充放电控制电路204分别与锂离子电池203相连；

信号处理模块202还与罗氏线圈电流传感器101、应急警报灯104、投影仪 106、无线上网模块108相连；

运算放大模块205的输出端与声音报警系统105相连。

优选，还包括壳体100；太阳能板107安装在壳体100的右侧；投影仪106 安装在壳体100的正下方，与壳体100的底部相连；应急警报灯104和无线上网模块108安装在壳体100外顶部；声音报警系统105安装在壳体100的前表面的下部。

优选，投影仪106通过固定杆109与壳体100的底部相连；固定杆109的上端通过螺丝三112和螺丝四113与壳体100的底部固定连接；固定杆109的下端通过螺丝一110和螺丝二111与投影仪106固定连接。

优选，还包括紧固件一102与紧固件二103，紧固件一102与紧固件二103 均安装在壳体100左侧。

图5为本发明实施例提供的电子设备结构示意图，参照图5，该电子设备可以包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403 通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行如下方法：按照本发明上述方法计算故障杆塔周围土壤区域任意一点P的电位值V_P，之后，按照本发明上述方法用地表任意相距1m的两点的电位差计算得流过人体的电流值I_MN，最后按照本发明上述方法根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域。

此外，上述的存储器403中的逻辑指令可以通过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)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。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法，例如包括：按照本发明上述方法计算故障杆塔周围土壤区域任意一点P的电位值V_P，之后，按照本发明上述方法用地表任意相距1m的两点的电位差计算得流过人体的电流值I_MN，最后按照本发明上述方法根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

应用实例

如图1所示，杆塔一1、杆塔二2和杆塔三3的塔脚分别与接地装置一11、接地装置二12和接地装置三13连接，所述杆塔一1、杆塔二2与杆塔三3之间由输电线一4、输电线二5、输电线三8、输电线四9与输电线五10连接；

断线二7与杆塔二2相连，断线一6处于悬空状态；

罗氏线圈电流传感器101安装在杆塔一1的塔脚处，紧固件一102与紧固件二103固定在壳体100的左侧，并固定在杆塔一1上；

罗氏线圈电流传感器101向信号处理模块202传输入地电流信号；信号处理模块202处理来自罗氏线圈电流传感器101的电流信号，输出信号通过应急警报灯104进行光报警；通过运算放大模块205与声音报警系统105进行声报警；通过投影仪106在地面上投射出多个圆环区域表示不同等级的危险区域；通过无线传输模块108上传故障数据文件；

运算放大模块205用于将信号处理模块202传来的声音警示信号进行放大；

其中，信号处理模块202即为本发明输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测系统。

计算故障杆塔周围土壤区域任意一点P_j的电位值V_Pj：

当架空线路短接到杆塔一1时，其故障电流会沿着杆塔一1及其接地装置一11，散流到周围土壤中，接地装置一11的总周长为L，将接地装置分成长度相同的n段，则在杆塔一1周围地表任意点P_j产生的电位V_Pj由下式计算：

其中：

式(9)中，R_Pmj为n段导体中第m段导体的互电阻，由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率，h₀为接触层厚度，I为流过接地装置的总电流；式(10)～(13)中，a_Hi、 b_Hi、a_Vi、b_Vi为镜像系数，(x₀,y₀,z₀)为第m段导体几何中心的坐标，(x_j,y_j,0) 为点P_j的坐标，d₀为点(x₀,y₀,z₀)和点(x_j,y_j,0)的距离、d_i1、d_i2、d_i3为空间距离，g是计算点个数，c为修正系数；

c值通过以下算法进行计算：

①初始化：设置进化代数计数器G₀＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

②个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V^’ _Pj是点P_j的现有真实样本计算电位；

③遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，采用MATLAB默认的选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

④若G₀≤G，则G₀＝G₀+1，转到步骤②；若G₀＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算；

用地表任意相距1m的两点M、N的电位差计算得流过人体的电流值I_MN：

式(15)中，V_M、V_N分别为M、N两点的电位值；R_in为人体内部电阻；R₀为人体皮肤电阻；b为人体等效接地半径；ρ_MN为M、N两点的平均电阻率；式 (16)中，(x₁,y₁,0)、(x₂,y₂,0)分别为M、N两点的坐标；D为M、N两点到接地装置中心距离的最大值；

根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

首先，当I_MN＝100mA时，由上述方法并由式(16)计算出D＝D₁；同理当 I_MN＝25mA时，计算出D＝D₂；I_MN＝6mA时，计算出D＝D₃；I_MN＝1mA时，计算出 D＝D₄；

从而可以得到危险区域划分如下：当电流I由接地装置流入大地而使通过人体的电流I_MN>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险区域，导致死亡；当25<I_MN< 100mA，即D₁<D<D₂时，该区域为二等危险区域，导致肌肉收缩，呼吸困难；当6<I_MN<25mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险区域，导致疼痛难耐；当 1<I_MN<6mA，即D₃<D<D₄时，该区域为四等危险区域，导致轻微刺痛；当I_MN< 1mA即D>D₄时，该区域为安全区域。

以下基于本发明给出一个实际计算例子：

设置L＝8m，n＝80，ρ₀＝250Ω·m，h₀＝0.005m，I＝10A，ρ₁＝200Ω·m，ρ₂＝2000Ω·m，ρ₃＝500Ω·m，ρ₄＝100Ω·m，h₁＝10m，S₂＝40m，设杆塔一的接地装置一的几何中心为(-70,0,1)，a_H1～a_H4＝(0.3333,-0.1110,0.0497,-0.0220)、b_H1～b_H4＝(-1.5148× 10^-6,-19.9954,-41.3781,-49.5369)、a_V1～a_V4＝(-0.8182,0.1983,0.0624,0.1288)、b_V1～b_V4＝(0,-80,-155.8518,-195.8534)。

任意选取地表面g＝16个点的坐标，计算出c＝1.0352。

进一步选取M点和N点的坐标分别为(-42,1,0)和(-42,2,0)，由式(10)计算得V_M＝118.4976、V_N＝98.0335V。

假设R_in＝500Ω、R₀＝250Ω、b＝0.08m，由式(17)计算得到I_MN＝12.59mA，由式(18)计算得到D＝3m。

由6<I_MN<25mA，该区域为三等危险区域。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

建立坐标轴如下：三基杆塔顺序排列，以居中的杆塔所属的接地装置几何中心为原点O，x轴为三基杆塔的延伸方向，以x轴逆时针旋转90°方向为y轴，xOy平面为地平面，z轴竖直向下；将土壤沿z轴水平划分为两层，即水平第一层土壤和水平第二层土壤，其中水平第一层土壤的垂直厚度为h₁，接地装置置于水平第一层土壤中；在三基杆塔中以相邻接地装置的两两连线中点所在yOz平面为界，将水平第一层土壤沿x轴方向垂直划分为三层，即水平第一层最左侧土壤、水平第一层中间土壤和水平第一层最右侧土壤，三层土壤的厚度均为S₂；水平第一层最左侧土壤、水平第一层中间土壤、水平第一层最右侧土壤和水平第二层土壤的电阻率分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄；

S1.以水平第一层最左侧土壤区域中的杆塔为故障杆塔，计算故障杆塔周围土壤区域任意一点P_j的电位值V_Pj：

将总周长为L的接地装置分成n段长度相同的导体，则在该接地装置所属杆塔周围地表任意点P_j产生的电位V_Pj由下式计算：

其中：

式中，R_Pmj为n段导体中第m段导体的互电阻，由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率，h₀为接触层厚度，I为流过接地装置的总电流；a_HHi、b_Hi、a_Vi、b_Vi为镜像系数，(x₀，y₀，z₀)为第m段导体几何中心的坐标，(x_j，y_j，0)为点P_j的坐标，d₀为点(x₀，y₀，z₀)和点(x_j，y_j，0)的距离，d_i1为式(3)计算获得的空间距离，d_i2为式(4)计算获得的空间距离，d_i3为式(5)计算获得的空间距离，g是计算点个数，c为修正系数；

S2.用地表任意相距1m的两点M、N的电位差计算得流过人体的电流值I_MN：

式(7)中，V_M、V_N分别为M、N两点的电位值；R_in为人体内部电阻；R₀为人体皮肤电阻；b为人体等效接地半径；ρ_MN为M、N两点的平均电阻率；

式(8)中，(x₁，y₁，0)、(x₂，y₂，0)分别为M、N两点的坐标；D为M、N两点到接地装置中心距离的最大值；

S3.根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

首先，当I_MN＝100mA时，由式(8)计算出D＝D₁；同理当I_MN＝25mA时，计算出D＝D₂；I_MN＝6mA时，计算出D＝D₃；I_MN＝1mA时，计算出D＝D₄；

从而可以得到危险区域划分如下：当电流I由接地装置流入大地而使通过人体的电流I_MN＞100mA，即D＜D₁时，该区域为一等危险区域；当25＜I_MN＜100mA，即D₁＜D＜D₂时，该区域为二等危险区域；当6＜I_MN＜25mA，即D₂＜D＜D₃时，该区域为三等危险区域；当1＜I_MN＜6mA，即D₃＜D＜D₄时，该区域为四等危险区域；当I_MN＜1mA即D＞D₄时，该区域为安全区域。

2.根据权利要求1所述的输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法，其特征在于，c值通过以下算法进行计算：

①初始化：设置进化代数计数器G₀＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

②个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pj是点P_j的现有真实样本计算电位；

③遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，进行选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

④若G₀≤G，则G₀＝G₀+1，转到步骤②；若G₀＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算。

3.一种输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测系统，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于计算故障杆塔周围土壤区域任意一点P的电位值V_P；具体为：将总周长为L的接地装置分成n段长度相同的导体，则在该接地装置所属杆塔周围地表任意点P_j产生的电位V_Pj由下式计算：

其中：

式中，R_Pmj为n段导体中第m段导体的互电阻，由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率，h₀为接触层厚度，I为流过接地装置的总电流；a_Hi、b_Hi、a_Vi、b_Vi为镜像系数，(x₀，y₀，z₀)为第m段导体几何中心的坐标，(x_j，y_j，0)为点P_j的坐标，d₀为点(x₀，y₀，z₀)和点(x_j，y_j，0)的距离，d_i1为式(3)计算获得的空间距离，d_i2为式(4)计算获得的空间距离，d_i3为式(5)计算获得的空间距离，g是计算点个数，c为修正系数；

第二处理模块，用于用地表任意相距1m的两点的电位差计算得流过人体的电流值I_MN；具体为：

式(7)中，V_M、V_N分别为M、N两点的电位值；R_in为人体内部电阻；R₀为人体皮肤电阻；b为人体等效接地半径；ρ_MN为M、N两点的平均电阻率；

式(8)中，(x₁，y₁，0)、(x₂，y₂，0)分别为M、N两点的坐标；D为M、N两点到接地装置中心距离的最大值；

跨步电压危险区域判别模块，用于根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域；

具体为：首先，当_MN＝100mA时，由式(8)计算出D＝D₁；同理当I_MN＝25mA时，计算出D＝D₂；I_MN＝6mA时，计算出D＝D₃；I_MN＝1mA时，计算出D＝D₄；

从而可以得到危险区域划分如下：当电流I由接地装置流入大地而使通过人体的电流I_MN＞100mA，即D＜D₁时，该区域为一等危险区域；当25＜I_MN＜100mA，即D₁＜D＜D₂时，该区域为二等危险区域；当6＜I_MN＜25mA，即D₂＜D＜D₃时，该区域为三等危险区域；当1＜I_MN＜6mA，即D₃＜D＜D₄时，该区域为四等危险区域；当I_MN＜1mA即D＞D₄时，该区域为安全区域。

4.一种输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测装置，含有权利要求3所述的输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测系统。

5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1或2所述的输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法的步骤。

6.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的输电线路单相断线短接杆塔的跨步电压检测方法的步骤。

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