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专利名称：建立等效地网计算模型的方法
技术领域：
本发明涉及建立电力系统中发、变电站的等效地网的计算模型领域，尤其涉及使 用短距测量法测量变电站接地网接地电阻时建立等效地网计算模型的方法。
背景技术：
目前电力部门常用的接地电阻测量方法主要是上世纪60年代发展起来的电位降 测量理论及其衍生出的补偿法如0. 618法和30度夹角法。但随着地网规模的增大，应用 0. 618法和30度夹角法测量接地电阻的工作量越来越大，干扰问题也日益严重，因此迫切 需要能够缩短电流极引线的测量方法，尤其是在地貌复杂的山区和交通繁忙、地面普遍硬 化的城区内。以往的研究表明，不管被测接地装置的几何形状和类型如何，由于辅助电流极 的影响，其电位分布曲线都是从正电位到负电位单调减小的曲线。根据电位分布曲线不难 断定不管电流接线多长，在接地装置和电流极之间总存在一点且只有一点，其电位刚好等 于辅助电流极对被测电极的影响电位，将电压极置于该点时测量到的接地电阻值等于接地 装置的真实接地电阻值。也就是说，短距测量在理论上是成立的，只要找出接地体地面的电 位分布规律，通过对地网外电流分布的计算和分析，便可求解出正确的测量位置。如同0.618法一样，短距测量方法的关键问题是确定补偿点。只要确定了补偿点， 就可以按照0. 618法的接线进行短距测量，不但能在理论上保证测量的准确性，还能减少 工作量，降低干扰。但是，0. 681法及其衍生方法都是将接地系统等效为半球形的计算模型， 然后根据半球形接地体地面电位分布的计算公式计算出地网外地面电位的分布，据此得到 相应的测量位置点。但实际地网的形状是各种各样的，且随垂直接地体长度的不同而不同。 另外，若将电流极位置置于地网较近的地方如1倍对角线长度附近时，接地网的真实情况 已经不能用半球接地极等效了。因此，要进行短距测量方法的研究，首先必须对接地网的电 位分布规律进行总结归纳，重新建立能在短距时适用的等效地网计算模型，然后才能按照 测量原理进行计算和推导，建立可以准确测量接地电阻的短距测量理论。

发明内容
本发明提供的建立等效地网计算模型的方法，针对用短距测量方法测量电力系统 中发、变电站的接地电阻过程中接地网的真实情况无法用半球接地极等效的问题，使用点 匹配矩量法对接地网的电位分布规律进行了计算并总结归纳，建立了能在短距时适用的等 效地网计算模型。为了达到上述目的，本发明提供了建立等效地网计算模型的方法，包含以下步 骤步骤1、根据现场情况选定电流极的位置；步骤2、根据具体地网的实际形状使用数值计算方法对无电流极时接地网的电位 分布进行仿真计算，得到地网的地面电位分布曲线和地电位升(GPR)Vl ；步骤3、根据具体地网的实际形状使用数值计算方法对有电流极时接地网的地面电位分布进行仿真计算，得到地网的地面电位分布曲线和地电位升(GPR)V2 ；步骤4、得到有无电流极时的接地网的电位分布规律后，建立起在短距时适用的等 效地网计算模型。步骤2中，所述的数值计算方法如下步骤2. 1、将接地网分为n段导体；步骤2. 2、计算各个分段之间的互电阻矩阵R，矩阵元素表示i段导体和j段导 体间的互电阻，其计算公式为 式中，p为土壤电阻率，￡1为接地网的等效半径，参数1^^、11^’州’、1’的值由 以下公式所决定L = ^(xi2 - xnf + (只2 - ynf + (zi2 -zafM = 2[(xi2-xn) (xi2+xn-2xp) + (yi2-yn) (yi2+yn-2yp) + (zi2-zn) (zi2+zn-2zp)]N = + xn - 2xpf + (yi2 + yn - 2ypf + (zi2 + zn - 2zpfW = 2^(xi2 — xpf + (yi2 - ypf + (zl2 - zpfM' = 2[(xi2-xn) (xi2+xn-2xp) + (yi2-yn) (yi2+yn_2yp) + (zi2_zn) (zi2+zn+2zp)]N'=批2 + xn -2xp)2+(yl2+yn-2yp)2 + ^2+^
W' = 2扣2 - xpf + (yl2 -ypf+ (zi2 + zpf式中，(xn, yn，zn)和(xi2，yi2，zi2)为i段导体两端点的坐标，(xp, yp，zp)为j段 导体的中点P的坐标；步骤2. 3、计算每段导体的散流分布，这可以通过求解接地网数值模型的基本方程 好=乡求得。其中，互电阻矩阵R为nXn矩阵；/ = [(，/” ,/ 『为11维列向量，是每段导体
n
上散流的电流向量，满足电流等式；为n维列向量，表示接地网的
电位。所述接地网视为等电位，即夠=钓二…步骤2. 4、计算接地网的地面电位分布，根据步骤2. 3求得的地网导体的散流分布 及其对地面上各点的电位贡献使用叠加原理求得无电流极时的地面电位分布。步骤3中，所述的数值计算方法如下步骤3. 1、将接地网分为n段导体，将电流极分为m段；步骤3. 2、计算各个分段之间的互电阻矩阵A ；步骤3. 3、求解接地网数值模型的基本方程j 二 f，式中，7为散流电流向量，f为电 位向量 其中，。(」=1，2，…，n)为每段地网导体的散流电流，i。k(k= 1，2，…，m)为每 段电流极的散流电流，V为地网电位升，V。为电流极的电位。基本方程求解过程如下
步骤3. 3. 1、将基本方程拆分为如下两个方程 AIl=Vl
式中，巧的元素都等于乂，
步骤3. 3. 2、按步骤2. 3中的方法求解jf = Vx，得到电流向量i ； 步骤3. 3. 3、按步骤2. 3中的方法求解乂/2 =巧，得到电流向量72 ；
步骤3. 3. 4、根据电流等式和二-/得到方程组
其中，&和k2为比例系数，求解方程组得到和k2的值； 步骤3. 3. 5、计算散流电流向量7，计算公式为
步骤3. 3. 6、根据求得的地网导体的散流分布及其对地面上各点的电位贡献使用 叠加原理求得有电流极时的地面电位分布。本发明提供的建立等效地网计算模型的方法，对接地网的电位分布规律进行了总 结归纳，建立起能在短距时适用的等效地网计算模型，具有重要的工程实用价值。
具体实施例方式以下具体说明本发明的一种较佳实施方式本发明提供了的方法，包含以下步骤步骤1、根据现场情况选定电流极的位置；步骤2、根据具体地网的实际形状使用数值计算方法对无电流极时接地网的电位 分布进行仿真计算，得到地网的地面电位分布曲线和地电位升(GPR)Vl ；步骤3、根据具体地网的实际形状使用数值计算方法对有电流极时接地网的电位 分布进行仿真计算，得到地网的地面电位分布曲线和地电位升(GPR)V2 ；步骤4、得到有无电流极时的接地网的电位分布规律后，建立起在短距时适用的等 效地网计算模型。本发明提供的建立等效地网计算模型的方法，对接地网的电位分布规律进行了总 结归纳，建立起能在短距时适用的等效地网计算模型，具有重要的工程实用价值。
权利要求
建立等效地网计算模型的方法，其特征在于，包含以下步骤步骤1、根据现场情况选定电流极的位置；步骤2、根据具体地网的实际形状使用数值计算方法对无电流极时接地网的电位分布进行仿真计算，得到地网的地面电位分布曲线和地电位升V1；步骤3、根据具体地网的实际形状使用数值计算方法对有电流极时接地网的地面电位分布进行仿真计算，得到地网的地面电位分布曲线和地电位升V2；步骤4、得到有无电流极时的接地网的电位分布规律后，建立起在短距时适用的等效地网计算模型。
2.如权利要求1所述的使用短距测量法测量变电站接地网接地电阻的方法，其特征在 于，步骤2中，所述的数值计算方法如下步骤2. 1、将接地网分为η段导体；步骤2. 2、计算各个分段之间的互电阻矩阵R，矩阵元素Rij表示i段导体和j段导体 间的互电阻，其计算公式为 式中，P为土壤电阻率，a为接地网的等效半径，参数L、M、N、W、M’、N’、W’的值由以下 公式所决定 式中，(Xil' Yn' zn)和(xi2，yi2，zi2)为i段导体两端点的坐标，(xp, yp，zp)为j段导体 的中点P的坐标；步骤2. 3、计算每段导体的散流分布，这可以通过求解接地网数值模型的基本方程 及7 =运求得。其中，互电阻矩阵R为nXn矩阵；/ = IT1J2,···,/ ]『为η维列向量，是每段导体 上散流的电流向量，满足电流等式=/ — r#为η维列向量，表示接地网的电位。所述接地网视为等电位，即钓=朽=…=队；步骤2. 4、接地网的地面电位分布，根据步骤2. 3求得的地网导体的散流分布及其对地 面上各点的电位贡献使用叠加原理求得无电流极时的地面电位分布。Απ
3.如权利要求1所述的使用短距测量法测量接地网接地电阻的方法，其特征在于，步 骤3中，所述的数值计算方法如下步骤3. 1、将接地网分为η段导体，将电流极分为m段； 步骤3. 2、计算各个分段之间的互电阻矩阵A ；步骤3. 3、求解接地网数值模型的基本方程j = f，式中，/为散流电流向量不为电位向量— * · *其中，ij(j = l，2，…，η)为每段地网导体的散流电流，i。k(k= 1，2，…，m)为每段电 流极的散流电流，V为地网电位升，V。为电流极的电位。
4.如权利要求3所述的使用短距测量法测量接地网接地电阻的方法，其特征在于，步 骤3. 3中，所述的基本方程求解过程如下步骤3. 3. 1、将基本方程拆分为如下两个方程 AIi = V1式中，巧的元素都等于￥，而巧=丨0,0广..0义-1"义-0;步骤3. 3. 2、按步骤2. 3中的方法求解M1 =巧，得到电流向量J1 ； 步骤3. 3. 3、按步骤2. 3中的方法求解M2 二巧，得到电流向量/2 ；“m步骤3. 3. 4、根据电流等式=/和Σ。=_7得到方程组 其中，h和k2为比例系数，求解方程组得到Ic1和k2的值； 步骤3. 3. 5、计算散流电流向量/，计算公式为步骤3. 3. 6、根据求得的地网导体的散流分布及其对地面上各点的电位贡献使用叠加 原理求得有电流极时的地面电位分布。
全文摘要
建立等效地网计算模型的方法，首先选定电流极的位置，然后根据接地体的实际形状使用点匹配矩量法分别对无电流极和有电流极时地网的电位分布进行仿真计算，进而建立能适用于接地电阻短距测量的等效地网计算模型。本发明提供的建立等效地网计算模型的方法，对接地网的电位分布规律进行了总结归纳，建立起能适用于接地电阻短距测量的等效地网计算模型，具有重要的工程实用价值。
文档编号G01R27/20GK101900765SQ200910057318
公开日2010年12月1日 申请日期2009年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者徐剑, 施伟斌, 王丰华, 金之俭, 金伟 申请人:上海市电力公司;上海交通大学;上海久隆信息工程有限公司