[發明專利]以火花系數修正桿塔接地裝置的低幅值沖擊電阻測量方法

有效

• 申請號: 201410059007.0
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103792433A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 朱昌成;汪濤;魯海亮;文習山;馮志強
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網湖北省電力公司電力科學研究院;武漢大學
• 主分類號: G01R27/20
• 分類號: G01R27/20
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 雷速

1.一種以火花系數修正桿塔接地裝置的低幅值沖擊電阻測量方法，其特征是：利用便攜式沖擊電流發生器作為信號輸出源，所述便攜式沖擊電流發生器產生的沖擊電流要求滿足：幅值在5A～50A范圍內、波頭時間1.0μs～5.0μs的雙指數波；按照以下步驟進行測量計算：

一）、便攜式沖擊電流發生器的分流與分壓輸出端分別連接數字式示波器的兩個獨立通道，以三級法測量方式布置接地裝置，使用不間斷電源供電，從接地極注入沖擊電流，以多通道數字式示波器的兩個獨立通道同時記錄沖擊電流發生器產生的沖擊電流I(t)數據與接地極上響應電壓U(t)的數據；

二）、設定采樣間隔Δt，進行采樣，標準雷電流的采樣序列為i_std(n)，其中：n為自然數，時間t滿足：t=Δt×n；逐一對每一個標準雷電流的采樣序列進行卷積計算，得到卷積計算后的響應電壓u_std(n)；按照公式（1）計算在標準雷電流作用下的初始沖擊接地電阻值R_c：

R=max(ustd(n))max(istd(n))---(1);]]>

其中，max(i_std(n))表示標準雷電流采樣序列中的最大值，max(u_std(n))表示對應所述標準雷電流序列最大值經過卷積計算后的響應電壓值；

三）、計算接地裝置所在土壤的火花系數α，計算步驟如下；

采用場路結合的接地裝置沖擊接地電阻頻域數值仿真算法進行計算：

a)、在沖擊接地電阻數值仿真系統中輸入接地極的結構、尺寸參數，土壤參數，迭代誤差ε，根據導體剖分長度Δl進行剖分，剖分后的導體段數為p，節點個數為q，按照π形等效電路對剖分后的接地裝置進行建模；

b)、對標準雷電流I_std(t)進行快速傅里葉變換，傅里葉變換采樣周期T=300μs，諧波階次N=20，得到N次諧波分量I_f，基波頻率f₁=1/T=3333Hz，即一次諧波頻率，第i次諧波頻率f_i=f₁*i；

c)、根據接地裝置的模型，采用節點電壓法建立方程如下：

AIb=-IdisIf---(3);ZdisIdsi=Φdis---(4);ZbIb=ATΦdisΦn---(5)]]>

其中：方程式（3）為節點KCL方程，其中A為關聯矩陣，I_b是剖分導體段的軸向電流，I_dis是中點節點對地泄漏電流，I_f是注入的標準雷電流；

方程式（4）為中點對地散流約束方程，由所建模中“場的模型”按照工程電磁場理論建立得到，式中，Z_dis為剖分導體段對地散流的自阻抗與互阻抗矩陣，Φ_dis是剖分導體段的中點電壓，Z_dis是對地散流矩陣；

方程式（5）為剖分導體段的KVL約束方程，由所建模中“路的模型”按照電路理論建立得到，式中，Z_b是剖分導體段的自阻抗矩陣、互感矩陣，A^T是關聯矩陣A的轉置矩陣，Φ_n是節點電壓；

方程式（4）中的對地散流矩陣Z_dis按照公式（6）進行計算：

Zdis(i,j)=14πρ+jωϵr·1LiLj·∫Li∫Lj1r′dljdlj---(6);]]>

式中：L_i和L_j是第i段與j段兩段導體的長度，r'是兩段導體表面上的點之間的距離，ρ是土壤的電導率，ε_r是土壤的介電常數，ω=2π*f_i，f_i是第i次諧波頻率；

方程式（5）中自阻抗矩陣Z_b按照公式（7）進行計算：

Zii=zii+jωMiiZij=jωMij---(7);]]>

其中：Z_ii和Zi_j為矩陣元素、ω=2π*f_i，z_ii為自阻抗、M_ii為外自感、M_ij為互感，z_ii按照公式（8）進行計算：

zii=jωμc2πrjωμcσcI0(rjωμcσc)I1(rjωμcσc)---(8);]]>

其中：ω=2π*f_i，μ_c是導體的磁導率，σ_c是導體的電導率，r是圓柱導體的半徑，I₀和I₁分別是修正的第一類零階和一階貝賽爾函數；

M_ii按照公式（9）進行計算：

Mii=μ0·l2π(ln2lr-1)---(9);]]>

其中：l是導體段的長度，μ₀是真空中的磁導率；

M_ij按照公式（10）進行計算：

Mij=μ04π∫li∫lj1r′dlj·dli---(10);]]>

其中：l_i和l_j是第i段與j段兩段導體的長度，r'是兩段導體表面上的點之間的距離，μ₀是真空中的磁導率；

d)、按照公式（11）計算節點電壓Φ_n與中點電壓Φ_dis：

ΦdisΦn=[[AZb-1AT]+Zdis-1000]-1·0If---(11);]]>

式中各符號的含義同前；

按照方程式（4）求得中點對地泄漏電流I_dis，按照方程式（3）求得剖分導體段軸向電流I_b；

e)、計算不考慮土壤火花放電的沖擊接地電阻R'_c：當不考慮土壤的火花放電時，直接計算不考慮土壤火花放電情況下的節點電壓；

f)、計算考慮土壤火花放電的沖擊接地電阻R_i：當考慮土壤的火花放電時，按照公式（12）計算剖分導體的等效半徑r_eq：

req=ρIdis2πΔlEc---(12);]]>

式中：ρ為土壤電阻率，I_dis為剖分導體段的對地泄漏電流，Δl為導體剖分長度，E_c為土壤的臨界擊穿場強，

E_c按照公式（13）進行計算：

E_c=241ρ^0.215???(13)；

采用等效半徑代替導體半徑r，即將r=r_eq代入(b)-(d)進行循環迭代，直到滿足Δr_eq<ε時停止迭代，ε為迭代誤差，計算考慮土壤火花放電情況下的節點電壓；其中：Δr_eq為兩次計算得到的等效半徑差值，取導體半徑r的1/10～1/5；

g)、根據N次諧波分量的雷電流作用下，對步驟(c)～(f)計算得到的各個諧波分量下的節點電壓Φ_n進行快速傅里葉反變換，得到時域中節點電壓根據標準雷電流I_f的注入序號i，提取電流注入點處的節點電壓采用公式（14）計算接地裝置的沖擊接地電阻：

公式（14）依據沖擊接地電阻的定義公式得到，式中：max(I_std(t))為注入接地極的標準雷電流的最大值，為電流注入點處響應電壓的最大值；

h)、根據步驟(a)-(g)，分別計算不考慮火花放電的沖擊接地電阻R'_c及考慮火花放電的沖擊接地電阻R_i；按照公式（15）計算火花系數α：

α=RiRc′---(15);]]>

四）、根據所計算得到的火花系數α，對卷積計算得到的初始沖擊接地電阻R_c進行修正，計算在標準雷電流作用下的沖擊接地電阻R，計算公式為：

R=α·R_c???（2）。