[發明專利]一種含塊狀介質的雙層土壤接地電阻的計算方法

有效

• 申請號: 201410410001.3
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104198820B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 潘文霞;劉銅錘;唐靚;周建文;宋景博;黃濤
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01R27/20
• 分類號: G01R27/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 葛瀟敏

技術領域

本發明涉及一種含塊狀介質的雙層土壤接地電阻的計算方法，屬于電力系統接地技術領域，具體涉及塊狀介質穿入下層土壤的計算模型和計算方法。

背景技術

目前我國特高壓交直流電網陸續設計、建設和投運。隨著我國堅強智能電網的建設，以特高壓電網為核心的骨干網架正在形成。電網的等級越來越大，系統輸送的容量也隨之提高，對電力系統運行的安全、穩定和經濟性提出了更高的要求。作為保證電力系統安全運行、電氣設備正常運轉和工作人員人身安全的重要舉措，電力系統的接地技術的利用必不可少。在計算接地參數時，土壤模型的建模和接地體的結構對計算結果的精度影響較大。接地系統中的土壤電阻率變化不大時，可建立均勻土壤模型。相反，接地系統中的土壤電阻率有顯著變化，對于這種非均勻的土壤結構，考慮土壤電阻率變化的方式。在垂直方向上，土壤電阻率隨著深度的增加呈階梯形變化，則建立水平分層土壤模型；在水平方向上，土壤電阻率隨著長度的增加呈階梯形變化，則建立垂直分層土壤模型。近年來隨著混凝土基礎在接地工程中的應用，含塊狀介質的分層土壤接地模型也被提出作為研究對象，該類接地模型由于涉及多介質復雜土壤條件，需考慮的邊界條件較多，因此計算該類接地模型的接地電阻也相對困難。研究含塊狀介質分層土壤接地模型的計算方法對解決目前出現的接地模型有重要意義。

目前在計算含塊狀介質的分層土壤接地模型的接地電阻，土壤模型通常作如下考慮：1.分層土壤等效為均勻土壤，考慮均勻土壤條件下含塊狀介質的計算模型；2.忽略塊狀介質對接地系統的影響，考慮分層土壤條件下的接地模型；3.僅考慮分層土壤條件下塊狀介質處在上層土壤的接地模型。實際工程中接地系統的塊狀介質穿入下層時，在計算該接地系統的接地電阻若仍按以上土壤模型考慮的話，將會出現較大的誤差。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種含塊狀介質的雙層土壤接地電阻的計算方法，其計算結果更精確。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種含塊狀介質的雙層土壤接地電阻的計算方法，所述含塊狀介質的雙層土壤模型包括地面及地面以下的上層土壤、下層土壤、塊狀介質和至少一根圓柱形接地體，所述塊狀介質均勻分布在上層土壤與下層土壤中，接地體垂直插入地表以下，被塊狀介質完全包圍；由恒定電流場的鏡像法原理知道，將位于地面以下的含塊狀介質的雙層土壤模型以地面為對稱面作一個虛設含塊狀介質的雙層土壤模型，整個接地系統處于真空；其特征在于：計算方法包括以下幾個步驟：

步驟一：將接地體的長度L平均分成m個單元，取每個單元接地體中點的三維坐標；所有分界面的面積由三部分組成：s＝s₁+s₂+s₃，s₁是上層土壤與塊狀介質的分界面的面積，s₂是下層土壤與塊狀介質的分界面的面積，s₃是上層土壤和下層土壤的分界面的面積，將s₁平均剖分成t個矩形單元，s₂平均剖分成k個矩形單元，s₃平均剖分成h-m-t-k個矩形單元，h為該接地系統總的剖分數目，取每個矩形單元中心的三維坐標；

整個地面以下的場域中任意一點M(x,y,z)的電位表示為：

式中ρ_c是塊狀介質的電阻率，δ是沿接地體表面流散的電流密度，δ＝{δ₁,δ₂,…,δ_m}，R_MP是接地體上任一點P點到M點的距離，R'_MP是對應R_MP的鏡像，dl是接地極單元長度；σ是各分界面上的電荷密度，σ＝{σ_m+1,σ_m+2,…,σ_h}，ds是分界面單元面積，ε₀是真空中的介電常數；

步驟二：設接地極電位是當M點在接地極上時，有：

且各介質分界面的邊界條件有：

式中和分別是塊狀介質、上層土壤和下層土壤中任一點的電位，ρ_c、ρ₁和ρ₂分別是塊狀介質、上層土壤和下層土壤的電阻率，n是法線方向，r是接地體的橫截面半徑；

步驟三：設s₁上任意一點P₀處的電荷密度為σ_P0，將(1)式帶入(3)式中得到：