变电站内水平多层土壤参数反演

接地网是变电站的重要组成,起到保障变电站设备安全运行和工作人员安全的作用。IEEE Std80-2000指出,变电站内水平多层土壤的参数分布特性对接地网的接地性能有很大影响。视在电阻率是直接反映水平多层土壤参数的电学指标,因此基于Wenner法建立水平多层土壤的视在电阻率模型是研究其参数特性的重要手段。基于点电流源在水平多层土壤中满足的泊松方程和边界条件,建立了广义积分形式的视在电阻率计算公式;结合 Prony 展开式和 Lipschitz积分得出了有限项求和形式的视在电阻率复镜像表达式。利用视在电阻率测量值和计算值间的均方根误差函数建立了水平多层土壤参数反演模型。采用改进粒子群算法(improved particle swarm optimization,IPSO)拟合不同电极间距离d情况下视在电阻率;优化过程结束后,最小适应度函数对应的粒子被作为最优土壤参数输出。通过与已发表论文中水平两层和三层土壤参数模型对比,验证了所提算法在反演水平多层土壤参数时是有效、可行的。此外,由于测量的视在电阻率是在d>10t(d为电极间距,t为电极入地深度)假设下进行简化得出的,所以提出剔除d<1m时无效的视在电阻率测量值的方法来提高水平多层土壤参数估计的精度,该方法也能够对采用Wenner法的视在电阻率现场测量提出指导意见。     

垂直多层土壤的格林函数

为解决垂直多层土壤格林函数理论推导复杂和数值求解方法繁琐的问题,提出了符号方程理论推导方法和自适应高精度复镜像数值求解的方案。符号方程法借助镜像变换和分离变量法实现了机械化推导,可以求得格林函数通用的封闭表达式。自适应高精度复镜像法先使用二次采样方法对格林函数的封闭表达式进行智能采样,然后运用矩阵束法直接对离散化的格林函数系数进行复镜像拟合,能够显著提高计算的效率和精度,弥补了传统Prony法和广义函数束法在数值稳定性和精度方面的不足。经由算例对比,该方法准确有效,可以应用于垂直或水平多层土壤接地问题的计算。     

多层土壤接地网设计的机辅分析方法

提出了基于计算机辅助分析的变电站接地网设计方法。主要内容包括：从现场实测在接地电阻率出发,得到多层土壤结构模型;计算出多层不均匀土壤条件下不同地风结构,包括立体地网的接地电阻;分析并设计得到更经济合理的地网;同时给出地网的电位分布。     

高土壤电阻率地网的降阻改造

薛家湾矿区２２０ｋＶ变电站由于土壤电阻率很高，短路电流较大，以致地网接地阻实际值远远超过设计值，成为威胁设备安全的隐患，因而进行了地网降阻的技术改造，本文介绍了该项改造的技术方案、工程布置、设计计算及效果测试等内容。     

分层土壤中接地板接地参数的计算分析

以镜像法为理论基础,求解分层土壤中接地板的接地参数,分别计算出不同构造接地极的接地参数。对同等大小的接地网和接地板分模型接地参数进行了比较,为解决加密地网不易被模拟问题提供了一种解决办法。     

垂直分层土壤中引外接地网的格林函数

为解决分层土壤中引外接地网的格林函数理论推导复杂和数值求解方法繁琐的问题,提出一种适用于具有任意分层的水平土壤结构的计算点电流源电流场的递推算法,即利用傅氏变换对贝塞尔函数进行转换,复镜像法对系数进行展开,通过土壤边界条件推导出格林函数通用表达式,避免了极为复杂的公式表达.经算例对比得出,该方法准确有效,可以应用于水平多层土壤接地问题的计算.     

复杂测试条件下分层土壤模型的建立

针对任意布置电压和电流测量极情况下反演土壤模型的计算方法,以及变电站进行后期扩建时测量土壤参数时应选择的测试极与接地网最小距离的问题,基于水平多层土壤中的格林函数和不等间距接地网计算模型,建立了任意布置接地极和考虑接地网影响情况下土壤水平分层模型参数的反演计算方法.在验证该计算方法的同时,说明了等距四极法、直线四极法、...     

高土壤电阻率地区变电站地网设计

针对高土壤电阻率地区变电站接地系统的接地电阻很难满足规程要求的问题,结合工程实例讨论了变电站的接地网设计方法。采用先进的接地系统辅助设计工具——CDEGS软件包对高土壤电阻率变电站的接地系统进行设计,接地电阻、接触电位和跨步电位的计算结果证明,该设计方法行之有效。     

水平多层土壤参数反演的粒子群优化

高精度的土壤参数反演是保障接地设计和研究准确度的关键。推导了水平多层土壤反演时格林函数的通用表达式,并在基础上得到了视在电阻率与土壤参数、电极埋深、极距的函数关系。水平多层结构土壤视电阻率曲线比较平滑,可以以此作为测量数据能否作水平多层土壤反演的依据。以计算值和测量值之间的均方根误差作为反演的目标函数,引入粒子群算法进行水平多层土壤参数的反演求解。经由标准接地计算软件CDEGS和其他方法的对比算例验证:粒子群反演方法无需计算目标函数关于土壤参数和电极埋深的导数,简单可靠,准确有效;粒子群反演方法可以加入土壤层数的控制且具有较强的跳出局部收敛点能力;粒子群反演方法比MATLAB优化计算工具箱的遗传算法、模拟退火法具有更快的收敛速度且反演精度更高。本文方法适用于任意布置四极法情况下任意参数的水平多层土壤参数反演。     

ρ-α曲线法在测定大地电阻率中的应用

文章在对Wenner四电极法测量土壤电阻率的研究基础上,以ρ-α曲线作为主要工具来对多层土壤的电阻率分布情况进行测定.通过建立真实的土壤比例模型,将测试出的土壤电阻率数据绘成ρ-α曲线,并将理论推定的结果与实际情况作了对比分析.结果表明,用ρ-α曲线法推定的大地土壤电阻率的分布情况,其趋势与实际情况相符,但限于实验条件在精确度上略有偏差.因此,该方法作为推定大地电阻率分布的方法之一是比较可行的,相比其它破坏性的测试方法尤为简便、快速、经济.     

Study Apparent Grounding Resistivity in Vertical-layer Soil

Soil structure effects grounding systems designed to guarantee safe operation of electric power systems. This work investigated effects of the presence of two/three vertical adjacent mediums on measured apparent soil resistivity. The Wenner method was used to measure the apparent soil resistivity in the vertical-layer soil. Different vertical-layer soils were studied, such as two-vertical-layer soil, three-parallel-vertical-layer soil, and three-perpendicular-vertical-layer soil. Numerical models were used to model the four electrodes at different vertical-layer soil by using the current source simulation method. The measured apparent soil resistivities at different vertical-layer soils were compared with the apparent soil resistivity at a uniform-layer soil. Results show that the apparent soil resistivity was affected by the presence of vertical-layer/s soil. Different parameters affected the measured apparent soil resistivity, such as measuring angle slope with vertical layer, distance between measuring electrodes, and distance between measuring electrodes and interface between the vertical-layer soil.     

多层水平土壤地表电位分布的仿真分析

直流输电入地电流可能在交流系统内分布,对变压器和电网安全运行造成一系列不良影响。地表电位（ESP）分布是直流分布的重要参数,为提高数值计算的精度,基于矩阵束方法提出了一种求解格林函数的高阶复镜像法。算例证明了接地标准软件CDEGS在求解奇异格林函数时存在缺陷,高阶复镜像法克服了过往方法的不足,可以精确求解任意参数多层水...     

多层水平土壤对交流电网直流分布的影响

直流输电入地电流在交流系统内分布,对变压器和电网造成不良影响。为探讨多层水平土壤情况下直流分布的规律,建立了直流分布的完整计算模型,通过数值计算分析了直流极的简化处理方法案和4层水平土壤对直流分布的影响。计算结果表明:在变电站距离大于10倍直流极尺寸的情况下可以用点电流源代替具体的直流极;场参数的求解是本模型关键,直流模型的场参数实质就是互阻,大型交流电网直流分布不能忽略变电站间互阻的影响;变电站接地电阻和地电位分布均受到大地参数作用呈现一致变化,但受影响程度不同,两者对交流电网总体直流分布的作用相反,造成直流分布呈现非线性变化;大地参数变化至一定程度时不会明显直流分布改变。     

高土壤电阻率沙地风电场的接地研究

针对江西地区沙地风电场土壤电阻率高的问题,对目前风电场普遍采用的深埋接地板、外引接地线、接地模块、单个风机接地网互连等接地方案在沙地风电场中的缺点进行了详细的分析。考虑接地工程对造价、施工周期的要求,在工程实践中进行积极探索和研究,推荐在沙地风电场接地工程中,采用钢接地棒、用洛阳铲做接地井、在风机场地下做三层地网等多种措施的联合实施方案。     

直流电流密度对土壤电阻率的影响

高压直流输电系统的接地电流在1 000 A以上,为确保直流接地系统的安全运行,该文对直流电流密度与土壤电阻率的关系进行了研究。首先,利用多孔介质模型分析直流条件下土壤的导电机制,得出土壤电阻率的计算公式以及直流电流密度对土壤电阻率的影响规律。然后设计相应的实验进行定量分析,认为离子携带的总电荷数|zi|Ci以及离子迁移能力mi是影响土壤电阻率的主要因素,这种影响可以按直流电流密度的大小分为3个区段,第1个区段内土壤电阻率不随电流密度变化;第2个区段内土壤电阻率随电流密度增大而快速上升;在第3个区段,土壤电阻率随着电流密度的上升而快速下降。文中对造成这种现象的原因进行解释,并建立简化数学模型,该模型可以对不同直流电流密度下的土壤电阻率进行近似计算。     

杆塔接地电阻及土壤电阻率测量中存在的问题分析及改进措施

文章针对安徽池州供电局的4条110kV输电线路杆塔接地电阻和土壤电阻率的测量误差,采用数据对比、理论计算的方法并配合电路模型,分析了测量误差的产生原因。结果表明：杆塔接地电阻的测量结果与辅助电压线、电流线的布线长度、方向以及测量时的天气等密切相关;ZC29B-1型接地电阻测量仪由于其内部结构特征,不适合作为测量土壤电阻率的工具。     

高土壤电阻率地区变电站接地网设计思路

针对高土壤电阻率地区变电站接地系统的接地电阻很难满足规程要求的问题,根据设备安全与人身安全的要求,分析了接地网设计的约束条件,并结合工程实例讨论了常规的接地网设计方法在高土壤电阻率地区的局限性;提出了一种不拘泥于现有规程中接地电阻限值的设计思路,即结合变电站的运行参数与设备参数得到接地电阻允许值的上限并利用均衡电压的思想优化接地网结构,然后根据接触电压与跨步电压的要求校核、修改设计方案以保证人身安全,同时,适度增加对一、二次设备保护的投入,保证设备安全。在高土壤电阻率地区,将放宽接地电阻上限值与加强设备保护的思想结合,可降低工程总体造价,达到技术经济综合优化。实践证明,这种思路行之有效。     

应用可控源音频大地电磁法的土壤电阻率测量

采用准确测量土壤电阻率设计的地网可使设计误差达到最小,对电力系统的可靠运行具有重要意义。可控源音频大地电磁法(controlled source audio-frequency magneto-telluric,CSAMT)是一种成功应用于煤、油、气等资源探测的物探技术。基于CSAMT法及Schlumberger法基本原理建立了测量土壤电阻率的模型,在均匀半空间条件下,利用接地分析软件CDEGS实现了土壤电阻率的仿真测量。结果表明,CSAMT法所测土壤电阻率在很宽一段频率范围内基本保持不变,且与真实土壤电阻率的误差很小,表明所测土壤为均匀土壤;而Schlumberger法所测结果与真实值误差较大,且在频率较高时所得结果完全不可信,证实了CSAMT法测量土壤电阻率的高准确性。