一種雙層土壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙層土壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：S01、利用復(fù)鏡像法計(jì)算出雙層土壤的格林函數(shù)G1；S02、基于場路結(jié)合的方法，結(jié)合矩量法建立引外接地網(wǎng)接地電阻不等電位模型，并計(jì)算出接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G的電位及接地網(wǎng)所有散流；S03、獲取地表面接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G的位置、入地電流I0和地表面電流極C的位置，建立求解GC連接線上電壓極P位置的模型，計(jì)算出電壓極P的位置；S04、GP之間的電壓除以入地電流I0即為測量得到的雙層土壤接地網(wǎng)的接地電阻?？蓽?zhǔn)確測量處于雙層土壤中的接地網(wǎng)的接地電阻。
【專利說明】
-種雙層±壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種雙層±壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 接地電阻是發(fā)電站、變電站接地系統(tǒng)的重要指標(biāo)，是衡量接地性能安全性、有效性 的重要參數(shù)，因此需對發(fā)電站、變電站接地網(wǎng)接地電阻進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
[0003] 均勻±壤中的情況下，一般采用0.618法，該方法可較好地測出接地網(wǎng)的接地電 阻，但在雙層±壤中，該方法將會產(chǎn)生較大的誤差，目前對于雙層±壤中接地網(wǎng)接地電阻測 量的方法都存在一定的誤差，有的誤差甚至超過百分之=十，因此急需一種能準(zhǔn)確測量雙 層±壤中接地網(wǎng)接地電阻的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種雙層±壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，可準(zhǔn)確 測量處于雙層±壤中的接地網(wǎng)的接地電阻。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種雙層±壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0007] SO1、利用復(fù)鏡像法計(jì)算出雙層±壤的格林函數(shù)Gi;
[000引S02、基于場路結(jié)合的方法，結(jié)合矩量法建立引外接地網(wǎng)接地電阻不等電位模型， 并計(jì)算出接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G的電位及接地網(wǎng)所有散流；
[0009] S03、獲取地表面接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G的位置、入地電流Io和地表面電流極C的位 置，建立求解GC連接線上電壓極P位置的模型，計(jì)算出電壓極P的位置；
[0010] S04、GP之間的電壓除W入地電流Io即為測量得到的雙層±壤接地網(wǎng)的接地電阻。
[0011] 優(yōu)選，步驟S03中，地表面電流極C的入地電流為-I〇，G、C之間的距離化C大于接地網(wǎng) 直徑，電壓極點(diǎn)P在G、C連接線上，假設(shè)接地網(wǎng)劃分為n段，m個節(jié)點(diǎn)，設(shè)G、P之間距離Dgp為X，則 格林函數(shù)(h簡寫成X的函數(shù)為Gi(X),則求解GC連接線上電壓極P位置的模型為：
[0012]
[OOK]式中，。為節(jié)點(diǎn)散流矩陣，目=1、2. . .m;
[0014]計(jì)算出X的值，得到P點(diǎn)的位置。
[001引優(yōu)選，在步驟SOl中，應(yīng)用prony方法，將雙層±壤要擬合的函數(shù)f(A)展開成有限項(xiàng) 復(fù)系數(shù)指數(shù)函數(shù)；
[0016] 其中：k=(P2-Pi)/(化+Pi),化為上層±壤電阻率，化為下層±壤電阻率;h為上層± 壤厚度;〇。、拉是用prony方法計(jì)算出的系數(shù);N為展開的項(xiàng)數(shù)；
[0017] 采用復(fù)鏡像法得到雙層±壤中的格林函數(shù)為：
[001 引
[0019] ，r為源點(diǎn)到場點(diǎn)水平距離，Z為場點(diǎn) 的Z軸上的坐標(biāo)，坐標(biāo)系W大地表面為xy平面，Z軸向下為正，hi為接地網(wǎng)埋深；
t
[0020] 優(yōu)選，在步驟S02中建立如下數(shù)學(xué)模型：
[0021] 電磁場模型:RI =U
[0022] 其中：假設(shè)接地網(wǎng)劃分為n段;R為nXn階導(dǎo)體互阻的矩陣；I為nXl階導(dǎo)體段散流 的矩陣;U為n X 1階導(dǎo)體平均電位的矩陣；
[0023] 電路模型
[0024] 其中：假設(shè)接地網(wǎng)劃分為n段，m個節(jié)點(diǎn)；J是mXl階節(jié)點(diǎn)電流的矩陣;V是mXl階節(jié) 點(diǎn)電壓的矩陣;Y為mXm階節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣;A為mXn階節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣；Z為nXn階阻抗矩陣;Z -1為Z的逆矩陣;AT為A的轉(zhuǎn)置矩陣；
[00巧]場路結(jié)合模型
[002引其中：In為mX 1階節(jié)點(diǎn)散流矩陣;K為n Xm階系數(shù)矩陣，kT是K的轉(zhuǎn)置矩陣;F為mX 1 階節(jié)短路電流矩陣；
[0027] 進(jìn)一步推導(dǎo)d
[002引 Y'為mXm階節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；
[0029] 根據(jù)R，Y，K矩陣，求出節(jié)點(diǎn)電壓矩陣V，得到各個節(jié)點(diǎn)的電壓值，進(jìn)而得到接地網(wǎng)電 流入地點(diǎn)G的電位Vg日，同時(shí)得到節(jié)點(diǎn)散流矩陣In=KTitIkv，表示成Ie，0 = 1、2.. .m。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：
[0031] 由于常用遠(yuǎn)離法測量雙層±壤接地電阻時(shí)誤差較大，因此在遠(yuǎn)離法的基礎(chǔ)上加W 改進(jìn)，確定電壓極的位置。根據(jù)復(fù)鏡像法求出雙層±壤格林函數(shù)，結(jié)合引外接地網(wǎng)接地電阻 不等電位模型，求出接地網(wǎng)每段的散流，在給定接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G及一個電流極C位置后， 可W計(jì)算出G、C之間的地表電位，采用優(yōu)化的方法，求出使接地電阻測量誤差最小的電壓極 P的位置，從而可W準(zhǔn)確地測量出雙層±壤中接地網(wǎng)的接地電阻。
【附圖說明】
[0032] 圖1是本發(fā)明一種雙層±壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，W使本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可W更好的理解本發(fā)明并能予W實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限 定。
[0034] 如圖1所示，一種雙層±壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，包括如下步驟：
[0035] SOI、利用復(fù)鏡像法計(jì)算出雙層±壤的格林函數(shù)Gi;
[0036] S02、基于場路結(jié)合的方法，結(jié)合矩量法建立引外接地網(wǎng)接地電阻不等電位模型， 并計(jì)算出接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G的電位及接地網(wǎng)所有散流；
[0037] S03、獲取地表面接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G的位置、入地電流10和地表面電流極C的位 置，建立求解GC連接線上電壓極P位置的模型，計(jì)算出電壓極P的位置；
[0038] S04、GP之間的電壓除W入地電流Io即為測量得到的雙層±壤接地網(wǎng)的接地電阻。
[0039] 下面按照步驟順序進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0040] 在步驟SOl中，應(yīng)用prony方法，將雙層±壤要擬合的函數(shù)f (A)展開成有限項(xiàng)復(fù)系 數(shù)指數(shù)函數(shù)：
[0041]
[00創(chuàng)其中：k=(P2-Pi)/(P2+Pi)，P功上層±壤電阻率，P勸下層±壤電阻率;h為上層± 壤厚度;On、私是用prony方法計(jì)算出的系數(shù);N為展開的項(xiàng)數(shù)，，一般取4就可W滿足精度。
[0043] 要田官館條法俱面I刑民+德由的惚城巧撕^ ；
[0044]
[0045] 其中
r為源點(diǎn)到場點(diǎn)水平距離，Z為場點(diǎn) 的Z軸上的坐標(biāo)，坐標(biāo)系W大地表面為xy平面，Z軸向下為正，hi為接地網(wǎng)埋深；
[0046] 在步驟S02中建立如下數(shù)學(xué)模型：
[0047] 電磁場模型:RI =U
[004引其中：假設(shè)接地網(wǎng)劃分為n段;R為nXn階導(dǎo)體互阻的矩陣；I為nXl階導(dǎo)體段散流 的矩陣;U為n X 1階導(dǎo)體平均電位的矩陣；
[0049] 電路模型：
[0050] 其中：假設(shè)接地網(wǎng)劃分為n段，m個節(jié)點(diǎn)；J是mXl階節(jié)點(diǎn)電流的矩陣;V是mXl階節(jié) 點(diǎn)電壓的矩陣;Y為mXm階節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣;A為mXn階節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣；Z為nXn階阻抗矩陣;Z -1為Z的逆矩陣;AT為A的轉(zhuǎn)置矩陣；
[0化1]場路結(jié)合模型；
[0052]其中：In為mXl階節(jié)點(diǎn)散流矩陣;K為n Xm階系數(shù)矩陣，KT是K的轉(zhuǎn)置矩陣;F為mXl 階節(jié)短路電流矩陣；
[0化3] 進(jìn)一步推導(dǎo)出
[0054] Y'為mXm階節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；從上式可W看出：只需得到R，Y，K矩陣，就可W求出節(jié) 點(diǎn)電壓矩陣V，得到各個節(jié)點(diǎn)的電壓值，進(jìn)而得到接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G的電位Vgo,同時(shí)得到節(jié) 點(diǎn)散流矩陣In=KTr-Ikv,表示成目=1、2. . .m。
[0055] 步驟S03中，先獲取地表面接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)的位置G、入地電流為1〇、地表面電流 極C的位置，其中，電流極C的入地電流為-Io，G、C之間的距離化C需大于接地網(wǎng)直徑，電壓極 點(diǎn)P在G、C連接線上，假設(shè)接地網(wǎng)劃分為n段，m個節(jié)點(diǎn)，設(shè)G、P之間距離Dgp為X，則格林函數(shù)Gi 簡寫成X的函數(shù)為Gi(X)D
[0化6]接地網(wǎng)m個散流在P點(diǎn)產(chǎn)生的電位為：
在G點(diǎn)產(chǎn)生的電位通過計(jì)算 為:Vgo。
[0057]電流極C在P點(diǎn)產(chǎn)生的電位為：Vp2 = -1 oGi (X);在G點(diǎn)產(chǎn)生的電位為：Vg2 = -1 oGi (Dgc) O
[005引 P點(diǎn)實(shí)際電位為；
[0059 ] G 點(diǎn)實(shí)際電位為:Vg = Vg〇+Vg2 = Vgo- I oGi ( Dgc )
[0060] G、P之間的電壓為；
[OOW] 接地電阻計(jì)算值Ro = Vgo/ Io，測量值R = Vgp/ Io，要使接地電阻測量值R符合Ro，則Vgp = Vgo。
[0062] 推出求解GC連接線上電壓極P位置的模型為：
[0063]
[0064] 式中，Ie為節(jié)點(diǎn)散流矩陣，0 = l、2...m，可W利用計(jì)算機(jī)求解，求出X的值，得到P點(diǎn) 的位置，則接地電阻測量值為G、P之間的電壓除W入地電流1〇,即R=Vgp^Od
[0065] 只需計(jì)算出電壓極的位置，就可W準(zhǔn)確測量雙層±壤中接地網(wǎng)接地電阻。W圖1為 例，接地網(wǎng)是IOOX 100m，橫豎導(dǎo)體數(shù)為5X5的矩形，材料為鋼導(dǎo)體，等效半徑為0.009m，埋 深為0.6m，電流頻為50化，上層±壤電阻率為30 Q ? m，上層±壤厚度為10m，下層±壤電阻 率為300 Q ? m。設(shè)G點(diǎn)在接地網(wǎng)中屯、的正上方地表面，電流極C的位置設(shè)在距離地網(wǎng)中屯、 200m的地方，泄露電流Io為1A。電壓極點(diǎn)P在G、C連接線上，通過計(jì)算得至ljx=144m，即Dgp = 144m，用電壓表測出G、P之間的電壓Vgp再除Wlo,即可測出此接地網(wǎng)的接地電阻，巧慢值大 約為3 = ￥。。/1日=0.5913〇。
[0066] 由于常用遠(yuǎn)離法測量雙層±壤接地電阻時(shí)誤差較大，因此在遠(yuǎn)離法的基礎(chǔ)上加W 改進(jìn)，確定電壓極的位置。根據(jù)復(fù)鏡像法求出雙層±壤格林函數(shù)，結(jié)合引外接地網(wǎng)接地電阻 不等電位模型，求出接地網(wǎng)每段的散流，在給定接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G及一個電流極C位置后， 可W計(jì)算出G、C之間的地表電位，采用優(yōu)化的方法，求出使接地電阻測量誤差最小的電壓極 P的位置，從而可W準(zhǔn)確地測量出雙層±壤中接地網(wǎng)的接地電阻。
[0067] W上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān) 的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙層土壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，其特征在于，包括如下步驟： 501、 利用復(fù)鏡像法計(jì)算出雙層土壤的格林函數(shù)G1; 502、 基于場路結(jié)合的方法，結(jié)合矩量法建立引外接地網(wǎng)接地電阻不等電位模型，并計(jì) 算出接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G的電位及接地網(wǎng)所有散流； SO 3、獲取地表面接地網(wǎng)電流入地點(diǎn)G的位置、入地電流I 〇和地表面電流極C的位置，建立 求解GC連接線上電壓極P位置的模型，計(jì)算出電壓極P的位置； S04、GP之間的電壓除以入地電流Io即為測量得到的雙層土壤接地網(wǎng)的接地電阻。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層土壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，其特征在于，步 驟S03中，地表面電流極C的入地電流為-I〇，G、C之間的距離D gc大于接地網(wǎng)直徑，電壓極點(diǎn)P 在G、C連接線上，假設(shè)接地網(wǎng)劃分為η段，m個節(jié)點(diǎn)，設(shè)G、P之間距離Dgp為X，則格林函數(shù)G1簡寫 成X的函數(shù)SG 1(X)，則求解GC連接線上電壓極P位置的模型為：式中，Ie為節(jié)點(diǎn)散流矩陣，θ = 1、2· · .m; 計(jì)算出X的值，得到P點(diǎn)的位置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層土壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，其特征在于，在 步驟SOl中，應(yīng)用prony方法，將雙層土壤要擬合的函數(shù)f (λ)展開成有限項(xiàng)復(fù)系數(shù)指數(shù)函數(shù)：其中：Ii=(P2-P1)Z(PdP1)， P1為上層土壤電阻率，P2為下層土壤電阻率;h為上層土壤厚 度;αη、βη是用prony方法計(jì)算出的系數(shù);N為展開的項(xiàng)數(shù);采用復(fù)鏡像法得到雙層土壤中的格 林函數(shù)為：其中：C = ψ?ν'- - ?= φ'1 ，r為源點(diǎn)到場點(diǎn)水平距離，z為場點(diǎn)的z軸上的坐標(biāo)，坐 標(biāo)系以大地表面為xy平面，z軸向下為正，Iu為接地網(wǎng)埋深；4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙層土壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，其特征在于，N 取4。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層土壤中接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，其特征在于，在 步驟S02中建立如下數(shù)學(xué)模型： 電磁場模型:RI =U 其中：假設(shè)接地網(wǎng)劃分為η段;R為nXn階導(dǎo)體互阻的矩陣；I為nXl階導(dǎo)體段散流的矩 陣;U為η X 1階導(dǎo)體平均電位的矩陣； 電路模型^ V 其中：假設(shè)接地網(wǎng)劃分為η段，m個節(jié)點(diǎn)；J是mX 1階節(jié)點(diǎn)電流的矩陣;V是mX 1階節(jié)點(diǎn)電 壓的矩陣;Y為mXm階節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣;A為mXn階節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣;Z為nXn階阻抗矩陣;Z-1為Z 的逆矩陣;AtSA的轉(zhuǎn)置矩陣： 場路結(jié)合模其中：In為m X 1階節(jié)點(diǎn)散流矩陣;K為η X m階系數(shù)矩陣，K^K的轉(zhuǎn)置矩陣；F為m X 1階節(jié)短敗由瘡祐昽. 進(jìn)一步推導(dǎo)出 Y '為m Xm階節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣； 根據(jù)R，Y，K矩陣，求出節(jié)點(diǎn)電壓矩陣V，得到各個節(jié)點(diǎn)的電壓值，進(jìn)而得到接地網(wǎng)電流入 地點(diǎn)G的電位V?，同時(shí)得到節(jié)點(diǎn)散流矩陣In=KtIT1KV,表示成Ιθ，Θ = 1、2. . .m。
【文檔編號】G01R27/20GK106018970SQ201610666641
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月12日
【發(fā)明人】潘文霞, 柴守江, 孫宏航, 楊剛
【申請人】河海大學(xué)