运行变电站接地网接地阻抗计算研究

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1、运行变电站接地网接地阻抗计算研究　　【摘要】本文综述了一种计算变电站接地网接地阻抗的算法，此算法基于数字瞬时法以及电流镜像的理论化处理。运用几种不同算法及公式得到其准确度和结果。【关键词】变电站；接地网；阻抗；计算1总体简述变电站的接地网应能将短路电流扩散在大地中，首先应避免因发热而使接地网附近的土壤干燥，第二要有限制电势梯度的功能，以把全所范围内的跨步电压限制在安全的程度。变电站设计中的接地电阻的计算成为一个关键因素。在Dwight的早期工作中，研究出了各种不同电极和栅格形状下的接地电阻的计算公式。这些公式是以直流地阻和电容之间的对偶性为

2、基础得到的。多数公式在后来的变电站地阻计算中得到了应用。多数公式在一定的栅格深度及大小的前提下有较高的精度，某些公式被建议用于估算最大故障电流，别的公式对于预先估计地电位升高十分有用。为了精确计算地网电阻，必须使用诸如Schwartz公式之类的公式。7在本文中，给出了用计算器精确计算变电所地网电阻的一种方法。建议的计算方法利用参考文献中指出的导体的直流电阻和它的电容的对偶性原理，利用“瞬时法”精确计算接地系统对地的电容。接地系统的接地电阻利用对偶性原理用下列公式来估算：=此处，以Ω为单位，电阻系数ρ以Ω·m为单位，常数ε0以F/m为单位，电

3、容C以F为单位。这个方法的输出是一个简单公式，具有以下优点：公式基于数字瞬态法及电流图之间的理论上的一一对应关系；此公式给出的接地电阻是和导体尺寸、网格尺寸、在X和Y方向的网格数量、栅格深度、土壤类型等有关的函数；此公式十分简单，不存在一般文章中给出的公式常有的各种需要在图表中查找的参数；用此公式计算得到的结果和用电算方法得到的结果十分接近。2问题陈述用于计算埋设于电阻系数为ρ的土壤之中的计算方法可以用以下顺序来解释：埋设于同质介质中的扁平导体的电阻的计算；对上述计算建立模型，利用瞬时法，计算栅条埋设于同质介质中的电阻；利用镜像法，计算栅网

4、放置于同质土壤表面的电阻；用电流镜像方法，建模并计算埋设于距同质土壤表面深度为h的栅格的接地电阻。第一步：埋设于同质介质中的扁平导体的电阻R0的计算埋设于同质介质中的扁平导体的电容可以直接利用由Chow和Yovanovich在文献中给出的公式计算得到：7（1）式中，A是扁平导体面积，是它的形状系数，如果是方形物体，它的数值为0.9。利用对偶性原理，系统的电阻可以用下面公式计算：（2）此处是土壤的电阻系数综合公式（1）和（2），近似认为为1，系统的电阻可由下式给出：（3）第二步：埋设于同质介质中的栅格的电阻的计算埋设于同质土壤栅网的电容可以由

5、下式给出：（4）以及（5）式中：是栅网的电容是和栅网同样面积的薄导体的电容是栅网中的网格数是栅条的直径是栅网中网格的边长利用对偶性原理，埋人士壤的栅格的电阻由下式给出：（6）第三步：埋设于同质土壤表面的栅网电阻的计算7一个栅网放置于具有电阻系数为的同质土壤的表面。上层空气的电阻系数假设为无穷大。这个条件下形成的栅网和原始栅网是一致的。这样这个系统的电阻由下式给出：（7）将的值代人公式（7）中，得到：（8）第四步：埋设于同质土壤距表面为深度的栅网电阻计算由于栅网埋设于距表面深度为的同质土壤中，使用了两个栅网模型用于计算电阻。空气一土壤界面的反

6、射形成了一个电流镜像，即，第二个栅网位于真实栅网的高度为2的地方。地阻的结果由下式给出：（9）将的数值代人公式（9）中，重新整理得到：（10）方程（10）给出了一个具有个网格，每个网格的边长为，栅条直径为的接地栅网。栅网埋设于距地面深度为的同质土壤中，其土壤电阻系数为，栅网的总面积为。3比较结果将用本文推荐的公式计算得到的结果和其它文章发表的公式计算得到的结果进行比较。用于比较的公式为：（1）Dwight公式（1）7（11）（2）Laurent及Nieman公式（3），也称作IEEE标准8O公式（12）（3）Nahman和Skuletich

7、公式（4）（13）（4）Schwartz公式（5）（14）此处：栅网埋深为栅网埋深为0，当，当，当=栅网长/宽，当，当，当（5）Sverak公式（7，8）（15）（6）EPRI电算化分析结果7此方法由佐治亚技术研究所开发完成的。这些电算分析得到的结果用以下形式给出（16）此处，是用IEEE标准80公式（12）预测得到的接地电阻值。是接地网电阻矫正因子。图1示出了用6个公式计算一个变电站的接地网随不同栅网长度变化得到的计算结果。栅网长度是用于接地网所有导体的长度和。在此图中，栅网长度从20m×20m一直变化到100m×100m，导体直径为0.

8、01m。栅网中网格的数量为7×7。由本文推荐公式计算得到的接地电阻数值是和EPRI电算方法得到的结果最为接近的，两种方法得到的结果分别示于图5中的曲线7和6。图1接地电阻和栅网长