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发、变电站不规则接地网接地参数计算方法研究

更新时间:2016-07-05

接地网是发、变电站安全可靠运行的基本保障,当发、变电站出现短路电流,并流入接地网时,如果此时接地网接地电阻等参数不满足设计要求,地表电位将会异常升高,从而产生危及人身安全的跨步电压、接触电压,甚至造成大面积停电[1]。发、变电站的接地网一般是矩形网状的结构,但随着电力系统的发展以及电网规模不断扩大,发、变电站的接地网有可能是好几块地网相连,又或者是接地网经过后期改造,扩大了接地网、增加了引外地网等,使原本矩形结构的接地网变得不规则,有必要研究不规则接地网的接地参数计算方法[2-3]

目前对于不规则接地网的接地参数计算主要有两种方法:解析计算方法和数值计算方法。解析计算公式虽然使用起来简单方便,但其缺点也很明显:将不规则接地网等效成规则的形状以便计算,这势必会产生比较大的误差;处于复杂土壤中的发、变电站接地网,例如垂直分层土壤,解析计算公式一般无法计算;大型接地网的短路电流入地点的位置,对其接地参数有比较大的影响,而解析计算公式没有体现这一点,只能计算出唯一值[4-7]。随着科技的飞速发展,计算机技术越来越成熟,数值计算方法应用的越来越普遍。数值计算是将不规则的接地网细分成大量小段,然后采用计算机来求解已建立的接地参数模型。以往的数值计算方法计算接地网接地参数时,将接地网视为等电位体,即不考虑短路电流入地点位置的影响,对于大型接地网,其结果与实际差距较大[8-9]

现在的数值计算方法多采用接地网不等电位计算模型,考虑了接地网导体与自身的自感、自阻,导体与导体之间的互感、互阻,文献[10]采用了这种方法,得到了较为精确的结果,但并没有详细交代接地网导体数据录入的问题,对于发、变电站规则的矩形接地网,可以通过输入该矩形的长、宽,以及横竖导体根数,编程自动划分接地网导体段的坐标信息;但对于不规则接地网,则必须手动输入各个导体段的坐标信息,为了使计算结果更精确,必定要输入大量信息,这样费时费力,对于大型复杂的不规则接地工作量更大。

本文提出建立不规则接地网不等电位模型[11-13],编写不规则接地网接地参数计算程序,采用AutoCAD绘制不规则接地网,然后用数据提取功能,将不规则接地网导体数据导入本文所编写的程序,最终计算出发、变电站不规则接地网的接地参数,并与国际著名接地分析软件CDEGS对比,验证方法的正确性。

1 不规则接地网接地参数计算模型

对于大型不规则接地网,当有短路电流出现时,其接地网上电压处处不相等,因此需要考虑接地网导体与自身的自感、自阻,导体与导体之间的互感、互阻,建立发、变电站不规则接地网不等电位计算模型。

1.1 电流场模型

将发、变电站不规则接地网自动划分成n段,由矩量法,得

(1)

(2)

治理酒托乱象,除了打击站在最前面的酒托,还不能遗漏幕后操纵者。如果忽略了更可恶的主使者,就难以遏制酒托乱象。

式(2)还可写为

(3)

洙赵新河流域西靠黄河,东临南阳湖,北接梁济河流域,南与万福河和东鱼河搭界,属黄泛冲积平原,地势西高东低,流域总面积4 206 km2。其中菏泽市境内流域面积4 119 km2,流域内耕地 431万亩(28.73万 hm2)、人口450万人,粮食单产600 kg以上,棉花单产60 kg以上。含有京九铁路、兖新铁路、菏泽电厂、济菏高速、巨野煤矿等重要保护目标。

RI=U

(4)

1.2 电路模型

假设该不规则接地网共有n条支路、m个节点,由电路基础知识节点电压法得:

J=YV

(5)

Y=AZ-1AT

(6)

Zii=zii+jωMiii=1~nω=2πf

(7)

(8)

式中 J——节点电流矩阵,即各个节点的节点电流,m×1阶;V——节点电压矩阵,即各个节点的节点电压,m×1阶;Y——节点导纳矩阵,m×m阶;A——节点关联矩阵,m×n阶;Z——阻抗矩阵,n×n阶;zij——导体自阻;Mij——两导体互感公式。

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(3)NaCl会导致蒙脱石颗粒表面以及颗粒内层叠体的双电层厚度变薄,同时NaCl离子会增大颗粒间的渗透吸力,导致蒙脱石颗粒表面呈现细粒化.随着NaCl浓度的升高,这种颗粒表面细粒化的程度更加明显,比表面积增大,颗粒间的相互作用增强,导致GMZ07膨润土试样的强度和内摩擦角增大.

金融业发展的成败,很大程度上取决于行业监管的优劣,取决于市场的优胜劣汰的约束,更取决于行业风险管理能力的高低。一个金融机构发展好坏,则取决于其自身的治理、资产配置的结构优劣、风险管理技术应用的能力。

1.3 不规则接地网接地参数计算模型

假设已知接地网注入的短路电路矩阵F,该矩阵根据实际短路电流位置与大小设置,m×1阶,由式(4)、式(5)得:

F-IN=YV

(9)

IN=KTI

(10)

式中 IN——节点泄露电流;I——导体泄露电流矩阵。

接地网导体段的平均电位矩阵U与节点电压矩阵V关系为

式中 ρ——发、变电站不规则接地网所处土壤的电阻率,这里以均匀土壤为例;r——电流源点和场点的距离;LiLj——导体段ij自身的长度;Rij——导体段ij的互阻;Ii——导体段i的泄露电流;Uj——导体段j的平均电位。

U=KV

(11)

将式(4)、式(10)、式(11)代入式(9)中,得

(12)

式(10)和式(11)中,K为系数矩阵,m×n阶:

F=KTR-1KV+YV=(KTR-1K+Y)V=YV

(13)

根据式(13),只需知道RYK矩阵,就可以求出节点电压矩阵V,得到各个节点的电压值,进而得到了电流入地点的电位,然后根据接地电阻R0计算公式得到:

R0=V0/F0

(14)

式中 V0——电流入地点的电位;F0——电流入地点的注入电流。

接地电阻是不规则接地网接地参数中最重要的一个参数,通过本模型的推导,还可计算出导体泄漏电流矩阵I,即为每段导体的泄漏电流,再结合土壤中的格林函数,可得土壤中任意位置的电位值,然后通过电位差计算接触电压、跨步电压等不规则接地网的接地参数。

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2 不规则接地网通过AutoCAD导出方法

不规则接地网导体信息数量庞大,仅靠人工输入每根导体的坐标信息显然不现实。本文方法首先用AutoCAD绘制发、变电站的不规则接地网,然后利用AutoCAD自带的数据提取功能,将不规则接地网导体信息提取到Excel表中,最后将该Excel表导入到根据模型编写的程序中,最终计算得到不规则接地网的接地参数,不规则接地网接地参数计算方法流程图如图1所示。

图1 接地网接地参数计算方法流程图

由图1可知,程序可自动划分导体段长度,使其在保证计算精度的情况下,计算速度最快。

3 某变电站不规则接地网算例分析

图2为某变电站的不规则接地网示意图。该接地网处于均匀土壤中,埋深为0.6 m,土壤电阻率为100 Ω·m,不规则接地网水平放置,主要是一个长宽100 m×100 m,横竖导体数为11×11的矩形接地网,右侧外加一部分水平斜放的导体,不规则接地网导体材料为钢导体,其等效导体半径为0.009 m,钢导体的电阻率为1.7×10-7 Ω·m,相对磁导率636(真空中磁导率为4×107N·A-2)。设短路电流注入点在该不规则接地网的左下边角位置处,短路电流大小为1 A,频率50 Hz。

图2 某变电站不规则接地网

通过本文程序计算出该变电站不规则接地网的接地电阻为0.457 1 Ω。

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CDEGS是加拿大SES公司经十余年开发的接地分析软件,在国际上堪称权威,将本文算例与CDEGS的计算结果进行对比,来验证本文计算方法的正确性。CDEGS计算出的该变电站不规则接地网接地电阻为0.454 4 Ω。

本文方法计算出的结果与CDEGS对比,相差了0.002 7 Ω,这么小的误差,足以证明本文的计算方法是准确可靠的。

有个理发师,理发时总讲些妖魔鬼怪的故事,问他为什么。他说:“我讲这些故事的时候,你的头发就会竖起来,这样我理起发来就容易得多了。”

[6]鲁志伟,文习山,史艳玲,等.大型变电站接地网工频接地参数的数值计算[J].中国电机工程学报,2003,23(12):89-92.

4 结语

本文研究了发、变电站不规则接地网接地参数计算方法,建立了不规则接地网接地参数计算模型,结合AutoCAD绘图及数据提取,导入到本文不规则接地网计算程序,准确地计算出了不规则接地网的接地参数。该方法计算精度高,对于复杂的不规则接地网,只需用AutoCAD绘制出接地网,再导入本文程序,即可快速计算出该不规则接地网的接地参数,为不规则接地网接地参数的计算提供了一种方便可行的方法。

式(3)可简化为

参考文献

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二茂铁(分子式: Fe(C5H5)2;分子量: 186.03),购自梯希爱(上海)化成工业发展有限公司。

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奥氏体含量、Creq/Nieq值随N含量的变化如图3所示.可以看出,当N含量从0.700%增加至2.200%时,Creq/Nieq值从3.32减小至2.07.分析奥氏体含量在图3中点的分布规律发现,其与Creq/Nieq值的分布规律一致.这从另一个角度验证了本实验过程中除N元素外,其他元素的成分变化很小.奥氏体含量的变化主要是由于N含量的变化导致的,分析式(2)可知各元素在奥氏体稳定化中的效果,其中N元素的系数为30,即奥氏体化作用是Ni元素的30倍.利用最小二乘法对测量数据进行多项式拟合,回归曲线对测量值的拟合程度较高,奥氏体含量与N含量符合如下关系:

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该模型以均匀土壤为例,对于水平、垂直分层土壤,甚至复杂土壤环境,该模型同样适用,只需要求解出该土壤环境下的格林函数,具体可参考文献[10]。

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首先应加强内控管理的信息化建设,减少或消除人为操纵因素。通过引入信息化手段,将内控的主要流程及关键环节嵌入学校管理信息系统,通过这种潜移默化方式加强内部控制,从而实现对经济业务相关风险的有效控制。其次引进专门人才,做好管理信息平台的优化,实现信息在相关部门的共享。拓宽信息渠道,充分利用互联网优势,利用微博、微信、QQ等信息交流工具,使信息在管理层与基层师生间、各部门间充分传递无阻,同时不断丰富信息内容,及时对进行信息更新,增加全校师生参与学校建设的积极性。

ZHUANG Chijie,ZENG Rong,ZHANG Bo,et al.Grounding system design method in high soil resistivity regions[J].High Voltage Engineering,2008,34(5):893-895 .

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柴守江,傅铭,周青,沈晓峰,徐友刚
《电力与能源》 2018年第02期
《电力与能源》2018年第02期文献

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