[发明专利]一种直流输电系统接地极场域的确定与分割方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输电技术领域，具体涉及一种直流输电系统接地极场域的确定与分割方法。

背景技术

直流输电接地极的典型形状主要分为：直线型、星型、圆环型和跑道型。目前使用较为广泛的是圆环型和跑道型接地极，其中根据环数不同又可细分为单环、双环、三环等形状。图1所示为单圆环型接地极的布置结构和截面示意图，接地极整体形状为一个圆环，其由若干根馈电棒拼接而成，水平浅埋于土壤中，馈电棒外填充有焦炭层以降低电腐蚀作用，同时能够降低电极与土壤接触面之间的电流密度。

接地极电流场计算是直流输电系统接地极设计和建设的重要内容，同时也是接地极温度场计算的基础。目前接地极电流场的计算方法主要有边界元法、有限元法、行波法和电阻网络法等。

其中，基于电阻网络模型的直流输电接地极电流场计算方法，算法思想简单，通用性较强。其基本思想是将整个接地极计算场域在三维方向上分割成若干小单元，根据分块的形状及其土壤电阻率，计算每个单元在三维方向上的等效电阻。对于每个单元，用6个电阻等效，分别与周围相邻的单元连接，这样就构成了一个仅含有电阻元件的基本电路网络。至此，对接地极电流场的计算问题已经转化为一个对简单的电路网络的计算求解问题。

以上可知此类算法涉及到接地极场域范围的确定及分割问题，而目前现有的场域范围确定方式较为笼统，其分割方法相对粗略，在计算效果上不是十分理想，精度不高；从而造成接地极电流场计算的结果可信度不高，进而影响相关的设计和建设，并伴随存在有相应的安全隐患。

发明内容

本发明提供了一种直流输电系统接地极场域的确定与分割方法，场域确定分割精细，方法简单，通用性强，使得接地极电流场计算结果满足高精度的要求。

一种直流输电系统接地极场域的确定与分割方法，包括如下步骤：

(1)根据接地极的形状，确定接地极的场域；所述的接地极包含在场域内，所述的场域为直柱体，直柱体的顶面为地平面，接地极的中轴线与直柱体的中轴线重合；

(2)根据接地极的形状，采用扇形分割法或矩形分割法对接地极的场域进行三维分割，得到若干个单元块。

优选的技术方案中，所述的场域的高度为100km；所述的接地极的形状为圆环型或星型，其场域的横截面为圆形，半径为20km；所述的接地极的形状为直线型，其场域的横截面为正方形，边长为40km；所述的接地极的形状为跑道型，其场域的横截面为跑道形，跑道形两端半圆的半径为20km，跑道形的直道长度为跑道型接地极的直道长度。

优选的技术方案中，所述的接地极的形状为圆环型或星型，采用扇形分割法对其场域进行三维分割；所述的接地极的形状为直线型，采用矩形分割法对其场域进行三维分割；所述的接地极的形状为跑道型，采用扇形分割法和矩形分割法对其场域进行三维分割。

所述的扇形分割法，包括如下步骤：

(1)建立以圆柱体或半圆柱体顶面圆心为原点，垂直地面方向为z方向的圆柱坐标系；

(2)将圆柱体或半圆柱体的高度和半径分别分成若干个高度区间段和半径区间段；获取θ向分割系数、每个高度区间段的z向分割系数、每个半径区间段的r向分割系数；

(3)根据θ向分割系数，沿θ方向对圆柱体或半圆柱体进行平均分割；在每个高度区间段内根据对应的z向分割系数，沿z方向对圆柱体或半圆柱体进行平均分割；在每个半径区间段内根据对应的r向分割系数，沿r方向对圆柱体或半圆柱体进行平均分割，得到若干个扇形单元块。

所述的矩形分割法，包括如下步骤：

(1)建立以长方体顶面中心为原点，长方体顶面长边方向为x方向，垂直地面方向为z方向的三维坐标系；

(2)将长方体的长度、宽度和高度分别分成若干个长度区间段、宽度区间段和高度区间段；获取每个长度区间段的x向分割系数、每个宽度区间段的y向分割系数、每个高度区间段的z向分割系数；

(3)在每个长度区间段内根据对应的x向分割系数，沿x方向对长方体进行平均分割；在每个宽度区间段内根据对应的y向分割系数，沿y方向对长方体进行平均分割；在每个高度区间段内根据对应的z向分割系数，沿z方向对长方体进行平均分割，得到若干个矩形单元块。

本发明的有益技术效果为：

(1)本发明接地极场域的确定与分割方法，根据接地极形状确定接地极场域范围，将电流场计算区域限定在一定范围内，避免了对实际系统开放式场域的分析，在保证精度的前提下使计算模型得到简化。

(2)本发明接地极场域的确定与分割方法，对场域范围的确定较为灵活，使得对接地极场域的切割更加方便。