[发明专利]一种含块状介质的双层土壤接地电阻的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含块状介质的双层土壤接地电阻的计算方法，属于电力系统接地技术领域，具体涉及块状介质穿入下层土壤的计算模型和计算方法。

背景技术

目前我国特高压交直流电网陆续设计、建设和投运。随着我国坚强智能电网的建设，以特高压电网为核心的骨干网架正在形成。电网的等级越来越大，系统输送的容量也随之提高，对电力系统运行的安全、稳定和经济性提出了更高的要求。作为保证电力系统安全运行、电气设备正常运转和工作人员人身安全的重要举措，电力系统的接地技术的利用必不可少。在计算接地参数时，土壤模型的建模和接地体的结构对计算结果的精度影响较大。接地系统中的土壤电阻率变化不大时，可建立均匀土壤模型。相反，接地系统中的土壤电阻率有显著变化，对于这种非均匀的土壤结构，考虑土壤电阻率变化的方式。在垂直方向上，土壤电阻率随着深度的增加呈阶梯形变化，则建立水平分层土壤模型；在水平方向上，土壤电阻率随着长度的增加呈阶梯形变化，则建立垂直分层土壤模型。近年来随着混凝土基础在接地工程中的应用，含块状介质的分层土壤接地模型也被提出作为研究对象，该类接地模型由于涉及多介质复杂土壤条件，需考虑的边界条件较多，因此计算该类接地模型的接地电阻也相对困难。研究含块状介质分层土壤接地模型的计算方法对解决目前出现的接地模型有重要意义。

目前在计算含块状介质的分层土壤接地模型的接地电阻，土壤模型通常作如下考虑：1.分层土壤等效为均匀土壤，考虑均匀土壤条件下含块状介质的计算模型；2.忽略块状介质对接地系统的影响，考虑分层土壤条件下的接地模型；3.仅考虑分层土壤条件下块状介质处在上层土壤的接地模型。实际工程中接地系统的块状介质穿入下层时，在计算该接地系统的接地电阻若仍按以上土壤模型考虑的话，将会出现较大的误差。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种含块状介质的双层土壤接地电阻的计算方法，其计算结果更精确。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种含块状介质的双层土壤接地电阻的计算方法，所述含块状介质的双层土壤模型包括地面及地面以下的上层土壤、下层土壤、块状介质和至少一根圆柱形接地体，所述块状介质均匀分布在上层土壤与下层土壤中，接地体垂直插入地表以下，被块状介质完全包围；由恒定电流场的镜像法原理知道，将位于地面以下的含块状介质的双层土壤模型以地面为对称面作一个虚设含块状介质的双层土壤模型，整个接地系统处于真空；其特征在于：计算方法包括以下几个步骤：

步骤一：将接地体的长度L平均分成m个单元，取每个单元接地体中点的三维坐标；所有分界面的面积由三部分组成：s＝s₁+s₂+s₃，s₁是上层土壤与块状介质的分界面的面积，s₂是下层土壤与块状介质的分界面的面积，s₃是上层土壤和下层土壤的分界面的面积，将s₁平均剖分成t个矩形单元，s₂平均剖分成k个矩形单元，s₃平均剖分成h-m-t-k个矩形单元，h为该接地系统总的剖分数目，取每个矩形单元中心的三维坐标；

整个地面以下的场域中任意一点M(x,y,z)的电位表示为：

式中ρ_c是块状介质的电阻率，δ是沿接地体表面流散的电流密度，δ＝{δ₁,δ₂,…,δ_m}，R_MP是接地体上任一点P点到M点的距离，R'_MP是对应R_MP的镜像，dl是接地极单元长度；σ是各分界面上的电荷密度，σ＝{σ_m+1,σ_m+2,…,σ_h}，ds是分界面单元面积，ε₀是真空中的介电常数；

步骤二：设接地极电位是当M点在接地极上时，有：

且各介质分界面的边界条件有：

式中和分别是块状介质、上层土壤和下层土壤中任一点的电位，ρ_c、ρ₁和ρ₂分别是块状介质、上层土壤和下层土壤的电阻率，n是法线方向，r是接地体的横截面半径；

步骤三：设s₁上任意一点P₀处的电荷密度为σ_P0，将(1)式带入(3)式中得到：