[发明专利]一种用分段采样获取水平分层土壤接地参数的方法

说明书

本发明公开了一种用分段采样获取水平分层土壤接地参数的方法，根据分层土壤中格林函数的积分核函数极值点进行分段采样的格林函数计算方法，研究了分层土壤中接地装置的不等电位计算模型，形成接地参数的分段采样数值计算方法。通过算例分析，并对比CDEGS计算结果，验证了本发明工作的有效性和正确性。研究结果表明，本发明提出的计算方法具有优秀的计算效率和适应性，可为分层土壤中接地参数分析和接地装置设计提供理论参考。

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种用分段采样获取水平分层土壤接地参数的方法。

背景技术

接地装置是电力系统和电力设备安全稳定运行的前提。准确的接地参数计算为接地装置的设计及运维奠定了理论基础。接地装置埋设于土壤中，土壤介质的分层现象大幅度增加了接地参数的计算难度。因此，水平分层土壤介质中的接地参数计算一直是电力接地领域的一个焦点问题。

目前，国内外相继开展许多研究主要仍是基于全局采样下的复镜像法对接地参数计算方法进行改进，并未从根本上解决全局采样导致的计算问题。全局采样通常并不能准确反演层数多、厚度大的复杂分层土壤格林函数的积分核函数，容易导致计算结果不准确或者完全不收敛等情况。此外，复镜像法个数为土壤层数2倍，存在计算量随着土壤层数线性增加的缺点。如以一个10层土壤为例，该土壤第1层值第10层的土壤电阻率为100，233，42.9，185.7，11.1，185.7，900，150，42.9，17.6，第1层到第9层的土壤厚度为2m，6m，33m，120m，188m，270m，301m，332m，368m，通过全局采样的方法完全无法拟合出积分核函数。

发明内容

现有分层土壤中接地参数的计算方法主要基于全局采样下的复镜像法。一方面，对于层数多、厚度大的复杂土壤模型，全局采样可能引起计算结果误差较大或不收敛等问题；另一方面，复镜像个数通常为土壤层数2倍，存在计算量总是随着土壤层数线性增加的问题。鉴于此，本发明提出一种水平分层土壤中接地参数的获取方法。通过分析水平分层土壤中格林函数的分段采样计算方法，研究了分层土壤中接地装置的接地参数计算。

本发明采用的技术方案，如下：

一种用分段采样获取水平分层土壤接地参数的方法，包括以下步骤：

建立柱坐标系下的水平分层土壤计算模型，将土壤水平分为n层；

构建包含土壤分层结构参数的积分核函数，进一步构建第二积分核函数并根据第二积分核函数的极值点进行分段采样，在不同分段上进行3阶拟合，再通过积分变量替换，根据Bessel函数的积分性质并结合分部积分法求解上述积分，求得源点在第一层的土壤格林函数；

将接地装置分为若干小段，在接地装置上定义两类节点：第一类节点为e类导体节点，认为外部注入电流是通过e类节点，第二类节点为m类对地节点，该节点上仅存在泄漏电流；

采用节点电压法，建立含e类节点和m类节点的节点电压方程和仅对m类节点的电压方程；

根据以上两组节点电压方程，求解出接地网上任意节点的电位，进一步求得每个m类节点的泄露电流I_mi；

将每段的泄露电流I_mi视作点源，结合第一层的土壤格林函数，采用叠加原理则求得接地装置的接地电阻和地表电位分布。

本发明还计算了典型接地装置在3种典型分层土壤中的接地参数，并对比CDEGS的计算结果，验证了本发明工作的有效性和准确性。

本发明提出的水平分层土壤中接地参数的分段采样数值计算方法，根据积分核函数极值点进行分段采样，避免了传统复镜像法中计算量是随土壤层数线性增加的不足，具有更高的计算效率。如在计算土壤电阻率具有单调性的接地电阻时，无论土壤层数有多少，只要积分核函数F(λ)没有出现极值点，仅需要固定数量的采样点，计算量不会增加。