（电力系统及其自动化专业论文）复杂土壤结构下的接地系统建模及降阻措施.pdf

a b s t r a c t t h es u b s t a t i o no rc o n v e r t e rs t a t i o ng r o u n d i n gs y s t e mi si m p o r t a n tt oe n s u r et h e r e l i a b l eo p e r a t i o no fp o w e rs y s t e m , s ot h ed e s i g no fs u b s t a t i o no rc o n v e r t e rs t a t i o n g r o u n d i n gs y s t e mi sa l s oa l li m p o r t a n ti s s u e w i t ht h ed e v e l o p m e n t o fe l e c t r i cp o w e r s y s t e mc a p a c i t y , t h ev a l u eo ff a i l u r ec u r r e n tf l o w i n gi n t og r o u n di n c r e a s e do b v i o u s l y p a r t i c u l a r l y , t h ee a r t h f a u l tc u r r e n to fu l t r a - h i g hv o l t a g ec o n v e r t e rs t a t l o ni s e v e dt o 3 0 k a h o wt od e s i g nt h eg r o u n d i n gs y s t e mt om a k et h ep a r a m e t e r s m e e t r e g u l a t i o n sr e q u i r e m e n t si sak e yp r o b l e mo fe n g i n e e r s ，t h es o i ls t r u c t u r ei st h eb a s e o fg r o u n d i n gs y s t e m i nt h ep a s t , t h ew a yt of i xt h e s ep r o b l e m si sc o n s i d e r i n gt h e s o i ls t r u c t u r ea su n i f o r mo rh o r i z o n t a lt w o 1 a y e rs o i l ，h o w e v e r ，i tw o u l dt a k e u r m e g l i g i b l ee r r o r se s p e c i a l l yi nc o m p l i c a t e ds o i ls t r u c t u r e ，s oi t sv e r yi m p o r t a n t t o b u i l dc o r r e c ts o i lm o d e l a n dd u r i n gt h e s ey e a r s ，g r o u n d i n gm o d u l e ，w h i c hi so n e o f t h er e s i s t a n c er e d u c i n gm e a s u r e s ，w a se x t e n s i v e l yu s e di nr e s i s t a n c er e d u c i n g d e s i g n o fg r o u n d i n gs y s t e m t h e r e f o r e ，i t sn e c e s s a r yt os t u d yt h e s o i ls t r u c t u r eo f g r o u n d i n gs y s t e ma n dr e s i s t a n c er e d u c i n gm e a s u r e i nt h i st h e s i s ，t h eh e t e r o g e n e o u ss o i lo fm a i na r e aw a ss t u d i e db yg r o u n d i n g s o f t w a r ef i r s t l y , s u m m a r i z i n gt h er u l e su n d e rd i f f e r e n ti n f l u e n c ef a c t o r sa n dg i v i n g o u tc o r r e s p o n d i n gt r e a t i n gm e t h o d s s e c o n d l yt h ev o l u m ew e i g h t e da v e r a g em e t h o d w a su s e dt oc o m p u t et h eb a c k f i l ls o i lr e s i s t i v i t yo fc h u x i o n g 8 0 0 k vu l t r a - h i g h v o l t a g ec o n v e r t e rs t a t i o n ，t h e ns o i l d e l a m i n a t e da n db l o c k e dw o u l db ea p p l i e dt o d e s i g nt h es o i l s t r u c t u r e t h e nf i g u r i n go u tt h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r so fc o n v e n e r s t a t i o nb yt h ed a t al i k eb u i l ts o i ls t r u c t u r ea n ds oo n f i n a l l y , m a k et h eg r o u n d i n g s y s t e mm e e t t h es a f e t yr e q u i r e m e n t s a sa ni m p o r t a n tw a yt or e d u c eg r o u n d i n gr e s i s t a n c e ，n o n m e t a lg r o u n d i n g m o d u l ew a si n t r o d u c e di nt h i st h e s i s r e s e a r c h i n gt h ei n f l u e n c ec a u s e db yd i f f e r e n t r a t i o t oi t ss e l f - r e s i s t i v i t ya n di m p a c tg r o u n d i n gr e s i s t a n c eb ye x p e r i m e n t s s u m m a r i z i n gt h e i n s t a l l a t i o n s u g g e s t i o n o fg r o u n d i n gm o d u l eu n d e rd i f f e r e n t i n f l u e n c ef a c t o r sb ys o f t w a r es i m u l a t i o n ，w h i c h i sv a l u a b l et o e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：g r o u n d i n gs y s t e m ；s o i ls t r u c t u r e ；s o i l d e l a m i n a t e da n db l o c k e d ；r e s i s t a n c e r e d u c i n gm e a s u r e ；g r o u n d i n gm o d u l e 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打。4 ”) 学位论文作者签名：闩冲硼 日期：川。x 8 指导老师签名：乡冬巧 日期： 灿zs 乞卜 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本论文创新点如下： ( 1 ) 研究了异质土壤在不同条件下的影响规律；提出了用体积加权平均法 来计算回填土的土壤电阻率的方法；研究用水平分层分块土壤模型来代替以往 的均匀以及水平双层土壤模型。 ( 2 ) 在总结前人对接地模块的研究的基础上，通过大量的实验以及仿真分 析，给出了配比对接地模块的影响规律；研究了接地模块在不同情况下的工作 规律，并对接地模块的使用提出了建议。 f 司冲哆同 尹夕 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究意义 第1 章绪论 近年来，为了更好地提高输电能力，实现大功率的中，远距离输电，以及 实现远距离的电力系统互联，我国的输变电技术取得了蓬勃的发展：目前，国 家电网公司正大力加强晋东南荆门交流1 0 0 0 k v 特高压试验示范工程的建 设【】；世界上第一个8 0 0 k v 特高压直流输电工程，我国云南至广东8 0 0 k v 特高压直流输电工程”】也于2 0 0 6 年1 2 月1 9 日在云南楚雄正式开工。根据输 电市场需求的研究，我国未来拟建设1 5 回特高压直流输电工程【8 1 。随着现代大 电网向特高压和大容量的方向发展，对于电力系统安全、稳定及经济运行的要 求越来越高，为了确保电网的安全稳定运行，提高供电可靠性，必须配备一套 与一次系统相适应的安全保护系统，因此需要有良好的发、变电站接地系统。 发、变电站的接地系统非常重要，它必须在正常及事故状态下满足两个主 要目标： ( 1 ) 将电流泄入大地，使流经接地电阻产生的过电压不超过运行设备容许 的限值； ( 2 ) 确保人站在接地设施附近免受电气冲击的危险。因此变电所接地系统 是维护电力系统安全可靠运行、保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重 要措施2 1 。 当变电站、换流站发生单相接地短路故障时，将产生极大的短路电流，该 短路电流将可能达到5 0 k a 。如果接地电阻值比较大，就会造成地电位异常升高。 当地网电位异常升高时，除了给运行人员人身安全带来威胁外，还可能因反击 或电缆外皮环流使得二次或自动化设备绝缘遭到破坏，轻则导致二次或自动化 设备发生误动或拒动，重则破坏二次或自动化设备而扩大事故，带来巨大的经 济损失和社会影响。调查表明，我国由于接地系统电位达不到要求所导致的事 故或扩大事故范围的案例不胜枚举【1 3 】。如果接地系统设计不合理，还会导致接 地系统本身局部电位差超过安全值【1 4 , 1 5 1 。近几年来，由于我国电力网不断发展 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 壮大，陆续兴建了许多新的电厂，电力系统装机容量和电网的变电容量迅速增 加，单相接地短路电流日益增大；且由于国家土地政策和环保政策的因素，很 多新建变电所不再像以前处于良田中，多建于山坡等土壤电阻率较高、地形较 复杂的地区，因此要求变电所接地电阻值进一步降低。 另一方面，现在随着电气设备的小型化、城市中心高压变电站的发展、征 地的困难和费用的提高，变电站的占地面积也越来越小。单靠水平接地网获得 所要求的接地电阻己经比较困难；同时受环境条件的限制，难于通过实施引外 接地极来降低接地电阻。因此，力图在较小面积上通过增加接地模块来降低接 地电阻。土壤模型是接地系统设计的基础，以往的接地工程设计中大多考虑的 是均匀土壤情况会产生较大的误差。由于近年来接地软件的广泛应用，使得更 精确的接地系统设计成为现实，因此如何得到更精确的土壤模型成为摆在人们 面前的一个难题。 综上所述：因此有必要进行接地网的土壤模型设计和降阻措施的研究。 1 2 国内外现状分析 1 2 1 接地系统的土壤模型 在设计接地系统的过程中，土壤电阻率是一个十分重要的参数，而且是设 计接地系统中首先要确定的问题。i e e e 标准【1 6 】给出的确定均匀土壤模型的方 法是使用如下公式： p ：丛竺之型监 ( 1 1 ) 甩 其中， 届，岛，岛岛测试的土壤电阻率，q m 在双层土壤模型的方法是使用图表法，首先由反射系数公式： k = 旦二旦 ( 1 - 2 ) p ! + p 、 其中，届上层土壤电阻率，q m ； 仍下层土壤电阻率，q r n 确定了反射系数之后再使用下表： 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 桫竺 i 二 彭1 一t | - 二 缓夕 澎 一 j 廖一 妙 毖夕 矗弓- 一一，t 吣! 趴j ? 罄 l 蚤 i 1 朋 4 i 5 o a n 图卜1 ie e es u n d e 图形法 由上图表查得上层土壤厚度等数值，来确定土壤模型。 国内的电气接地标准 1 7 】的处理方法是将土壤看做是均匀的土壤，然后根据 典型的土壤和水的电阻率参考值来确定土壤的最终电阻率。 但是，由于： ( 1 ) 但随着电力系统的发展，特高压被越来越多的应用在送变电方面，特 高压变电站占地面积往往非常大，故障时的故障电流会流向土壤的深层，因而 深层土壤对接地阻抗值影响很大。 ( 2 ) 由于征地问题，大多数变电站所处位置的土壤结构比较复杂，土壤一 般不均匀，而且工程中由于地表不整还会涉及到挖填方工程。 ( 3 ) 当土壤视为均匀或水平双层时，使用数字加权平均法会造成结果与实 际误差过大。而且如果土壤模型为水平多层或者是垂直多层的话，相关标准并 没有相关解决方法。 因此很多情况下使用均匀土壤或者双层土壤模型的话会与实际情况有较大 的偏差，从而使算出值偏差很大而不能满足设计要求。 在设计土壤模型中，还会遇见异质土壤的情况。所谓异质土壤，是指在接 地系统占地有一块或者少数几块土壤的土壤电阻率高于周围的土壤电阻率。现 国内外仅有华北电力大学的赵志斌等【1 8 】进行过其研究。但是他的研究对象是位 于建筑物之间的小型地网，而非特高压变电站，发电厂等大型地网中位于地网 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 建设范围以内的异质土壤，上述情况的研究尚属空白阶段。 1 2 2 降低接地电阻措施的研究 为了降低接地装置的接地电阻，保证电力系统的安全可靠运行，人们采用 了各种各样的措蒯1 9 2 5 】。常见的主要包括：使用接地模块、扩大接地网面积、 降阻剂、多, f e j l 接地、利用自然接地体、垂直接地极和局部换土等。 1 、接地模块 接地模块是一种辅助性材料，在接地工程中大量使用，并取得了较好的降 阻效果。在我国电力行业标准【。7 】中提到，在高土壤电阻率地区，可以采用填充 电阻率较低的物质和降阻剂来降低接地电阻。 目前，接地模块主要由石墨粉组成，在石墨粉中加入适量的不导电粘合剂 及金属氧化物等加水搅拌均匀后注入模具干燥成形而成。石墨是一种非金属材 料，并且石墨本身的电阻率很低，并且它具有良好的保湿性和吸湿性，其本身的 稳定性、抗腐蚀性、一导电性、抗老化性能良好。由于石墨对环境敏感度非常低， 几乎不受外界因素的影响，所以接地模块的接地电阻值能够在相当长的时间内 保持不变，这是传统接地材料无法比拟的。石墨的基本结构是碳，它对环境没 有任何污染，所以这种原料生产出的接地模块属于环境友好型产品。而且接地 模块对降低冲击接地电阻有良好的效果，故广泛引用在防雷工程中。 2 、扩大接地网面积 均匀土壤条件下，变电站接地网的按地电阻与接地网面积平方根近似成反 比，地网面积越大，其接地电阻值也就越低。增大地网的面积无疑是一种降低 地网接地电阻的一种行之有效的方法。 但是通过扩大接地网面积的方法来降低接地电阻只能因地而异。对于建在 山区的变电站，无法无限制的扩大其地网面积：另外建在市区的变电站，也无 法大面积的扩大地网。 3 、# 1 - 弓1 接地 对于一些站内土壤电阻率很高的发电厂、变电站，只通过在站内敷设水平 接地网，很难让接地系统的接地电阻满足规程的要求。如果站外附近有低电阻 率地区，比如水塘、水沟等，可以在这些区域敷设辅助接地网，从而降低接地 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 系统的接地电阻。然而，这种方法受到发电厂、变电站周围地域条件的限制， 需要站外附近有低电阻率的区域，而且要在站外另外敷设接地网，必然会大大 增加土地使用的费用，同时，站外的装置不便于管理和维护。因此这种接地体 也不适合广泛的使用。 4 、垂直接地极 我国电力行业标准【1 7 】中均提到“当地下较深处的土壤电阻率较低时，可采 用垂直接地极方式来降低接地电阻”。土壤的电阻率通常沿纵深方向分布是不均 匀的，不同深度得到电阻率是不同的。一般接近地面几米以内的电阻率并不稳 定，要随季节气候的变化而变化，土壤越深电阻率越稳定，特别是在高土壤电 阻率及不能用常规方法埋设接地装置的地区，采用垂直接地极与主接地网并联 是一种有效降低接地电阻的方法。同时由于垂直接地极方式可以克服场地窄小 的缺点，这在城市和山区是一种行之有效的方法。 5 、局部换土 。 土壤电阻率的高低直接影响到接地装置接地电阻的大小。某些位于高土壤 电阻率地区的接地装置，如果采用其他方法降阻困难，可以采用局部换土的方 法。用土壤电阻率较低的土壤来置换接地装置周围的高土壤电阻率土壤，以获 得较低的接地电阻。这种方法的使用必须从技术经济上做全面的比较，以避免 造成经济上的浪费。 6 、利用自然接地体 在设计发电厂、变电站的地网时充分考虑地网周围的自然接地体，包括建 筑物钢筋混凝土基础的钢架、水电站的进水口拦污栅、闸门、引水管等。由于 这些自然接地体本身就有较低的电阻，把主网与它们相连时，可以有效的降低 接地电阻。但是这种方法受到可利用自然接地体条件的限制。同时还要充分考 虑在接入自然接地体后，在各种接地故障状态下带来的设备安全问题。 7 、深孔爆破制裂一压力灌降阻剂法 深孔爆破制裂一压力灌降阻剂法【2 9 】是指采用钻孔机在地中垂直钻一定 直径，深度一般为l o - 一8 0 m 的孔，在孔中插入电极，然后沿孔的整个深度隔一 定距离安放一定的炸药进行爆破。将岩石爆裂、爆松，接着用压力机将调成浆 状的降阻剂压入深孔中及爆破制裂产生的缝隙中，以达到通过降阻剂将地下巨 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 大范围的土壤内部沟通及加强接地电极与土壤( 岩石) 的接触，相当于将垂直 接地极的直径加大到几米至几十米，从而较大幅度降低接地电阻的目的。不难 看出，这种方法尽管降阻效果会更好，但施工难度会更大，施工费用会更高。 8 、增加地网的埋设深度 在我国黑龙江等少数地区，为了避开永久冻土带，会增加接地网的埋设深 度，有时会达到1 2 m 。通过仿真计算表明，在接地网其他参数不变的情况下， 增加地网的埋深会使得接地电阻减小；但是其降阻效果不是很明显，而且会大 量增加施工量和施工难度，这在高土壤电阻率地区更是如此。因此工程中一般 不建议采用这种方法，接地网的埋深一般取为0 6 m - - 0 8 m 。 以上介绍的各种降低接地电阻的方法多为平原地区常用的降阻措施，均有 其应用的特定条件。现在发电厂、变电站等电力系统所采用的接地装置都有其 不足。为了满足电力系统的需要，近年来接地装置得到了发展，发展的方向在 保证接地电阻满足规程要求的同时，尽量减少采用接地装置所需要耗费的工程 量和降低它们占据的土地面积。其中在站区内埋设接地模块是常用的措施之一。 譬如在深圳盐田垃圾发电厂工程中，由于厂区土壤接地电阻率过大，厂区面积 限制等因素，使其接地电阻达不到要求。使用了非金属接地模块之后成功的使 其接地电阻降至0 5 f 2 ，达到安全要求，取得了良好的效果。又如在江苏太仓发 电站工程中，同样的通过使用了非金属接地模块，也使工程达到了安全标准。 但是，在以往的国内外论文中大多是详细阐述其在某一具体工程上面的应用， 而没有对其进行系统的分析以及工程应用评价。 1 2 3 仿真软件介绍 对异质土壤的研究以及本文后文所提到的计算机仿真软件均为加拿大s e s 公司的c d e g s 3 呻5 j 仿真软件，c d e g s 是c u r r e n td i s t r i b u t i o n ，e l e c t r o m a g n e t i c f i e l d ，g r o u n d i n ga n ds o i ls t r u c t u r ea n a l y s i s ( 电流分布，电磁场，接地和土壤结 构分布) 的缩写，经过2 0 多年的发展，已由开始的仅有一些个别功能的软件， 发展成目前一个能全面为接地、电磁场、交流电磁兼容以及阴极保护等问题服 务的通用软件工具。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 c d e g s 软件包具有r e s a p 、m a l t 、m a l z 、s p m t s 、t r a l i n 、h i f r e q 、 f c d i s t 、f f t s e s 8 个功能模块，如下图： 图1 - 2c d e g s 软件模块图 其中接地系统设计最为常用的模块为r e s a p 、m a l t 以及m a l z ，下面重 点介绍这三个模块的功能。 1 、r e s a p r e s a p 的功能是土壤电阻率计算和土壤结构分析。它能通过测量所得的视 在土壤电阻率，计算得到等效的土壤结构，包括不同层的厚度和该层相应的土 壤电阻率。根据土壤结构的具体特点，r e s a p 可以将土壤等效为水平分层、垂 直分层以及经常在输电线路参数计算中用到的土壤电阻率随深度指数变化的指 数分层土壤结构。 2 、m a l t m a l t 是一个功能强大的接地系统分析软件，可用来分析和设计发电厂、 变电站和输电线路杆塔的接地装置，以及进行阴极保护的研究。它适用于在接 地系统的感性分量可以被忽略不计条件下，所有直流或工频电流注入接地系统 的工程实际问题。在这种情况下电流注入，接地系统的注入点的位置并不重要。 m a l t 可以采用以下所列多种土壤结构：( 1 ) 均一型；( 2 ) 水平方向分层型； ( 3 ) 垂直方向分层型；( 4 ) 半球状分层型；( 5 ) 水平半圆柱体分层型；( 6 ) 垂 直半圆柱体分层型；( 7 ) 任意六面体不同土壤电阻率型。中任意六面体不同土 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 壤电阻率型指的是土壤可以有多个任意六面体，其对应的土壤电阻率可以不同。 这种形式的土壤结构解决了异质土壤，分层分块以及其它一些特殊地形结构以 往无法模拟的问题。 3 、m a l z m a l z 与m a l t 功能相似，在m a l t 中接地电极按理想导体考虑，接地 电极在地中的散流是均匀的，组成接地网的不同接地极上的电压升高是相等的， 整个接地网的表现的是纯电阻特性。但当接地网非常大，并且土壤电阻率相对 较低，或者注入接地网的电流是频率远大于工频的操作涌流或雷电冲击电流时， 由于接地网的电感分量比例增大，应考虑接地网的阻抗特性，这时接地网的分 析计算需用m a l z 模块。考虑接地网的阻抗特性后，和m a l t 不同，在不同 的电流注入点，其电位分布形式将完全不同，并且不同接地极上的电压升高也 不一样。 每个模块由三部分构成：数据输入，数据输出，工程计算。数据输入主要是为 了方便用户构造自己的计算模型，采用人机化界面从而提高了工作效率。数据输 出模块则主要是为了将计算结果以直观明了的形式显示给用户，并可提供高质 量的绘图、打图输出。多年来，国内外的有些公司也进行了有关接地及其相关 方面的大量研究，并开发了一些相应的软件，但是在系统性和通用性方面都和 c d e g s 软件包有一定的差距。 1 3 本论文主要工作 本文综述了接地系统的研究情况，研究了特高压接地网接地系统的土壤模 型，总结了土壤模型中异质土壤的处理方法，最后对降阻措施之一的接地模块 进行了探讨。 本论文共分四章，文中各章的研究内容为： 第一章介绍了接地系统土壤模型和降阻的研究意义，并综述了国内外接地 系统土壤模型的研究现状，明确了本文的研究对象，提出本文的研究内容。 第二章，针对土壤模型设计中存在的异质土壤的问题，在计算机接地软件 的基础上，总结了不同类型的异质土壤对接地网的影响，提出了接地系统的异 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 质土壤的处理方法。 第三章，通过楚雄_ 8 0 0 k v 换流站接地工程，首先详细阐述了将土壤模型 水平分层分块，再加入对异质土壤的考虑，最终完成接地系统土壤模型的搭建， 其次在模型上面进行软件仿真，最终得到计算结果。 第四章，首先通过实验研究了接地模块的配比对其电阻率的影响，其次研 究了接地模对冲击电阻的降阻效果，最后通过仿真研究了接地模块对地网的降 阻效果。 西南交通大学硕士研究生学位论文第l o 页 第2 章异质土壤的影响规律 土壤模型是接地系统设计的第一步，在设计过程中往往会遇到过这种情况： 在大片低土壤电阻率的土壤上，出现些许电阻率相对较高的地区。以往的处理 方式一般都是将其忽略，这样的话可能会带来一定程度的安全隐患，所以有必 要对土壤中异质土壤进行研究，弄清其影响规律。 2 1 不同周围土壤电阻率时的异质土壤的影响分析 对异质土壤的影响研究的仿真中，设置地网为1 0 0 1 0 0 m 2 ，网孔数为1 0 0 的均匀地网，如图2 1 ： 1 0 0 m 图2 - 1 仿真地网示意图 设定截面积为1 0 1 0 m 2 大小的异质土壤模块，位于地网正中。其电阻率 变化范围为10 0 - - 3 5 0 0 f 1 m ： 图2 - 2 地网与异质土壤示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第l1 页 如上图，灰色以下的立方体设定为异质土壤，然后再更改地网以及土壤的 参数，用计算机软件仿真，找到异质土壤的影响规律。 首先，分析当周围土壤变化时，对异质土壤的厚度限定为l m ，表面积为 1 0 10 m ，将周围土壤电阻率p 。从10 0 f 2 m 调至2 0 0 q i i l ，3 0 0 q m ，5 0 0 f 2 m 。 然后在每一种情况下分别进行异质土壤电阻率p 从不低于土壤电阻率的值调至 最高值3 5 0 0 f 1 m 。 经过接地软件的计算有： 表2 - 1 不同周围土壤电阻率时的异质土壤电阻率与接地电阻值关系表 pr ( ps =r ( ps=r ( ps=r ( ps= ( q )1 0 0 qo m l2 0 0qo m ) 3 0 0q m )5 0 0q m ) 1 0 00 4 5 6 1 8 2 0 00 4 5 6 3 9o 9 1 2 3 6 3 0 00 4 5 6 4 20 9 1 2 7 41 3 6 8 5 4 0 0 0 4 5 6 4 50 9 1 2 7 91 3 6 9 l 5 0 00 4 5 6 4 60 9 1 2 8 21 3 6 9 12 2 8 0 9 1 0 0 00 4 5 6 50 9 1 2 9 21 3 6 9 32 2 8 2 1 5 0 00 4 5 6 5 10 9 1 2 9 71 3 6 9 42 2 8 2 1 2 0 0 00 4 5 6 5 20 9 1 2 9 91 3 6 9 42 2 8 2 2 2 5 0 0 0 4 5 6 5 3 0 9 1 3 0 11 3 6 9 52 2 8 2 3 3 0 0 00 4 5 6 5 30 9 1 3 0 31 3 6 9 52 2 8 2 4 3 5 0 00 4 5 6 5 40 9 1 3 0 41 3 6 9 52 2 8 2 4 为了更清楚的了解受异质土壤的影响接地电阻的升高情况，使用接地电阻 上升率u 来表示，有： = r c - r 1 0 0 2 x 1 佗1 ) = 一 ( z ll 。 r 其中，砰加入异质土壤仿真之后得到的接地电阻，q 尺一一为加入之前的接地电阻值，q 。 用接地电阻上升率u 表示为下图表： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 表2 - 2 不同周围土壤电阻率时的异质土壤电阻率与接地电阻上升率关系表 pu ( ps=| l ( ps 2 p ( ps=u ( ps= ( q m )1 0 0q m )2 0 0 q6 1 1 1 )3 0 0q m 15 0 0 q ) 2 0 0 0 0 4 6 0 1 3 3 0 00 0 5 2 5 8 30 0 4 1 6 3 3 4 0 0 0 0 5 9 1 5 2 0 0 4 7 1 0 80 0 4 3 8 2 4 5 0 00 0 6 1 3 4 20 0 5 0 3 9 30 0 4 3 8 2 4 1 0 0 00 0 7 0 0 9 90 0 6 1 3 4 20 0 5 8 4 2 40 0 4 8 2 0 3 1 5 0 00 0 7 2 2 8 80 0 6 6 8 1 50 0 6 5 7 2 20 0 5 2 5 8 3 2 0 0 00 0 7 4 4 7 60 0 6 9 0 0 40 0 6 5 7 2 20 0 5 6 9 6 3 2 5 0 00 0 7 6 6 6 50 0 7 1 1 9 3 0 0 7 3 0 1 90 0 6 1 3 4 2 3 0 0 00 0 7 6 6 6 50 0 7 3 3 8 20 0 7 3 0 1 90 0 6 5 7 2 3 5 0 00 0 7 8 8 5 40 0 7 4 4 7 6 0 0 7 3 0 1 9 0 0 6 5 7 2 紧 一 ： 瓣 去 。 匹 哥 舞 燮 0 0 7 0 o 5 o 0 0 0 5 5 o 0 5 0 0 0 4 5 o 0 4 0 05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 03 5 4 0 0 0 异质十壤电阻率( q m ) 图2 - 3 不同周围土壤电阻率时的异质土壤电阻率与接地电阻上升率关系图 由上图可以看出，四只曲线的上升程度相若，“l o o g l 皿这只曲线处于其 他三只曲线的上方，“2 0 0 q m 与“3 0 0 q m ”这两只曲线数值几乎相同。“5 0 0 q m 最小，也就是表明周围土土壤电阻率越大，接地电阻上升率越小，既是异质土 壤对整体的影响越小，是因为其电性与高电阻值的土壤越来越接近。 从图2 3 的接地电阻上升率p 的数值来看，最大没有超过o 1 。因此可以 认为不同周围土壤电阻率时，一定数量的异质土壤的影响作用很小，因此在适 当的时候，可以将其忽略。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 2 2 异质土壤截面积大小的影响分析 在大多数情况下，异质土壤的水平截面积并不相同，其对接地电阻的影响 程度也不一样，因此有必要对其进行研究。设定周围土壤的土壤电阻率为 l o o f l m ，异质土壤厚度均为l m 时，不同水平截面积s 下经过接地软件仿真有： 表2 - 3 不同异质土壤水平截面积时异质土壤电阻率与接地电阻值关系表 pr ( s =r ( s =r ( s =r ( s = ( q * 1 1 1 )l o * l o m 2 )2 0 * 2 0 m 2 )2 5 2 5 m 2 )3 0 , 3 0 m 2 ) 1 0 00 4 5 6 1 80 4 5 6 1 80 4 5 6 1 80 4 5 6 1 8 2 0 00 4 5 6 3 90 4 5 6 4 40 4 5 6 90 4 5 7 0 9 3 0 00 4 5 6 4 20 4 5 6 5 10 4 5 7 2 30 4 5 7 5 5 4 0 00 4 5 6 4 50 4 5 6 5 60 4 5 7 4 70 4 5 7 9 5 0 00 4 5 6 4 60 4 5 6 60 4 5 7 6 60 4 5 8 2 1 0 0 00 4 5 6 50 4 5 6 6 90 4 5 8 1 90 4 5 9 3 1 1 5 0 00 4 5 6 5 10 4 5 6 7 20 4 5 8 4 50 4 6 0 2 3 2 0 0 00 4 5 6 5 20 4 5 6 7 50 4 5 8 6 20 4 6 1 1 2 2 5 0 00 4 5 6 5 30 4 5 6 7 60 4 5 8 7 30 4 6 2 0 5 3 0 0 00 4 5 6 5 30 4 5 6 7 70 4 5 8 8 10 4 6 3 0 5 3 5 0 00 4 5 6 5 40 4 5 6 7 80 4 5 8 8 70 4 6 4 1 3 由表2 - 3 有下图： 0 4 为0 0 4 6 4 5 0 4 6 4 0 0 4 6 3 5 0 4 6 3 0 0 4 6 2 5 0 4 6 2 0 04 6 1 5 a04 6 1 0 v0 4 5 蛊04 6 0 0 智0 4 5 9 5 掣0 4 5 9 0 螋0 4 5 9 5 0 4 5 8 0 o 4 5 7 5 0 4 5 7 0 0 4 5 6 5 0 4 5 6 0 0 4 5 5 5 图2 - 4 不同异质土壤水平截面积时异质土壤电阻率与接地电阻值关系图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 从上图可以看出“1 0 1 0m 2 ”与“2 0 * 2 0m 2 ”这两只曲线的变化幅度很 缓，“2 5 * 2 5m 2 与“3 0 * 3 0 m 2 ”这两只曲线的随着异质土壤电阻率上升的上 升趋势明显比其他两只曲线的趋势更加明显，其中“3 0 * 3 0m 2 这只曲线的上 升趋势最为明显。也就是说在一定的异质土壤电阻率以及异质土壤厚度的条件 下，异质土壤的截面积越大，其对接地电阻的影响也就越大。 用接地电阻上升率u 表示有如下表： 表2 - 4 不同异质土壤水平截面积时异质土壤电阻率与接地电阻上升率关系表 pp( s =l l( s =u( s =u( s = ( q m )1 0 1 0m 2 )2 0 * 2 0m 2 )2 5 * 2 5m 2 )3 0 * 3 0m 2 ) 2 0 00 0 4 6 0 3 40 0 5 6 9 9 50 1 5 7 8 3 20 1 9 9 4 8 3 3 0 00 0 5 2 6 1 10 0 7 2 3 40 2 3 0 1 7 20 3 0 0 3 2 4 0 00 0 5 9 1 8 70 0 8 3 30 2 8 2 7 8 30 3 7 7 0 4 4 5 0 0o 0 6 1 3 7 90 0 9 2 0 6 90 3 2 4 4 3 30 4 4 2 8 0 8 1 0 0 00 0 7 0 1 4 80 1 1 1 7 9 8 0 4 4 0 6 1 60 6 8 6 1 3 3 1 5 0 00 0 7 2 3 40 儿8 3 7 40 4 9 7 6 1 10 8 8 7 8 0 7 2 0 0 0 0 0 7 4 5 3 2 0 1 2 4 9 5 10 5 3 4 8 7 7 1 0 8 2 9 0 6 2 5 0 00 0 7 6 7 2 40 1 2 7 1 4 30 5 5 8 9 91 2 8 6 7 7 3 3 0 0 00 0 7 6 7 2 40 1 2 9 3 3 50 5 7 6 5 2 71 5 0 5 9 8 4 3 5 0 00 0 7 8 9 1 60 1 3 1 5 2 70 5 8 9 6 81 7 4 2 7 3 3 根据表2 _ 4 ，有下图： 图2 - 5 不同异质土壤水平截面积时异质土壤电阻率与接地电阻上升率关系图 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 ，o 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 o 0 0 0 0 o o o o 术v rl爵索：匪卸冒鞯 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 小型异质土壤的水平截面积一般不超过地网面积的1 0 ，故本次研究的最 大水平截面积取为3 0 * 3 01 2 1 2 。 图2 5 可以看出，当异质土壤的水平截面积为3 0 3 0 m 2 时，曲线的斜率明 显大于其他几只曲线，随着水平截面积增大，异质土壤对接地电阻的影响随之 增大，特别是“3 0 * 3 0m 2 这只曲线，上升趋势并没有随着异质土壤电阻率的 增大而趋于平缓，因此当异质土壤面积大到一定程度时，其对接地电阻的影响 不能被忽略，建议将占地大于总面积1 0 ，而且土壤电阻率很高的异质土壤块 分开单独考虑。 2 3 异质土壤深度的影响分析 在异质土壤的面积一定的情况下，其深度同样有可能影响地网的接地电阻， 因此对这种情况有必要进行研究。 设定土壤表面积为1 0 1 0m 2 ，周围自然土壤电阻率为i o o e 2 m ，改变异质 土壤深度h ，经过仿真，得到表格2 5 ： 表2 - 5 不同异质土壤深度时异质土壤电阻率与接地电阻值关系表 pr ( h =r ( h =r ( h = r ( h = ( q m )l m )l o m ) 5 0 r e )l o o m ) 1 0 00 4 5 6 1 80 4 5 6 1 80 4 5 6 1 8 0 4 5 6 1 8 2 0 00 4 5 6 3 90 4 5 6 5 10 4 5 6 8 10 4 5 6 9 3 0 00 4 5 6 4 20 4 5 6 5 80 4 5 6 9 80 4 5 7 0 9 4 0 00 4 5 6 4 50 4 5 6 6 20 4 5 7 0 60 4 5 7 1 9 5 0 00 4 5 6 4 60 4 5 6 6 50 4 5 7 1 10 4 5 7 2 4 1 0 0 00 4 5 6 5 00 4 5 6 7 00 4 5 7 2 2 0 4 5 7 3 6 1 5 0 00 4 5 6 5 10 4 5 6 7 20 4 5 7 2 50 4 5 7 4 0 2 0 0 0 0 4 5 6 5 2 0 4 5 6 7 2 0 4 5 7 2 70 4 5 7 4 2 2 5 0 00 4 5 6 5 30 4 5 6 7 30 4 5 7 2 80 4 5 7 4 3 3 0 0 0 0 4 5 6 5 30 4 5 6 7 30 4 5 7 2 90 4 5 7 4 4 3 5 0 00 4 5 6 5 40 4 5 6 7 4 0 4 5 7 2 9 0 4 5 7 4 4 有下图： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 o 4 研，2 o 4 5 7 d a 删0 糊 掣 莹0 4 5 6 6 趟 0 4 5 6 4 05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 0姗4 0 异质土壤电阻率( q m ) 图2 - 6 不同异质土壤深度时异质土壤电阻率与接地电阻值关系图 从上图可以看出“l m 这只曲线对应的接地电阻值最低，其次为“l o m 、 “5 0 m ”、“l o o m 。也就是说在一定的异质土壤电阻率的条件下，异质土壤的 深度越深，其对接地电阻的影响也就越明显，是因为地网散流时，向下也是电 流的散流方向之一。还可以看出“l m ”、“1 0 m ”、“5 0 m 、“1 0 0 m 这四只曲线 随着异质土壤电阻率的增加，地网的接地电阻值也变化得十分平缓，既在一定 深度的异质土壤厚度时，异质土壤的土壤电阻率对接地电阻的影响很小。 用接地电阻上升率l j 表示有如下图表： 表2 - 6 不同异质土壤水平截面积时异质土壤电阻率与接地电阻上升率关系表 pi 工 ( h = l 工 ( h =p( h =u( h = ( q )l m )l o m ) 5 0 r e )l o o m ) 2 0 00 0 4 6 0 1 30 0 7 2 2 8 8 o 1 3 7 9 1 30 1 5 7 5 8 4 3 0 00 0 5 2 5 8 30 0 8 7 6 0 8 o 1 7 5 0 6 20 1 9 9 0 8 6 4 0 0 0 0 5 9 1 5 20 0 9 6 3 60 1 9 2 5 3 50 2 2 0 9 1 5 5 0 00 0 6 1 3 4 20 1 0 2 9 2 3 0 2 0 3 4 5 2o 2 3 1 8 2 6 1 0 0 00 0 7 0 0 9 90 1 1 3 8 60 2 2 7 4 6 20 2 5 8 0 0 2 1 5 0 00 0 7 2 2 8 8 0 1 1 8 2 3 40 2 3 4 0 0 80 2 6 6 7 2 5 2 0 0 00 0 7 4 4 7 6 0 1 1 8 2 3 40 2 3 8 3 7 1o 2 7 1 0 8 6 2 5 0 00 0 7 6 6 6 5