（电力系统及其自动化专业论文）输电线路工频参数理论计算软件的研制.pdf

牮j t 电力大学硕圭学经论文 声明 本人郑鬓声明：此处所提交的硕士学位论文输电线路工频参数理论计算软件的 磷铡，楚本天在华乾毫力大学攻读赣士学位捐澜，在导郯臻霉下送行麓研究工作帮取 得的研究成果。据本人所知，除了文中特另l j j m 以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 大已经发表或撰写过豹疆变成莱，遣不包含为获褥攀j l 宅力大学或英纯教弯瓢褥豹学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已谯论文中作 了骥确豹瑷明著表示了落意。 学位论文作赣签名燃 期：塑竺：! ，、如 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即；学校有权保管、 并向窍关部门送交学位论文的原件与复印l 串；学棱可以采瘸影印、缭印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文：困意学校可以用不同方式农不同媒体上发淡、传播学 位论文的全部或部分内容。 作者馘龃觳导师虢墨却苓 目 期：建则2 、细 醋期：塑! 7 5 。 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 输电线工频参数理论计算的背景及意义 输电线路是电力输送的载体，是电力系统的主要组成部分之一，对电力系统起 着极其重要的作用。输电线路的参数主要是指其工频参数，它包括正序阻抗、正序 导纳、零序阻抗、零序导纳以及多回互感线路之间的耦合电容等，这些参数是电力 系统进行潮流计算、短路电流计算、继电保护整定计算以及选择电力系统运行方式 等工作之前建立电力系统数学模型的必要参数，其准确性直接关系到这些计算结果 的准确性。若工作中使用的输电线路参数不准确，可能给电力系统带来很大的影 响，甚至产生重大的电力事故，因此及时准确的获得输电线路的工频参数对于电力 系统至关重要，尤其是随着我国电力系统的不断发展，电网的不断扩大，电力系统 自动化程度的不断提高，对于输电线路参数的准确性要求也越来越高。 通常线路参数的获得有两种方法：一是通过实际测量获得，二是根据线路的排 列方式和物理参数进行理论计算获得【2 。实际中的输电线路工频电气参数的理论计 算往往比较复杂且受很多不确定因素的影响，两种方法都有各自不同的优缺点。工 程上，对1 l o k v 及以上的线路要求进行实际测量，并以实测的结果为准，对1 l o k v 以下的线路一般不进行实测，而以理论计算的结果为准，对系统安全要求较高的线 路必须要进行实测，对新建线路和改建线路也要进行实测【3 1 。实测和理论计算两种 方法在实际中是相辅应用的。对于要求进行实测的线路，实测结果以不偏离理论计 算值过多为原则。因此无论实际中采用哪种方法获得线路参数，理论计算都是不可 缺少的一个步骤。 在计算机应用于输电线路工频参数理论计算之前，理论计算一般采用手算的方 法，对于部分对准确性要求不高的线路，也可以采用奄表的方法。随着导线回路数 的增加，输电线路参数理论计算的计算量将会显著增加，考虑到计算量的问题，在 进行手算时就做了相当多的假设和近似，因此早期的理论计算不仅只能应用于导线 回路数较少的情况( 一般不大于两回) ，而且计算的准确度也不是很高。从上个世 纪6 0 年代开始，计算机开始应用于输电线路参数的理论计算。由于计算机方法可 以综合考虑实际中的很多相关因素，并且不必考虑计算量的问题，因此其计算的准 确度要高一些，而且可以应用于实际中排列方式更加复杂的线路。除此之外计算机 还有节省时间，可储存和可更正数据的优点，因此越来越受到人们的青睐a 近年来， 随着计算机技术的发展，输电线路参数理论计算软件的研制也取得了一定的进步 华北电力大学硕士学位论文 首先，在计算的准确度和速度上有了进一步的提高。其次，输电线路参数理论计算 软件更加强调了数据获得的方便与快速，表征线路排列方式的初始条件修改的方 便，理论计算结果表示方式的清楚和直观。但在理论计算的过程中还是不可避免的 用到了一些工程上的假设和近似，而且实际中的一些自然因素还是难以量化到理论 计算公式中，这些都导致了理论计算的准确性还是难以达到实际应用中的需要。因 此，设计一套准确度更高的输电线路参数理论计算软件是理论计算能够应用于实际 生产所必需的【引。 1 2 输电线工频参数的获得 目前，输电线路工频电气参数的获得主要是通过现场实测和理论计算两种途 径。下面简要介绍两种方法及其异同。 1 2 1 通过实际测量获得 实际中的l l o k v 及以上电压等级的输电线路的工频参数都是要求进行实测的。 目前，电力系统进行输电线路参数测量时采用的方法主要分为传统测量方法和基于 单片机技术的智能仪表测量方法两种。传统的测量方法，即在被测输电线路停止运 行的情况下，通过对线路施加试验电源，针对不同的测量参数采用不同的接线方式， 并利用电压表、电流表、功率表、频率计等各种传统表计测量出线路的各个状态， 经人工读取表值后利用相应的公式计算出各个相应的线路参数来。智能仪表测量法 是通过对被测量信号交流采样，并利用数字信号处理方法对采样数据处理，得到被 测量信号的幅值和相位，最后利用单片机计算出线路的参数。传统的测量方法消除 了实际中的各种不确定因素的影响，比如天气、温度等，但这种方法同样的存在很 多缺点和不足，其测量工作任务繁重、接线比较复杂，需要专业人员进行操作，而 且由于采用人工读数计算，不可避免的带来很大的误差，因此在测量的精度上越来 越不能满足电力系统的需要。此外，由于传统测量方法都是采用离线测量，由此也 给电力系统带来了极大的不便和经济损失。智能仪表测量法避免了传统方法人工读 数计算带来的误差，傅立叶变换的同时也滤出了系统中高次谐波的影响，提高了测 量的精度。但仍然存在不少问题有待于解决，这种方法由于要求进行离线测量，给 电力系统带来了较大的经济损失，对于某些测量环境恶劣的情况也不适用。 1 2 2 通过理论计算方法获得 实际中的1 1 0 k v 以下电压等级的输电线路的工频参数以理论计算的结果为准。 对于要求进行实测的高电压等级线路在实测前要进行理论计算，实测结果以不偏离 华北电力大学硕士学位论文 理论计算值过多为准。地形条件和天气条件比较恶劣不适合进行实测的情况也要用 理论计算方法。输电线路参数理论计算方法是在给定线路排列方式和导线的物理参 数以及各种自然因素的前提下，通过理论计算公式直接求得线路各回各序电气参数 的方法。这种方法在计算中不涉及到线路的电压和电流，因此不需要在停电的情况 下进行，也不受天气和地形条件的限制。但实际中的输电线路的参数是受很多因素 的影响，有些可以量化到理论计算公式中进行考虑，而另外一些由于过于复杂难以 在理论计算公式中进行考虑，可能导致了理论计算结果与实际测量值有定差别。 1 3 本论文的主要工作 ( 1 )查找阅读相关文献，了解理论计算的背景、意义及在实际中的价值。 ( 2 )对现有的输电线路工频参数理论计算的各种方法及应用软件的使用情况 进行研究，分析其优缺点。 ( 3 )基于以上分析提出提高理论计算准确度的方法并进行验证。 ( 4 )研究在理论计算中如何考虑影响输电线路工频参数的重要因素一一土壤 电阻率。 ( 5 )用v c + + 6 0 高级程序设计语言进行输电线路工频参数理论计算软件的编 制，软件要能适用于单回及多回以及有无架空地线的输电线路的计算， 要有良好的人机界面。 牮趣毫力大学繇士学位论文 第二耄输毫线路王频参数理论计冀一簸方法 2 1 般理论计算方法 2 1 1 阻抗系数和电位系数 在研究输电线路参数理论计算的方法之蓊要先理解两个基本概念：黼抗系数秘 电位系数。猩计算絮空线路阻抗时，首先成求取线路的自阻抗系数和互阻抗系数， 然螽才能禳播导线的型号和辩弼方筑得虱鬣终的线路疆抗静其俸计算公式。同样， 在求取线路电容的时候，电位系数也是必须首先求取的参嫩。下俪将分蹦介绍这两 组基本概念。 2 。l 。l ，1 自隰抗系数及置黻抗系数 在架空线路参数的计算中，常常要涉及所谓的“导线一地”回路。阁2 一l ( a ) 示出了一令攀导线叛大这终圜鼹兹交滚电鼹。在这耱回路中，邀溅经过警线之震默 大地返回。这种回路阻抗参数的计算比较复杂，因为它和电流在她中的分布等因索 骞关。卡尔逊撮据奄辍波豹毽论，罄经比较耩确趣求褥了这静“警线一媳”回鼹鳃 阻抗。计算结果表明，这种“导线一地”网路中的大地可以用一根虚设的导线来代 替，妇围2 l ( b ) 质零。其嗲夯实际导线至虚梭导线之闻的距离。理论诞明，这 一距璃与大地的电睇以及电流的频率等因綮有关。由这一锋值的释线模型出发，“普 线一地”回鼹蛉参数即可按黄通双霾线的计算公式来确定【9 l 。 一一 u 蕊 ， ，、l ( a )( b ) 图2 - 1 “导线一蟪”交渡电路( 8 ) 及其 等值导线模型( b ) 潮2 - 2 以大地为回路的三相线 计算模型圈 牮蔻魄力大学蕊士学经论文 瓣于三棚线路，焱进行参数计算时，也可以麓三个平行浆“导线逡”回路米 代替。报据卡尔逊酌藻本思想，所肖地中电流的邋阐路径仍可用一根虚设的导线来 表示，如匿2 2 所承。这三姻絷空线路蛉等售模型对予器序参数螅诗冀鄯适建。 这将鼹我们分析计算线路参数酶一个基本出发点。 根据上述线路模型，在推导各廖参数计冀公式醚，要周副鼹个基本参数。一个 是革爵线疆大地为溺鼹时的囊隘藐系数；褥一个是两狠导线以大地为回路时的互阻 抗系数。从原则上讲，有了这鼹个参数，不论导线如倪排列，也不论有没有架空地 线( 翔膏，也不论蠢凡报) 以及线路是否爨遭换位蒋，其隧抗参数都可戳狠方便她 进行计算。 ( 一) 囱阻抗系数 鞠2 一l 匐为一穰长度为l 翡喾线在黻丈遣为图路时瀚等毽模型。韵图中可以 看出，该回嬲的阻抗为 雷2 - 3 决定“辱线一遗”交流巷赣韵壹融抗系数 ( a ) 长度为l 的等值线路模型。( b ) 自阻抗系数的等值电路 z “：丁u a ：r d + rg+豇z(2-1) d 缄中r 。弹线的电阻 d 2 这一部分空气中的磁链为 = 辟召d x = 脐铷= 等n 鲁 p s ， 当大地用镜像电流一i 代替后，空气部分磁链变为全部空间磁链的一半，故空气部 分电感为 l 空：竺l n 丝：2 l o 一4l n 丝h k m ( 2 - 5 2 ) 单根导线内部磁链( 不计集肤效应) 为 y 内= 筹= 鼍 其相应的电感为 三内= 鲁_ o 5 1 0 叫1 4 k m 。巧3 2 1 竺! ! 皂查奎堂堡主兰垡堕塞 当大地为理想导体时，单根导线线路的总电感为 三空+ 上内= 2 l o l n 了2 h + 爿= 2 x1 0 - 4i n 丽2 h 日枷( 2 - 5 4 ) 式中g m r 为导线的自几何均距g m r ：r e i ：0 7 7 97 对于多股导线，当股数为7 ，1 9 ，3 7 ，1 6 9 ，时，g m r 分别为导线外半径r 的0 7 2 5 5 ，0 7 5 8 ，0 7 6 8 ，0 7 7 7 倍，并逐渐趋近0 7 7 9 。对于钢芯铝线，则可取 g m r = 0 8 l r 。 分裂导线的自几何均距为 ( g m r ) 分裂= 刈g 脚n r n - i 式中n 为分裂导线根数，r 为分裂导线半径，g m r 为单根导线的自几何均距， 而( g m r ) 分裂是分裂导线等值于单根导线时的自几何均距。没有计及导线间的临近 效应。 ( 三) 大地的影响【2 0 】 实际上大地不是理想导体而具有一定的电阻率值，因而常需计及其影响。通常 的教科书上常常要涉及所谓的“导线一地”回路。卡尔逊根据电磁波的理论，曾经 比较精确的求得了这种导线一地回路的阻抗。结果表明这种导线一地回路中的大地 可以用一根虚设的导线来代替。根据这个线路模型在推导线路各序参数计算公式时 要用到两个基本参数：自阻抗系数和互阻抗系数。但在处理大地相关项时只是用了 近似的结果。经过分析得知，这个近似的结果为卡松方法求取相应大地相关项的首 项，这必然造成很大的误差，下面相关章节将提出本文对这一问题的详细解决方法。 另外对于土壤电阻率的处理以往的方法也比较笼统，只是根据当地的土质情况 给出一个大致的理论参考值。而实际的土壤电阻率是受很多因素影响的，温度、湿 度、地质构造等都是影响土壤电阻率的主要因素，关于这一问题的讨论也将在下面 章节详细讨论。 华北电力大学硕士学位论文 第三章对理论计算方法的改进 本文采用的输电线路工频参数理论计算方法与上一章介绍的方法基本相同，只 是在对引起误差的主要因素处理上的考虑和处理方法有所不同。在计算阻抗系数的 时候采用的是更加精确的卡松公式，取它的前1 5 项使得计算的精度能够达到要求。 在计算土壤电阻率的时候，采用的是由实测数据拟合出来的一组计算公式i 综合考 虑了土壤类型、温度和湿度三个主要的影响因素。 3 1 卡松公式的应用 用于均匀大地的卡松公式在电力系统的研究中一般是足够准确的。但卡松公式 是以下列假设为基础的： ( a )导线在地面以上是完全水平的，而且长到可以忽略三维终端效应( 这样就成 为二维场了) ，用对地平均高度来间接记入弧垂。 ( b ) 大气空间是均匀无损的，导磁率为p o ，介电常数为占o 。 ( c )大地是均匀的，有同一电阻率、导磁率和介电常数。界面是一个与导线平行 的无穷大平面。大地如同一个导体，可以忽略其位移电流。 ( d )导线间的距离至少应比导线的半径大一个数量级，这样便可忽略临近效应( 即 忽略导线中电流的分布受相邻导线电流的影响) 。 杆塔间导线的形状可描述如下： ( a )档距小于5 0 0 m ，为抛物线： ( b )档距在5 0 0 2 0 0 0 m 间，为悬链线： ( c )档距大于2 0 0 0 m ，为弹性线。 本文中均假设档距小于5 0 0 m ，地面上的平均高度计算公式为 h = 档距中央的高度+当弧垂 ( 3 1 ) 于是就可以根据杆塔结构的几何尺寸和导线特性来计算串联阻抗矩阵中的各 元素了。自阻抗为 z ：= ( 。+ 嘁) + j ( 2 , u 丌ol n 等叫，。+ 州) 。2 互阻抗为 z 品叫，卜等t n 等“叫 。书 华托电力大学礤士学接论文 弘。为鑫由空阕的导磁率，耀 o 2 丌= 2 1 0 4h k m 褥出豹阻抗罄往必q 艇m 。 式中备变量懑义如下 露j 砒 一一鼯线i 鳇交滚毫陵； h ； 一一导线i 爻圣地平均薅度 d * 一一导线i 与导线k 镜像间距离； d 捕一一譬线i ，k 阉距离； _ 一一鼯线i 半径； 搿；t n t 一一鼯线i 的内电抗； m 一一角频率，出：2 盯。f 为频率，h z a r ，鬣一一卡松大撼返回效应校正矮。 卡松校正工员a r ，x 考虑了大地返回效应 互阻抗痧= 舷) 和参数口的函数。 口= 4 7 r 压1 0 。4d 厮 ( 3 - 4 ) 他们是角度( 对自阻抗砂= 0 ，对 ( 3 - 5 ) 式中d 一一用于自阻抗，d = 2 h ，。m ：用于互阻抗，d 。d 请，m ； p 一一大地电阻率，q m 。 当d 啼。( 大地电阻率极低) 时，a r 7 ，a x7 为零。卡松对a r 和a x 给出一个 不是积分，在g 5 瓣，：| 冬它展开麓4 令爱穷级数之零。为了暴予编程t 经过整瑗， 写成一个数列，若阻抗单位为叫k m ，即商 尺= 4 彩- l o “ 詈一6 l d c 。s + 6 2 & 2 一l n 口如2 c 。s 2 + 如2 s m2 州 + 6 ，口3e 。s3 庐一矗4 担4e 。s4 一5 s a s e 。s 5 + 6 眵6 一l r l t ) a 5 e 。s6 萨鼬6s i n6 】 + 6 1 口7c o s7 庐一d a 盯8c o s8 一) x = 4 1 0 - 4 圭6 1 5 9 3 1 5 一l n 口) + 6 l 掰c 。s 妒一d 2 口2 c 。s 2 妒+ 6 3 蝉3 c 。s 3 一6 4 【( c 。一l n 口扣4c o s4 妒十如4s i n4 哇】+ 6 ；a 5 c 。s 5 一d 6 口6 c o s6 庐+ 6 7 a 7 c 。s 7 妒 一b s 艮s i n 拄8 淄8 多+ 如8 s i n8 多】i + ( 3 - 7 ) 每瑟个连续颈形成一次重复格式。系数6 f 、q 帮d i 建常数，碍良毙算好存入表 2 4 华北电力大学硕士学位论文 格中。他们由递推公式求得 驴k z 祸 1l 。f 引- 2 + i + 鬲 j 。：三67 4 s i g n = 1 ，每4 个连续项后换一次符号( i = l ，2 ，3 ，4 符号为+ 1 ；i 兰5 ，6 ，7 8 符号为一1 ，依此类推) 。 三角函数由几何尺寸直接求得， c o s 一警叫岷2 舞 而递推公式中数列的高次项为 d c o s f p = p ”1 c o s ( f 一1 如c 。s 伊一a i - is i n ( f 一1 如s i n 妒上 ( 3 8 ) 口7s i n i f d = k 1c o s ( f l 如s i n 妒+ 口一1s i n ( f 一1 ) 妒c o s 妒- 计算工频下的电力线路只要用无穷数列中的几项。在高频下或较大的空间因为 参数a 越来越大，所取的项就越多。只要卡松的数列开始收敛，就收敛的很快。用 一个a = 4 和口= 0 的算例来说明式中取项太少可能引起结果错误的程度。若数列 分别在第1 ，2 1 5 项截去，r e z ；f 的误差百分数为 + 3 1 2 ，一7 4 8 ，一1 6 ，+ 7 9 8 ，一4 1 6 ，+ 3 6 5 ，一1 2 l ，一9 3 ，+ 2 8 ，一1 5 ，+ 5 2 ，+ 1 7 ，一0 3 5 ， + o 1 4 一0 0 4 当a 5 时，最好用以下有限数列： 崛，= 警( 孚一瓮乎+ 竽+ 等一等掣 ( 3 _ 嘁，= 与f ( 掣一芋+ 孚+ 等掣) 3 2 对土壤电阻率的考虑方法 输电线路的电气参数对于电力系统的运行分析与控制是必须已知的。目前，输 电线路电气参数的获得主要是通过现场实测和理论估算两种途径。实际中，对l l o k v 兰j ! 塞查盔兰篓兰兰堡鎏茎 及以上的系统要求进行实辩测量，菇以实测的结果为准，对1 1 0 k v 以下鳇系统一般 不进行实澜，而以璃论计算的结果为准，对系统安全要求较高的线路必颁要进行实 测，对新建线路和改建线路也要进行实测。实测秘理论计冀两萃申方法在实际中是档 辅瘟丽的，实测结莱以不偏离理论计算菹；逭多为原则，而最终以测量值为准。理论 计算结果的误差往往比较大，主要原因之一是很溅获得准确的大地电阻举f 2 0 1 ， 在工程设计中，往往根据工程习惯的土壤分类方法，对各类士壤的电阻率进行 分类冕裹3 一l 。这葶孛方法只蹙绘出t 一个大概豹参考篷，莛没有考虑鬟实际孛诸如 温度、湿度等影响因素，与实际测艇值可能相差几倍甚至十几倍。本文将对影响大 地电阻率斡冬个因豢分别进行磷究葶鞋分摄，最嚣综合考惑冬令嚣豢夔影蛹绘出一套 定量的大地电阻率的计算公式，以期达到较高的准确度并能应用于各种工程计算中 对土壤电阻率敫诗冀。 3 2 1 对影响土壤电阻率各因素的定性的分析 大地的电阻率受很多因索的影响，在工频时，大地电隰率主要取决予几百米深 度肉豹遣震构造和地下永豹分布，除既之外，还与季节有缀大的关系，主要是指湿 度和溆度。 3 2 1 1 地质结构的影响 魏质结鞠包括壤类黧和地下承的分布良及遗寝成水的有无等多方瑟。实际中 的情况则更加复杂，同地区的土壤类型不是均匀的，在瓣直和水平方向上有很大 静差器，所戳其诲的都考虑几乎是不可能的。工频情况下，遣质结构和驽魏下永的分 布是决定大地电阻率的最主要因素。对于不同类型的土壤，在工程上可以近似的采 蠲表3 - 1 掰辫鑫的数值佟为理论诗算韵参考毽。 表3 - 1 鬻麓壤诗箨用电嫩率。 土壤类型电阻率( o m ) 耕土、秸土、黑土 1 0 0 黄、潮湿沙士、石 3 0 0 质黏土 瀑沙、最豫砂 6 0 0 沙子( 干) 、禽卵石 1 0 0 0 羊n 碎石的沙： 郭石、碎磊 2 0 0 0 花岗溜、石英辫、石 2 0 0 0 以上 灰岩 一兰i i 整垄茎堂篓主堂堡迨塞 应用表3 一l 中的数据进行输嗽线路参数理论计算，最大的误差可达到1 0 ，所 以必须考虑其他因豢的影响。地下水深度和有无地面附邋咸水对土壤的电阻率1 魏有 很大的影响。地下水越深其所在地的土壤电阻率越大；地面附近( 1 5 0 m ) 存在娥水 的情况眈没有藏永的情况下土壤的电阻率明显偏低；咸承的深度越浅，辅应的电阻 率也就越小a 由于实际中的地质结构包括很多方搿，定量化的全部考虑i i 较的复杂， 现有的计算软件在处理这些问蘧的时候，般都怒定性的在某一嚣闻内，如果壤 湿度大，有地下水或地表咸水就取较小的电阻率使。本文在考虑地质结构时只针对 不阖类型的土壤迸雩亍考虑，并认为土壤是各商均匀的。 3 。2 。1 。2 涅魔与湿度辩主壤藏阻率载影嫡 土壤电阻率与土壤的结构( 如黑土、粘土和沙土等) 、土质的紧密度、湿度、 溢度等，汉及壤中含有搿溶萑的电解蔟有关。穰同种主壤的情况下，彩晌土壤电 阻率的最重要因素怒湿度，温度对电阻率也有一定的影响。 寝3 - 2 为土壤猩不同温度和湿度时的电阻率的实验结果，其中的土壤湿度魁用 土壤含水登寒表，珏敬，具体的漤裁是： 称取某一种土壤1 0 0 0 9 ，放入干燥型烘箱，升滋至1 0 54 c 并保持l o h ，然后取出， 称冀霾量，损失懿整墓酉分晓鄯为该土襻酾含承餐。 表3 - 2 主壤窀阻搴实验绫采 含水电阻率( q m ) 序母名称量2 0 。5 o c0 。c5 。c1 0 。1 2 。1 5 4 “2 0 。c ( ) ccec l 黄土 9 5 03 3 85 0 36 8 42 2 5 05 7 0 01 0 6 5 0 1 5 0 0 0 2黄土1 7 ，81 0 31 6 88 7 06 9 7 51 6 8 2 5 3 5 03 2 8 5 0 3 黄土 2 3 43 3 65 45 5 81 4 8 5 01 8 9 0 02 0 4 0 0 2 8 1 0 0 f 4 细砂 20 3 2 2 55 0 2 56 0 0 04 5 6 0 08 8 2 0 02 6 0 7 0 0 |5 维砂7 ，53 2 45 o8 5 84 1 7 0 08 7 4 5 02 8 6 2 0 0 6 粗砂 2 27 3 5 01 1 6 2 51 8 8 7 58 18 2 5 7 粗砂 6 81 1 5 81 7 4 02 0 4 01 0 0 2 0 0 8 黏1 5 24 5 08 1 81 0 7 02 6 4 0 5 4 0 08 4 0 0 9 1 5 0 9 黏土 2 0 03 95 69 25 0 31 1 2 43 3 7 54 3 5 0 1 0 潆 6 ，52 5 23 6 64 2 05 2 7 01 0 0 5 02 4 3 0 02 9 1 0 0 怼其结聚遴行定性戆分恚蓐可褥杰整下终论： ( 1 ) 土壤电阻率随着温度的增加而减小： ( 2 ) 东瀑度接近零摄氏度的黠娱电趱枣畜踢熙豹跃变 华北电力大学硕士学位论文 ( 3 ) 电阻率随温度的变化趋势大致相同； ( 4 ) 含水量对发生跃变与否有影响； ( 5 ) 温度大于零的情况下，温度变化相同的幅度时，土壤的电阻率也变化相同的倍数， 与土壤的类型无关； ( 6 ) 一般情况下，湿度越大，土壤的电阻率越小； ( 7 ) 对于沙土，在温度小于零摄氏度的时候，电阻率随湿度变化不大； ( 8 ) 不同类型的土壤在同一温度下随湿度的变化规律不同； ( 9 ) 可近似的认为土壤电阻率与温度和湿度是分别呈指数规律变化的，但在不同的区 间内的具体指数形式可能不同。 3 2 2 土壤电阻率计算公式的推导 基于以上的定性分析，可先假设考虑了土壤类型、温度和湿度的电阻率的计算公式 为： p = a e 肼e c “ ( 3 1 1 ) 式中b 一温度系数； c 一湿度系数； a 一与土壤类型相关的变量。 用表3 2 中2 0 摄氏度和5 摄氏度时不同类型不同湿度下的土壤电阻率相除，得到一 组数据如表3 3 表3 - 3 不同湿度下两特定温度下的各类型土壤的电阻率比值 i 类型黄土细砂粗砂粘土煤 i 湿度9 51 7 82 3 4 2 07 52 26 81 5 22 0o6 5 l 比值 0 6 7 2o 6 1 30 6 2 20 6 4 20 6 3 5o ，6 3 20 6 6 60 5 50 6 9 60 6 8 9 表中比值的定义为2 0 摄氏度时的土壤电阻率和5 摄氏度时的土壤电阻率的比值。 求算术平均值为o 6 4 1 7 ，此数值只与温度有关，旦堡盟：笔三：e 1 5 b ：0 6 4 1 7 可 p ( 5 0 c ) e ” 得出b = 一0 0 3 。应用相同的方法可算出在- i y c o 。c 且“1 8 ，3 时 ( 3 1 3 ) 口：2 9 9 13p i ig o i 埘”，一1 0 。c ( t o 。c 且“ 1 83 时 ( 3 一1 4 ) 口：3 5 0 5g “z f e 。3 4 & m ，一1 0 。c t o 。c 豆w 1 8 3 辩 ( 3 一1 5 ) 口：3 8 0 ，8 9 # e1 0 0 4 “口一e1 f ，一1 5 。c 一1 0a c 虽* 1 8 。3 ( 3 一1 8 ) 。：1 7 3 l 。9 7e o i 0 0 4 “# 一o0 5 7 ，“一1 5 。c 且“( 8 3 ( 3 1 7 ) d ：5 0 3 2 6 e “o0 4 1 8 “e o f ，一1 5 。c f 一1 0 。ce l l 8 3 “2 5 ( 3 1 8 ) 口= 2 2 9 0 0p 一。1 8 v e 一。0 5 7 5 ，f o 。c 射。：3 9 3 0 08 d 5 t ( 3 2 3 ) 粘土：t o 。c 时d ：1 8 9 3 1 0 6 e 5 0 9 5 “g _ 0 t ( 3 2 4 ) 一1 0 。c t o 。c 时d = 2 + 2 7 8 1 05 e o ”f o i 5 8 5 ( 3 2 5 ) 2 9 兰j ! 照垄奎鲎堡主堂焦堕茎 t 一l o 4 c 时p ：7 1 3 3 8 e _ o1 7 3 5 ”e o0 3 3 2 3 , 2 3 计算公式的验证及误差分析 ( 3 2 6 ) 戚用上一节推导的理论计算公式对表3 - 2 所示备种不同湿度和溢度下的各种土壤的 邀疆搴避毒亍计算，隶缮壤泡疆率爨论诗冀氇列弓二袭3 4 。 ； 表3 - 4 。理论公式计算的电阻率 序号名称宙水量电阻率( 0 m ) ( ) 2 0 0 c50 6 ,0 。c一5 0 c一1 0 。c1 2 。c 一1 5 。c一2 0o c l黄土9 53 3 85 3 0 0 96 1 5 6 82 2 5 04 9 7 01 0 6 5 5 1 4 1 9 7 2 黄土 1 7 81 0 7 3 41 6 83 41 9 5 5 8 6 9 7 51 5 4 0 72 4 5 0 53 2 6 6 7 3 黄土 2 3 ，乓3 3 。65 2 。76 1 。2 21 4 8 4 81 8 8 9 5 2 0 3 9 62 7 1 9 5 4 细砂 2 o3 2 2 5 0 2 5 0 5 7 8 45 8 7 6 3 74 3 5 0 09 0 6 0 83 2 1 9 9 6 5细砂7 53 2 5 85 7 0 9 65 9 3 7 4 3 5 0 09 0 6 0 83 2 1 9 9 6 6粗砂2 ，27 3 5 0 4 21 1 5 2 81 3 3 9 38 6 8 1 0 7粗砂6 81 1 0 2 6 51 7 2 9 32 0 0 91 68 6 8 1 0 8 髓主 i 5 24 5 0 o l7 0 5 。7 68 1 9 ，9 72 6 4 0 2 9 5 8 3 2 。1 68 4 0 09 9 1 8 。7 9 i 9黏土2 0 03 96 l1 77 l _ 0 75 0 3 0 71 1 1 1 2 33 6 5 2 s 64 3 1 2 1 2 凌表3 - 4 理论计算结果与表3 - 2 实铡结栗计算鼗 理论计算的谈差a p ，计算公式为： 口：翌壅鎏：2 塞型1 0 0 ，诗冀结莱冕表3 5 。 p 虫测 表3 - 5 理论计算值与实测值的误麓 i 痔号 名称舍瘩攮a p ( x ) ( ) 2 0 。c5 。c0 。c- 5 。c- l oo c一1 2 1 5 。c- 2 0 0 c 1 1 黄土 9 5o5 3 999 6o1 2 8o 1 4- 5 3 5 l 2黄1 7 。84 2 1o 2 0- 7 75o一8 。2 93 3 3一o 5 6 l 3 黄土 2 3 4o一2 4 l一8 9 0 3- o0 1- o 0 30 0 23 2 2 4缀砂2 0 oo ，5 52 ，0 6- 4 6 l2 。7 32 3 ，5 1 5细砂7 5 o 5 60 ，i 9- 3 0 6 04 3 23 6 l1 2 5 l 6粗砂2 20 o lo + 8 3- 2 9 ，0 460 9 7耀移6 84 7 8一o 6 1一1 5 l1 3 ，3 6 8黏士1 5 ，2 0一1 37 22 33 7oo lbo o08 3 8 9 黏2 0 0 o9 2 32 27 5o o li 1 48 2 2o 8 7 豳表3 - 5 可见，绝大部分点的谈差在l o 以内。各湿度下的谈差在0 。c 时明显大于 荬戆黪湿度数，萁琢毽在予主壤电礁率在0 醛遥骞疑交，并萎英跃变熬大小与壤类 3 0 华北电力大学硕士学位论文 型和湿度等很多因素都肖关系，对此本文不作避一步的讨论。猩温度低于一1 5 a c 时的谈差 也相对要大一些，原因怒在温度过 氐的情况下壤电黻率的交优越来越缓慢，萁遵循的 指数变化的系数也是不断变化麓的。 由表3 1 工程估算，黄土的土壤电阻率近似取为3 0 0 ，与实测结果( 表3 2 ) 相比较， 谈差电9 9 0 9 爱7 9 2 。8 6 不等，其毯热懿帮沙土也寮相同豹情况。囊拉可怒，采用零 文所述方法进行计算，可以大大的提高土壤电阻率计算的准确度。 华j 七电力大学碗士学位论文 第四章架空线路工频参数理论计算软件部分说明 纂于跌上鼯浆空辕毫线黪工颡参数的理论誊卡算方法款分耩，零文采弱了 v c + + 6 o 高级程序设计语言编制了可以应用于不同排列方式、不闷长度、不同导线 型号以及不围地理天气条终下懿工频参数璎论计箕瓣软传。 4 1m i c r o s o f tv ls u a i c + + 6 0 简介 九十年代以来，随着隧向对象穰序设计技术的兴起，计算机w 视化得到迅猛发 展。v is u a lg + + | | ；圭箕离往熊编译技术、对象纯设计方法与可视纯开发环境的完焚 结合，受到广大软件开发人员的青昧。微软公司新推出的v i s u a lc + + 6 0 为软件 开茇入爨提供了一个更为灵活、商集残静软件开发环境，它毽舍了一系列县有丰富 功能的编程工具，使编写w i n d o w s _ 陂用程序变的十分直观；同时。基于类库的设计 方法又镬编写嚣两瓣象豹稷痔十分篱擎辩翊”。 4 + 1 1v is u a le + + 6 ，0 舞发丽境 v i s u a lc + + 6 0 开发环境d e v e l o p e rs t u d i 0 是由运彳亍农w i n d o w s9 5 或 w i n d o w sn t 下的一套集成工其所组成，包含输入程序源代弱的文本编辑器、设计用 户界蕊的资源编辑器、跟踪摆序源文件和建立项目配鬣的项目管蠼器、黧立并运行 程序的优化编译器和增鬣连接嚣以及裣查程侉错误的集成调试器等。使用 d e v e l o p e rs t u d i o ，不仅可以创建由v i s u a lc + + 6 0 使用的源文件和其他文件， 而盈掰戬创建、查麓和编辑与任何a c t i v e x 部件有关韵文楼。在d e v e l o p e rs t u d i o 中，诃以在项目工作区中组织文件、项目和项目配鼹。可以使用工作区镦口来查嚣 霸访润项嚣中静备稀元素。项强2 1 2 作醒可戳含有多个项萄，每个磺稿要么是顶屡臻 目，矮么是其他项融的子项目。 4 1 2v js u a ic + 十6 0 开发工舆 v i s u a lc + + 6 0 提供具有功熊强大的向导工矮( m f ca p p w i z a r d ，c l a s s w i z a r d ， m f ca c t i v e xc o n t r o l w i z a r d ，i s a p ie x t e n s i o n w i z a r d ，a t lc o ma p p w i z a r d 和c u s t o m a p p w i z a r d ) 来简化w i n 3 2 应用程序的开发。向导用于帮助用户譬三成各种不同类嫠 应用稷序的綦本框架。例如：使用m f ca p p w i z a r d 来生成兜整的从开始文件出发的 基于m f c 类痒的源文件和瓷源文讳；使用m f ca c t i v e xc o n t r o lw i z a r d 生成饿建 华北电力大学硕士学位论文 a c t i v e x 控件所需要的全部开始文件：使用s a p ie x t e n s i o nw i z a r d 生成创建 i n t e r n e t 瓣务器( s e r v e r ) 疑嚣要魏衾巷文 譬；蠖雳a t lc o maw i z a r d 慕翅建 a t l 应用程序；使用c u s t o ma p p w i z a r d 朱创建自定义的项目类型，并将其添加到创 建矮嚣融豹毒兵l 颂嚣类熬列表中。 创建应用程序的基本框架届，可以使用c l a s sw i z a r d 来创建新兴( c l a s s ) ， 定义清惠楚瑾舔数，覆藏虚季i l 酾数、献对话框、表鼙褫圈或者诡录裰强酶控伟串获 取数据并验证数据的合法性，添加属性、事件和方法剿自动化对象中。 4 1 3 数据库开发 v i s u a le 十+ 6 0 擒供最茯的集成数据库访问，向导工具支持d a o 和o d b c 类， 允许用户建立强商力的数据库威用程序： 可以使用o d b c 类和高性能的3 2 位o d b c 驱动程序来访问释种数据库管理系统。 霹戳镬琢d a o ( 数撂访鞫对象) 类逶l 妻壤程语富来访翅帮操级数暴露孛款数援并管 理数据庠、数据库对象与结构。 4 1 4i n t e r n e t 支持 v i s u a lc + + 6 0 獒有强鸯力静i n t e r n e t 支持，淘导工菇支势i n t e r n e t 应麓 程序的创建。m f c 类库封装了w i n 3 2i n t e r n e t ，使得i n t e r n e t 编程更为容易。w i n i n e t 嫠i n t e r n e t 成梵应磊稷净懿一部分，弗麓纯了怼i n t e r n e t 簇务器静访阉。 m f c 类库封装了a c t i v e x 技术。a c t i v e x 文档可以显示在蹩个w e b 测览器或者 o l e 容嚣的整个客户窗翻中。a c t i v e x 羧件可以用在i n t e r n e t 和桌面应用程序中。 a s y n c h r o n o u sm o n i k e r s 使应瓣程淳霹臣舅多下载文髂鞫控磐嚣注。 m f c 类库使用c h t t p s e r v e r ，c h t t p s e r v e r c o n t e x t ，c h t t p f i i t e r c o n t e x t 和 c h t t p s t r e a m 类来封装i s p a i 。使用这些类，可以创建动态链接库默便添加功能到 i n t e r n e t 服务器和w e b 页中。 4 2 程_ i 掌总体设计思路 程序的流程图如图4 一l 所示 华_ b 电力大学顶士学位论文 程序开始 线路模型选择 + l 导线搂刊方式输入导线黧号选择壤逛疆率谤募子程序 士 计算、结粜显示和保存 图4 1 程缪总漉獠圈 整个稚序的功能分为5 个主要的部分：线路模型选择部分、线路排瓢方式选择 部分、导线型号选择部分、土壤电阻率选择部分以及计算结果豹显示j 萃l 】保存部分。 对于每一部分的功能都与计算程序主窗翻中的一个命令按钮或菜单项捐对应，由命 令按钮所响应豹消息处璎函数来实现每一部分数功能，如果程序运行中需要手动输 入相关参数，剐融弹出的相应对话框来完成。落行计算程序时只需要通过点击窗口 中相应的按钮就可以完成整个线路参数的计算，操作麓单方便，具有照好的人机界 面。软件主窗口如图4 - 2 所示。 煳4 - 2 程序主界面 3 4 华北电力大学硕士学位论文 4 3 线路模型选择部分 图4 - 3 线路模型选择面口 线路模型选择子窗口的界面如图4 - 3 所示，本文将实际中常用到的单回线和双 回线的典型排列方式的线路分别单独建立模型，除此之外，还对多回线模型建立单 独的子程序，这个模型可计算最多l o 回线带5 条架空地线的情况，基本可以满足 实际中的各种情况的求解。各个典型的排列方式分别为：单回线三角形排列不带架 空地线、单回线水平排列不带架空地线、单回线鸟骨形排列不带架空地线、单回线 三角形排列带架空地线、单回线水平排列带架空地线、单回线鸟骨形排列带架空地 线、双回线六角形排列不带架空地线、双回线蝴蝶形排列不带架空地线、双回线六 角形排列带两根架空地线、双回线蝴蝶形排列带两根架空地线。实际应用中可尽量 使用典型排列方式进行计算，若无满足条件的可根据具体情况应用多回线模型进行 计算。 4 4 导线排列方式选择部分 图4 - 4 排列方式选择窗口 3 5 华北电力大学硕士学位论文 承接上一部分的介绍，当选择了具体的线路模型，就进入相应的线路初始条件 的选择窗口，如图4 4 所示。影响线路工频参数最重要的部分之一是线路的排列 方式，本文对这一部分的考虑是这样的：以杆塔的中轴线为直角坐标系的y 轴，以 大地的水平面为x 轴建立坐标系，依次输入各回线路和架空地线的坐标，这样就唯 一的确定了线路的排列方式。实际中的线路排列方式可能会因为种种原因并不是完 全按照各个典型方式排列的，这时可适当的选择一种典型的排列方式( 线路的回数 和有无地线应选择正确，对于单回线带两根架空地线的形式应该选择水平排列带架 空地线的排列方式，如果带一根架空地线选择其他两种任一均可，无架空地线形式 可于三种中任意选择) 。 4 5 土壤电阻率计算部分 图4 - 5土壤电阻率计算窗口 土壤电阻率的计算部分是本软件比较有特色的部分之一，可以象其他同类软件 一样，在预先知道当地土壤电阻率的时候直接输入己知的土壤电阻率，也可以根据 土壤类型、温度和湿度等主要影响土壤电阻率的因素来确定土壤电阻率。这样计算 出来的土壤电阻率较一般假设的电阻率准确度有很大的提高。本软件提供了黄土、 黏土、细砂和粗砂四种可供选择的常见土壤类型，基本可以涵盖大部分的地形特征。 4 6 导线型号选择部分 华北电力大学硕士学位论文 这一部分主要是导线型号的一个数据库的控制界面，可以由菜单项直接进入如 图4 6 所示，可以对数据库进行添加记录、删除记录、修改记录、查找记录、全部 显示和排序的操作其中进行删除记录和修改记录操作时需要输入相应的密码，这 样可以避免误操作和非操作人员对数据库的恶意修改。 还可以在线路初始条件的选择窗口点击“读入导线”或“读入地线”按钮进入 导线型号选择对话框，选择相应的导线和地线的型号之后，点击“选定记录”按钮 则退出此对话框，同时将选择的导线的型号、半径和电阻赋值给线路初始条件的选 择窗口中相对应的变量，为下一步的参数计算做准备。 图4 - 0 线路型号选择窗口 4 7 计算和结果输出部分 通过以上的各个部分的初始条件的输入，在线路初始条件的选择窗口中输入相 应的线路的长度，就完成了所有的需要输入的初始条件。此时点击“计算”按钮， 则在程序中将完成对各序阻抗和各序电容的计算工作，有相应的“结果输出”按钮 可以显示计算所得到的结果，也可以通过菜单项的选择对计算结果保存到相应的文 本文档中。 华北电力大学硕士学位论文 图4 - 7 结果输出窗口 如图4 7 所示为最简单的单回线情况的结果输出窗口，如果线路的回数较多或 者带较多的架空地线，则在输出窗口还会给出相应的线路模型，如“万形等值电路”。 对于长度小于3 0 0 k m 的架空线路，通常采用集中参数模型，而长度大于3 0 0 k m 的情况 要对各项进行修正，但线路模型仍然不变。 华北电力大学硕士学位论文 第五章软件计算结果的校验 本文软件的编制与其他同类软件的主要区别有两点。其中之一是考虑到了实际 中的土壤电阻率是个受很多因素影响的不断变化的量，本文主要考虑了土壤类 型、温度和湿度三个最重要的影响因素，在已知沿线地区的