一種變電站接地網特性參數的數值計算與分析方法
【專利摘要】本發明公開了一種變電站接地網特性參數的數值計算與分析方法，能夠根據接地網的設計圖紙快速得到接地網的電阻、電位分布和梯度分布，建立接地網電位及梯度分布的三維表面圖、色階圖、灰度圖和等高線圖，根據繪制的分布圖和變電站地網圖，便可以直觀的看出接地網設計的優劣，對接地網的新建及改造具有重要的工程實用價值。
【專利說明】一種變電站接地網特性參數的數值計算與分析方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力安全研究領域，尤其涉及一種變電站接地網特性參數的數值計算 與分析方法。

【背景技術】
[0002] 變電站接地網是集工作接地、防雷接地和保護接地于一體，接地系統參數的計算 對確保變電站的安全運行有極其重要的作用。近年來，隨著電力系統輸電向著高電壓、遠距 離、大容量、交直流并行的電網發展，故障時流經接地網散流的電流也越來越大，故障時地 網電位也隨之升高。由于接地措施的缺陷而造成的事故也屢有發生，電力部門對接地網的 設計提出了更高的要求。接地網是隱蔽工程，無法直觀判斷，即使工頻接地電阻滿足要求， 也可能會出現危險的地面電位分布及電位梯度分布。傳統的計算接地網的數值計算方法及 經驗公式法，由于誤差較大且不能給出整個地表電位分布及電位梯度分布，并且靈活性差， 已經很難滿足現代設計的要求。
[0003] 綜上所述，本申請發明人在實現本申請實施例中發明技術方案的過程中，發現上 述技術至少存在如下技術問題： 在現有技術中，由于現有的計算接地網的數值計算方法及經驗公式法，由于誤差較大 且不能給出整個地表電位分布及電位梯度分布，并且靈活性差，已經很難滿足現代設計的 要求，所以，現有的計算接地網的數值的方法存在計算方法不合理，公式不準確，誤差較大 不能給出整個地表電位分布及電位梯度分布，且靈活性差的技術問題。


【發明內容】

[0004] 本發明提供了一種變電站接地網特性參數的數值計算與分析方法，解決了現有的 計算接地網的數值的方法存在計算方法不合理，公式不準確，誤差較大不能給出整個地表 電位分布及電位梯度分布，且靈活性差的技術問題，實現了能夠根據接地網的設計圖紙快 速得到接地網的電阻、電位分布和梯度分布，建立接地網電位及梯度分布的三維表面圖、色 階圖、灰度圖和等高線圖，準確性較好，靈活性較強，且根據繪制的分布圖和變電站地網圖， 便可以直觀的看出接地網設計的優劣，對接地網的新建及改造具有重要的工程實用價值的 技術效果。
[0005] 為解決上述技術問題，本申請實施例提供了一種變電站接地網特性參數的數值計 算與分析方法，所述方法包括： 步驟1、根據設計圖紙、接地網布置情況及導體布置情況繪制接地網CAD圖； 步驟2、根據所述接地網CAD圖，按照Fortran數據文件建立的格式要求及各導體的參 數讀取接地網導體的數據文件，獲得接地網的數據文件； 步驟3、將所述接地網的數據文件導入到編寫的Fortran程序中，進行計算得到接地網 的電阻和電位文件； 步驟4、利用數據處理軟件對電位文件進行數據擬合，得到相關的三維表面圖、色階圖、 灰度圖和等高線圖； 步驟5、根據繪制的圖形，分析接地網出現危險地電位升及較大跨步電壓的區域。
[0006] 進一步的，所述電位文件包括：電位分布和梯度分布。
[0007] 進一步的，所述將所述接地網的數據文件導入到編寫的Fortran程序中，進利用 所述Fortran程序計算得到接地網的電阻和電位文件具體包括： 當為規則導體時，計算矩形網孔微段兩端坐標(規則導體）； 計算規則導體的自電阻； 若有不規則導體，計算不規則導體(非矩形網孔）的自電阻； 計算各微段的中線幾何坐標； 計算規則導體之間的互電阻； 若有不規則導體，計算所有的不規則導體互電阻； 計算各微段的電流II、12、、、In及電位； 計算空間各點電位、跨步電壓、接觸電壓。
[0008] 進一步的，所述利用數據處理軟件對電位文件進行數據擬合，得到相關的三維表 面圖、色階圖、灰度圖和等高線圖具體包括： 步驟4. 1、將所述電位文件導入到origin8. 0中，導入的數據格式為Single ASCII ; 步驟4. 2、將導入的電位數據或梯度數據所在的列設置為Z列，并將這個數據表格處理 為一個單元，其中，所述Z為實數； 步驟4. 3、將所述電位數據或梯度數據轉化為矩陣數據； 步驟4. 4、根據所述矩陣數據繪制接地網電位分布及梯度的三維表面圖、色階圖、灰度 圖和等高線圖。
[0009] 進一步的，所述步驟3計算結果能夠直接得到整個接地網的總電阻、每段接地導 體的自電阻、相鄰導體的互電阻、以及地面各點的電位值和電位梯度值。
[0010] 進一步的，所述步驟5能夠直接讀取接地網上任一點的電位及電位梯度。
[0011] 本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點： 由于采用了首先根據設計圖紙、接地網布置情況及導體布置情況繪制接地網CAD圖， 然后根據所述接地網CAD圖，按照Fortran數據文件建立的格式要求及各導體的參數讀取 接地網導體的數據文件，獲得接地網的數據文件，然后將所述接地網的數據文件導入到編 寫的Fortran程序中，進行計算得到接地網的電阻和電位文件，然后利用數據處理軟件對 電位文件進行數據擬合，得到相關的三維表面圖、色階圖、灰度圖和等高線圖，最后根據繪 制的圖形，分析接地網出現危險地電位升及較大跨步電壓的區域，為接地網的優化設計和 施工提供重要的參考的技術方案，即根據變電站接地網的設計圖紙、接地網布置情況及導 體的相關參數，計算出接地網所呈現的接地電阻、地面電位分布及梯度分布，所以，有效解 決了現有的計算接地網的數值的方法存在計算方法不合理，公式不準確，誤差較大不能給 出整個地表電位分布及電位梯度分布，且靈活性差的技術問題，進而實現了能夠根據接地 網的設計圖紙快速得到接地網的電阻、電位分布和梯度分布，建立接地網電位及梯度分布 的三維表面圖、色階圖、灰度圖和等高線圖，準確性較好，靈活性較強，且根據繪制的分布圖 和變電站地網圖，便可以直觀的看出接地網設計的優劣，對接地網的新建及改造具有重要 的工程實用價值的技術效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本申請實施例一中變電站接地網特性參數的數值計算與分析方法流程圖； 圖2是本申請實施例一中利用Fortran程序計算得到接地網的電阻和電位文件的流程 圖； 圖3是本申請實施例一中變電站地網CAD示意圖； 圖4是本申請實施例一中電位分布等高線圖； 圖5是本申請實施例一中電位梯度分布三維圖； 圖6是本申請實施例一中電位分布三維圖。

【具體實施方式】
[0013] 本發明提供了一種變電站接地網特性參數的數值計算與分析方法，解決了現有的 計算接地網的數值的方法存在計算方法不合理，公式不準確，誤差較大不能給出整個地表 電位分布及電位梯度分布，且靈活性差的技術問題，實現了能夠根據接地網的設計圖紙快 速得到接地網的電阻、電位分布和梯度分布，建立接地網電位及梯度分布的三維表面圖、色 階圖、灰度圖和等高線圖，準確性較好，靈活性較強，且根據繪制的分布圖和變電站地網圖， 便可以直觀的看出接地網設計的優劣，對接地網的新建及改造具有重要的工程實用價值的 技術效果。
[0014] 本申請實施中的技術方案為解決上述技術問題。總體思路如下： 采用了首先根據設計圖紙、接地網布置情況及導體布置情況繪制接地網CAD圖，然后 根據所述接地網CAD圖，按照Fortran數據文件建立的格式要求及各導體的參數讀取接地 網導體的數據文件，獲得接地網的數據文件，然后將所述接地網的數據文件導入到編寫的 Fortran程序中，進行計算得到接地網的電阻和電位文件，然后利用數據處理軟件對電位文 件進行數據擬合，得到相關的三維表面圖、色階圖、灰度圖和等高線圖，最后根據繪制的圖 形，分析接地網出現危險地電位升及較大跨步電壓的區域，為接地網的優化設計和施工提 供重要的參考的技術方案，即根據變電站接地網的設計圖紙、接地網布置情況及導體的相 關參數，計算出接地網所呈現的接地電阻、地面電位分布及梯度分布，所以，有效解決了現 有的計算接地網的數值的方法存在計算方法不合理，公式不準確，誤差較大不能給出整個 地表電位分布及電位梯度分布，且靈活性差的技術問題，進而實現了能夠根據接地網的設 計圖紙快速得到接地網的電阻、電位分布和梯度分布，建立接地網電位及梯度分布的三維 表面圖、色階圖、灰度圖和等高線圖，準確性較好，靈活性較強，且根據繪制的分布圖和變電 站地網圖，便可以直觀的看出接地網設計的優劣，對接地網的新建及改造具有重要的工程 實用價值的技術效果。
[0015] 為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上 述技術方案進行詳細的說明。
[0016] 實施例一： 在實施例一中，提供了一種變電站接地網特性參數的數值計算與分析方法，請參考圖 1-圖2,所述方法包括： 步驟1、根據設計圖紙、接地網布置情況及導體布置情況繪制接地網CAD圖； 步驟2、根據所述接地網CAD圖，按照Fortran數據文件建立的格式要求及各導體的參 數讀取接地網導體的數據文件，獲得接地網的數據文件； 步驟3、將所述接地網的數據文件導入到編寫的Fortran程序中，進行計算得到接地網 的電阻和電位文件； 步驟4、利用數據處理軟件對電位文件進行數據擬合，得到相關的三維表面圖、色階圖、 灰度圖和等高線圖； 步驟5、根據繪制的圖形，分析接地網出現危險地電位升及較大跨步電壓的區域，為接 地網的優化設計和施工提供重要的參考。
[0017] 其中，在本申請實施例中，所述電位文件包括：電位分布和梯度分布。
[0018] 其中，在本申請實施例中，所述利用數據處理軟件對電位文件進行數據擬合，得到 相關的三維表面圖、色階圖、灰度圖和等高線圖具體包括： 步驟4. 1、將所述電位文件導入到origin8. 0中，導入的數據格式為Single ASCII ; 步驟4. 2、將導入的電位數據或梯度數據所在的列設置為Z列，并將這個數據表格處理 為一個單元，其中，Z為實數； 步驟4. 3、將所述電位數據或梯度數據轉化為矩陣數據； 步驟4. 4、根據所述矩陣數據繪制接地網電位分布及梯度的三維表面圖、色階圖、灰度 圖和等高線圖。
[0019] 其中，在本申請實施例中，所述步驟3計算結果能夠直接得到整個接地網的總電 阻、每段接地導體的自電阻、相鄰導體的互電阻、以及地面各點的電位值和電位梯度值。
[0020] 其中，在本申請實施例中，所述步驟5能夠直接讀取接地網上任一點的電位及電 位梯度。
[0021] 其中，在本申請實施例中，按照Fortran數據文件建立的格式要求及各導體的參 數讀取接地網導體的數據文件具體包括： 步驟2. 1、輸入nl、n2、n3三個數，格式是3i4 ; nl、n2分別是X軸、y軸方向的網孔數； π3是同一深度，其它方向的導體根數； 步驟2. 2、輸入h、ra、rou三個數，格式是3el2. 5,其中：h-地網埋設深度（m)，ra-地 網導體半徑(m)，rou-大地的電阻率，單位是Ω · m ; 步驟2. 3、輸入alO、blO、bmax、印si四個數，格式是4el2. 5 ; alO-程序要計算的復雜廣義積分，所取的積分下限，可取0. 295*1(Γ38 ; blO-上述廣義積分的積分上限，因為涉及零階的開爾文函數及其導數的計算，這些函 數是振蕩發散的，積分上限一般定為一個值，以保證計算機工作中不會產生溢出而停止計 算； bmax-積分上限的最大值；epsl-積分數值計算選定的一個誤差。
[0022] 步驟2. 4、輸入X⑴、y⑴，格式是lel2. 5 ; X (i)是X軸方向方格導體的坐標，單位為m，X軸方向上有nl個網孔就要輸入nl行數， y (i)是y軸方向導體坐標，單位是m，n2個網孔就要輸入n2行數據。
[0023] 步驟 2. 5、輸入 strxl (i)、stryl (i)、strx2 (i)、stry2 (i)四個數，格式是 4el2. 5, 不是矩形網孔的其它方向的i號導體兩端的坐標，前兩者是首端的x、y向坐標，后兩者是末 端的X、y向坐標。有n3根這樣地導體，要輸入n3行數據； 步驟2. 6、輸入c，格式是lel2. 5, c是微分段長度初值(m)，在電流計算中，當計算點與 電極距離很近時，要把微段電極分為更小微分段，使用復雜的電流場公式才能保證計算的 精度，c要小于最小的微段； 步驟2. 7、輸入ct，格式是lel2. 5, ct是入地總電流(A); 步驟2. 8、輸入X、y兩個方向要計算的總點數和相關的步長，格式是li4, 3el2. 5 ; 步驟2. 9、輸入-1開頭的四個數，格式與步驟2. 8相同。
[0024] 其中，在本申請實施例中，請參考圖2,所述將所述接地網的數據文件導入到編寫 的Fortran程序中，利用所述Fortran程序計算得到接地網的電阻和電位文件具體包括： 當為規則導體時，計算矩形網孔微段兩端坐標(規則導體）； 計算規則導體的自電阻； 若有不規則導體，計算不規則導體(非矩形網孔）的自電阻； 計算各微段的中線幾何坐標； 計算規則導體之間的互電阻； 若有不規則導體，計算所有的不規則導體互電阻； 計算各微段的電流II、12、、、In及電位； 計算空間各點電位、跨步電壓、接觸電壓。
[0025] 其中，在實際應用中，實施將所述接地網的數據文件導入到編寫的Fortran程序 中，進利用所述Fortran程序計算得到接地網的電阻和電位文件具體包括 ： 步驟3. 1、設無窮遠處為電位參考點，一恒定電流I由一接地極注入地中，土壤為均勻 的，電阻率為.P。設一電極總長為L，通過的總泄流電流為I，將L分成η個微段，第j段長 為由心為0.·笛i段的冊流由流為I」，則有：

【權利要求】
1. 一種變電站接地網特性參數的數值計算與分析方法，其特征在于，所述方法包括： 步驟1、根據設計圖紙、接地網布置情況及導體布置情況繪制接地網CAD圖； 步驟2、根據所述接地網CAD圖，按照Fortran數據文件建立的格式要求及各導體的參 數讀取接地網導體的數據文件，獲得接地網的數據文件； 步驟3、將所述接地網的數據文件導入到編寫的Fortran程序中，利用所述Fortran程 序計算得到接地網的電阻和電位文件； 步驟4、利用數據處理軟件對電位文件進行數據擬合，得到相關的三維表面圖、色階圖、 灰度圖和等高線圖； 步驟5、根據繪制的圖形，分析接地網出現危險地電位升及較大跨步電壓的區域。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電位文件包括：電位分布和梯度分 布。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述接地網的數據文件導入到編 寫的Fortran程序中，利用所述Fortran程序計算得到接地網的電阻和電位文件具體包 括： 當為規則導體時，計算矩形網孔微段兩端坐標，計算規則導體的自電阻； 若有不規則導體，計算不規則導體的自電阻，計算各微段的中線幾何坐標，計算規則導 體之間的互電阻； 若有不規則導體，計算所有的不規則導體互電阻； 計算各微段的電流II、12. .. In及電位； 計算空間各點電位、跨步電壓、接觸電壓。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用數據處理軟件對電位文件進行 數據擬合，得到相關的三維表面圖、色階圖、灰度圖和等高線圖具體包括： 步驟4. 1、將所述電位文件導入到origin8. 0中，導入的數據格式為Single ASCII ; 步驟4. 2、將導入的電位數據或梯度數據所在的列設置為Z列，并將這個數據表格處理 為一個單元，其中，所述Z為實數； 步驟4. 3、將所述電位數據或梯度數據轉化為矩陣數據； 步驟4. 4、根據所述矩陣數據繪制接地網電位分布及梯度的三維表面圖、色階圖、灰度 圖和等高線圖。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3計算結果能夠直接得到整個接 地網的總電阻、每段接地導體的自電阻、相鄰導體的互電阻、以及地面各點的電位值和電位 梯度值。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5能夠直接讀取接地網上任一點 的電位及電位梯度。
【文檔編號】G01R19/00GK104111376SQ201410362031
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】王涵宇, 秦大海, 戴玉松, 楊慶, 李建明 申請人:王涵宇