接地网模型

技术领域

本申请涉及变电站技术领域，特别是涉及一种接地网模型。

背景技术

变电站、换流站是整个电力系统的心脏，其安全、稳定、高效运行与国民经济和人民生活息息相关，而接地网是变电站和换流站安全稳定可靠运行的守护神，它直接关系到变电站巡检人员的人身安全，通过对接地网进行模拟计算可以识别接地网的缺陷，因此，接地网模型的构建至关重要。

传统技术中，在接地网的模拟计算中，将接地网视为等电位，接地网模型为主接地网或主接地网与二次电缆连接的接地网。

但是，传统技术中的接地网模型过于简化，与现实中的接地网差距过大，导致根据接地网模型模拟计算得到的接地网的接地参数准确度较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种准确度较高的接地网模型。

第一方面，本申请提供了一种接地网模型。该接地网模型包括：主接地网；二次接地网，二次接地网与主接地网连接；二次直流系统，二次直流系统与二次接地网连接。

在其中一个实施例中，二次接地网包括：串补二次接地网，与主接地网上的串补区域连接；保护小室二次接地网，保护小室二次接地网与串补二次接地网连接；二次电缆，二次电缆与保护小室二次接地网连接；CVT二次接地网，CVT二次接地网与二次电缆和主接地网上的CVT接地点分别连接。

在其中一个实施例中，保护小室二次接地网包括：串补连接点，串补连接点用于与串补二次接地网连接；直流连接点，直流连接点用于与二次直流系统连接；电缆连接点；电缆连接点用于与二次电缆连接。

在其中一个实施例中，二次直流系统包括：监测装置，监测装置与直流连接点连接；二次回路；二次回路与监测装置和保护小室二次接地网分别连接；充电机；充电机与二次回路连接。

在其中一个实施例中，二次直流系统还包括蓄电池，蓄电池设置于二次回路的正极和负极之间。

在其中一个实施例中，二次直流系统还包括继电器，继电器设置于二次回路的正极和负极之间。

在其中一个实施例中，监测装置包括第一平衡电阻、第二平衡电阻、第一等效对地电容和第二等效对地电容；第一平衡电阻和第一等效对地电容构成第一监测电路；第二平衡电阻和第二等效对地电容构成第二监测电路；第一监测电路的第一端和第二监测电路的第一端均与充电机和直流连接点分别连接；第一监测电路的第二端和第二监测电路的第二端分别与二次回路的正极和负极连接。

在其中一个实施例中，串补二次接地网、保护小室二次接地网、CVT二次接地网均包括多根铜排。

在其中一个实施例中，二次接地网与土壤不直接接触。

在其中一个实施例中，主接地网和串补二次接地网均包括阵列排布的多个接地网单元。

在其中一个实施例中，接地网模型还包括故障电流发生电路，故障电流发生电路与主接地网连接，用于向主接地网输入雷电流或工频故障电流。

在其中一个实施例中，故障电流发生电路与主接地网的中心点连接。

上述接地网模型包括：主接地网、二次接地网、二次直流系统，其中二次接地网与主接地网连接，二次直流系统与二次接地网连接，本申请通过二次接地网、二次直流系统构建的接地网模型是不等电位的，从而接近于现实中的接地网，进而使得根据接地网模型模拟计算得到的接地网的接地参数准确度较高。

附图说明

图1为一个实施例中一种接地网模型的结构图；

图2为一个实施例中一种主接地网和二次接地网的结构图；

图3为一个实施例中一种二次直流系统的结构图；

图4为一个实施例中一种主接地网和串补二次接地网的结构图；

图5为一个实施例中一种故障电流发生电路和主接地网连接的结构图；

图6为一个实施例中另一种接地网模型的结构图；

图7为一个实施例中一种工频故障电流波形图；

图8为一个实施例中一种主接地网的中心点处的电压波形图；

图9为一个实施例中一种CVT二次接地网和保护小室二次接地网的电压波形图；

图10为一个实施例中一种主接地网的中心点附近0m、10m、20m和30m处的电流波形图；

图11为一个实施例中一种CVT二次接地网的电流波形图；

图12为一个实施例中一种CVT二次接地网的电压波形图；

图13为一个实施例中一种雷电流波形图；

图14为一个实施例中另一种主接地网的中心点处的电压波形图；

图15为一个实施例中另一种CVT二次接地网的电压波形图；

图16为一个实施例中一种串补二次接地网的和保护小室二次接地网的电压波形图；

图17为一个实施例中一种二次电缆的外护套、屏蔽层和芯线的电压波形图；

图18为一个实施例中一种二次电缆的外护套、屏蔽层和芯线上的电流波形图；

图19为一个实施例中一种二次直流系统正负极的电压波形图；

图20为一个实施例中一种经CVT二次接地网流入二次直流系统正负极的电流波形图；

图21为一个实施例中一种继电器的电压波形图；

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种接地网模型的结构图。该接地网模型包括：主接地网100；二次接地网200，二次接地网200与主接地网100连接；二次直流系统300，二次直流系统300与二次接地网200连接。

其中，主接地网100是由导体构成的多个方格组成，埋设在地下，在模拟时可以选用实际的变电站中铺设的主接地网结构。二次接地网200包括串补二次接地网、保护小室二次接地网、二次电缆、CVT二次接地网等，其中CVT全称是Capacitor VoltageTransformers，中文名为电压互感器，二次接地网200不直接与土壤接触，敷设在地上的电缆沟中。二次直流系统300由二次电缆、充电机、监测装置、二次回路、蓄电池、继电器等组成，敷设在地上的电缆沟中。

可选的，二次接地网200包括第一连接点、第二连接点、第三连接点，第一连接点和第二连接点均用于与主接地网100连接，第三连接点用于与二次直流系统300连接；二次直流系统300的第一端与第三连接点连接，二次直流系统300的第二端与第二连接点连接；其中，第一连接点、第二连接点、第三连接点均可以是多个。另外，由主接地网100、二次接地网200和二次直流系统300构成的接地网埋设在各串补站。

综上所述，接地网模型包括：主接地网100、二次接地网200、二次直流系统300，其中，二次接地网200与主接地网100连接，二次直流系统300与二次接地网200连接。本申请通过二次接地网200、二次直流系统300构建的接地网模型是不等电位的，从而接近于现实中的接地网，进而使得根据接地网模型模拟计算得到的接地网的接地参数准确度较高。

在其中一个实施例中，如图2所示，提供了一种主接地网和二次接地网的结构图。二次接地网200包括：串补二次接地网201，与主接地网上100的串补区域101连接；保护小室二次接地网202，保护小室二次接地网202与串补二次接地网201连接；二次电缆203，二次电缆203与保护小室二次接地网202连接；CVT二次接地网204，CVT二次接地网204与二次电缆203和主接地网100上的CVT接地点102分别连接。

在其中一个实施例中，二次接地网与土壤不直接接触。

在其中一个实施例中，串补二次接地网201、保护小室二次接地网202、CVT二次接地网204均包括多根铜排。

其中，主接地网100包括串补区域101和CVT接地点102，串补区域101也称为串补主接地网，用于与二次接地网200中的串补二次接地网201连接，该串补区域101包括多个一次连接点，串补二次接地网201通过至少一个该一次连接点与主接地网100连接；CVT接地点102用于与二次接地网200中的CVT二次接地网204连接，该CVT接地点102有多个，CVT二次接地网204通过至少一个CVT接地点102与主接地网100连接。串补二次接地网201也是由导体构成的多个方格组成。保护小室二次接地网202是由铜排和铜缆构成的目字形结构，在模拟中可以使用RL分布参数来进行等效，保护小室二次接地网202也称之为等电位接地网、绑接网、二次等电位接地网等。二次电缆203为低压直流控制电缆，包括外护套、屏蔽层和芯线，主接地网100上的电压升高通过保护小室二次接地网202传导至二次电缆203外护套再到屏蔽层上，再经屏蔽层与芯线之间的转移阻抗耦合至芯线上。CVT二次接地网204是敷设在CVT附近的二次等电位接地网，是由铜排和铜缆构成的目字形结构。另外，保护小室二次接地网202沿着二次电缆203走向、二次设备进行敷设，目的在于保护二次设备、降低二次设备的干扰。

可选的，串补二次接地网201通过至少一个一次连接点与主接地网100连接；保护小室二次接地网202包括多根铜排，串补二次接地网201包括至少一个二次连接点，多根铜排与至少一个二次连接点连接，可以是多根铜排形成一点与二次连接点连接，也可以是多根铜排与至少一个二次连接点一一对应连接；二次电缆203的第一端与保护小室二次接地网202连接，二次电缆203的第二端与CVT二次接地网204连接；CVT二次接地网204的第一端与二次电缆203的第二端连接，CVT二次接地网204的第二端通过至少一个CVT接地点102与主接地网100连接。另外，串补二次接地网201、保护小室二次接地网202、二次电缆203、CVT二次接地网204均与土壤不直接接触，敷设在地上的电缆沟中。

在其中一个实施例中，保护小室二次接地网202包括：串补连接点，串补连接点用于与串补二次接地网201连接；直流连接点，直流连接点用于与二次直流系统300连接；电缆连接点；电缆连接点用于与二次电缆203连接。

其中，保护小室二次接地网202包括多根铜排和铜缆，多根铜排通过铜缆连接构成一点，即串补连接点，则保护小室二次接地网202通过串补连接点与串补二次接地网201连接。串补连接点、直流连接点、电缆连接点均可以为多个，它们在保护小室二次接地网202上的位置可以根据需要设定。

在其中一个实施例中，如图3所示，提供了一种二次直流系统的结构图，二次直流系统300包括：监测装置301，监测装置301与直流连接点H1连接；二次回路302；二次回路302与监测装置301和保护小室二次接地网202分别连接；充电机303，充电机303与二次回路302连接。

在其中一个实施例中，二次直流系统300还包括蓄电池S，蓄电池S设置于二次回路302的正极P和负极N之间。

在其中一个实施例中，二次直流系统300还包括继电器G，继电器G设置于二次回路302的正极P和负极N之间。

在其中一个实施例中，监测装置301包括第一平衡电阻R1、第二平衡电阻R2、第一等效对地电容C1和第二等效对地电容C2；第一平衡电阻R1和第一等效对地电容C1构成第一监测电路；第二平衡电阻R2和第二等效对地电容C2构成第二监测电路；第一监测电路的第一端和第二监测电路的第一端均与充电机303和直流连接点H1分别连接；第一监测电路的第二端和第二监测电路的第二端分别与二次回路302的正极P和负极N连接。

可选的，二次回路302在仿真中可以等效为正极对地电阻R3、正极对地电容C3、负极对地电阻R4、负极对地电容C4，正极对地电阻R3和正极对地电容C3组成二次回路302的正极P，负极对地电阻R4和负极对地电容C4组成二次回路302的负极N。正极P的第一端和负极N的第一端分别与第一监测电路的第二端和第二监测电路的第二端连接，正极P的第一端和负极N的第一端还与充电机303连接；正极P的第二端和负极N的第二端构成一点连接至保护小室二次接地网202和二次电缆203之间，且正极P的第一端和负极N的第一端之间连接有蓄电池S，正极P的第二端和负极N的第二端之间连接有继电器G。另外，监测装置301、二次回路302、充电机303、蓄电池S和继电器G可以是多个，二次直流系统300也可以是多个。另外，正极对地电阻R3和正极对地电容C3构成的电路一端和负极对地电阻R4和负极对地电容C4构成的电路的一端分别与保护小室二次接地网202上的第二直流连接点H2连接。

其中，监测装置301目的是为了监视二次直流系统300的对地绝缘情况，装设有对地的平衡电阻，通过根据二次直流系统300母线对地电压变化情况，可以判断二次直流系统300的绝缘状态，是否存在接地的情况。二次直流系统300中的正极对地电容C3和负极对地电容C4为二次电缆、二次设备对地电容叠加起来形成。

在其中一个实施例中，如图4所示，提供了一种主接地网和串补二次接地网的结构图。主接地网100和串补二次接地网201均包括阵列排布的多个接地网单元。

其中，串补二次接地网201与串补区域101上的一次连接点连接，可以是多点连接。串补区域以及一次连接点均可以根据需要设定。接地网单元由导体构成，两个水平导体之间间隔可以设置为10米。

在其中一个实施例中，如图5所示，提供了一种故障电流发生电路和主接地网连接的结构图，接地网模型还包括故障电流发生电路400，故障电流发生电路400与主接地网100连接，用于向主接地网100输入雷电流或工频故障电流。

在其中一个实施例中，故障电流发生电路400与主接地网100的中心点连接。

其中，故障电流发生电路400可以通过主接地网100的中心点向主接地网100输入正弦、幅值为10KA的工频故障电流，和通过heidler函数模型设置电流的波前时间和波尾时间以及幅值模拟的雷电流，以用来分析雷电流和工频故障电流对二次直流系统产生的干扰。

综上所述，如图6所示，提供了另一种接地网模型的结构图，接地网模型包括：主接地网100、二次接地网200、二次直流系统300和故障电流发生电路400。其中，主接地网100包括阵列排布的多个接地网单元，主接地网100上有串补区域101和CVT接地点102。二次接地网与土壤不直接接触，包括：串补二次接地网201、保护小室二次接地网202、二次电缆203、CVT二次接地网204，其中，串补二次接地网201、保护小室二次接地网202、CVT二次接地网204均包括多根铜排，串补二次接地网201包括阵列排布的多个接地网单元，串补二次接地网201上包括一次连接点；保护小室二次接地网202包括串补连接点、直流连接点H1和电缆连接点。二次直流系统300包括充电机303、监测装置301、二次回路302、蓄电池S和继电器G；其中监测装置301包括第一平衡电阻R1、第二平衡电阻R2、第一等效对地电容C1和第二等效对地电容C2，第一平衡电阻R1和第一等效对地电容C1构成第一监测电路，第二平衡电阻R2和第二等效对地电容C2构成第二监测电路；二次回路302在仿真中可以等效为正极对地电阻R3、正极对地电容C3、负极对地电阻R4、负极对地电容C4，正极对地电阻R3和正极对地电容C3组成二次回路302的正极P，负极对地电阻R4和负极对地电容C4组成二次回路302的负极N。它们的连接关系如下：

串补二次接地网201与串补区域101多点连接。保护小室二次接地网202通过一次连接点与串补二次接地网201连接。第一监测电路的第一端和第二监测电路的第一端均与直流连接点H1连接，第一监测电路的第二端和第二监测电路的第二端分别与二次回路302的正极P的第一端和负极N的第一端连接；充电机303也与二次回路302的正极P的第一端和负极N的第一端连接；二次回路302的正极P的第二端和负极N的第二端构成一点连接至保护小室二次接地网202和二次电缆203之间，且正极P的第一端和负极N的第一端之间连接有蓄电池S，正极P的第二端和负极N的第二端之间连接有继电器G，另外，正极对地电阻R3和正极对地电容C3构成的电路一端和负极对地电阻R4和负极对地电容C4构成的电路的一端分别与保护小室二次接地网202上的第二直流连接点H2连接。二次电缆203通过电缆连接点与保护小室二次接地网202连接。CVT二次接地网204的分别与二次电缆203和CVT接地点连接。故障电流发生电路400与主接地网100的中心点连接。本申请通过串补接地网201、保护小室二次接地网202、二次电缆203、CVT二次接地网204、二次直流系统300构建的接地网模型是不等电位的，从而接近于现实中的接地网，进而使得根据接地网模型模拟计算得到的接地网的接地参数准确度较高。

本申请还基于EMTP(Electro-Magnetic Transient Program，电磁暂态程序)对上述接地网模型进行了仿真计算，分析了工频故障电流和雷电流对二次直流系统300的影响，具体过程如下：

1、分析工频故障电流对二次直流系统300的影响

用故障电流发生电路400向主接地网100的中心点输入的工频故障电流如图7所示，其为正弦、幅值为10KA，接地网模型中各传输线路出现如下情况：

①主接地网100的中心点处的电压如图8所示，也呈正弦变化，但其幅值比较小，最大为45V。

②设置于主接地网100的中心点30米处的CVT接地点102处，CVT二次接地网204和保护小室二次接地网202的电压如图9所示，均呈正弦变化，幅值均比较小。

③主接地网100的中心点附近0m、10m、20m和30m处的电流如图10所示，其电流最大值分别为2473A、1102A、634A、426A，说明在主接地网100的中心点处，工频故障电流沿四个方向向主接地网100扩散，但电流的幅值与距离的关系为非等比例关系。

④在距离主接地网100的中心点30m处连接CVT二次接地网204，则流入CVT二次接地网204的电流如图11所示，CVT二次接地网204的电压如图12所示，可以看出，CVT二次接地网204上的电流和电压均比较小，其中电流幅值不超过40mA，电压幅值不超过40V，说明工频故障电流对二次直流系统300的影响微乎其微。

分析结果：在模拟工频故障电流时，故障电流发生电路400仅采用工频正弦电流输入，而在系统接地短路故障中，输入的故障电流远比工频正弦电流要复杂得多，所含谐波成份也大大增加，因此，不能简单地仅使用工频正弦电流作为故障电流输入，还需要建立系统短路故障发生电路，将短路故障电流引入接地网。

2、分析雷电流对二次直流系统300的影响

通过heidler函数模型设置电流的波前时间和波尾时间以及幅值，模拟的雷电流如图13所示，该雷电流通过主接地网100的中心点输入主接地网100，其输入速度为2.6/50μs，幅值为250kA，极性为负极性。接地网中各传输线路出现如下情况：

①主接地网100的中心点处的电压如图14所示，在非常短的时间内迅速升高，随后在20μs内恢复至0电压。

②由于接地网的散流作用，雷电流会引起主接地网100上其他位置的电位也发生变化，如引起与主接地网100相连的CVT二次接地网204上的电位发生变化，CVT二次接地网204上的电压如图15所示，由于CVT二次接地网204距离主接地网100较近，其电压迅速升高，最高可达5000V。

③串补二次接地网201和保护小室二次接地网202距离主接地网100较远，串补二次接地网201和保护小室二次接地网202上的电压如图16所示，它们的电压变化基本吻合，与CVT二次接地网204的电压相比，均是电压上升时间更长，电压值由明显降低，最高可达179V。

④二次电缆203的外护套、屏蔽层和芯线上的电压如图17所示，电流如图18所示，屏蔽层上的电压电流通过转移阻抗耦合至芯线，芯线上最高电压可达3872V，而芯线屏蔽层和外护套电压最高分别为3081V和1950V；对于电流而言，芯线屏蔽层上的电流最高，最大值为19A，其次为外护套上的电流，最高为3.4A，芯线上的电流值最小，幅值不超过1A，因此，雷电流引起主接地网100上的电压升高，会使二次电缆203的芯线上的电压升高，但电流变化却很小。

⑤二次直流系统300正负极通过正负极对地电容和对地电阻与CVT二次接地网204相连，对地电阻值很大，在仿真时设置为850kΩ。二次直流系统300的正负极的电压如图19所示，经CVT二次等电位接地网500流入二次直流系统400正负极的电流如图20所示，经CVT二次接地网204，在二次直流系统300正负极产生很大的电位，最高可达5348V，正负极电压相差110V，经CVT二次接地网204流入二次直流系统300正负极的电流最高达72A，正负极电流相位相反，电流在3ms内逐渐衰减振荡至0。

⑥雷电流通过主接地网100的中心点输入至主接地网100——串补二次接地网201——保护小室二次接地网202——二次电缆203的屏蔽层——二次电缆203的芯线——继电器G，将干扰耦合至二次直流系统300中的继电器G，继电器S上的电压如图21所示，最高可达213V，且呈现出衰减振荡的趋势，经3ms左右的振荡后电压逐渐趋于稳定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。