一种接地阻抗计算方法

技术领域

本发明一般地涉及电力系统测量技术领域。更具体地，本发明涉及一种接地阻抗计算方法。

背景技术

冲击接地阻抗是发电厂、变电站以及输电线路杆塔接地装置的重要技术指标，是评估厂站和杆塔遭受雷击时接地系统安全性、有效性的重要参数。当电力系统遭受雷击时，若接地装置的冲击接地阻抗过大，则会导致地电位抬升过大，从而使设备绝缘遭受破坏，影响安全供电，而且跨步电压也会超过正常值，威胁工作人员的人身安全。随着电力系统容量的不断增大，电压等级的不断提高，操作、雷电等暂态故障电流对电力系统的影响也越来越大，因此对接地装置的散流特性提出了更高的要求。

输电线路杆塔遭受雷击时，接地装置的冲击接地阻抗直接决定了雷击时塔顶的电位，从而影响绝缘于串承受的过电压和反击概率，因此线路的防雷水平很大程度上取决于杆塔的接地系统冲击接地阻抗值。对杆塔的接地系统冲击接地阻抗值的测量可以有效评估输电线路杆塔的防雷性能。现有技术中对冲击接地阻抗进行测量时通常利用有限元软件对冲击接地阻抗进行模拟仿真，利用仿真结果结合接地体在小冲击电流下的冲击接地阻抗实测值获取接地体在不同幅值的大冲击电流下的冲击接地阻抗，但是并未考虑土壤湿度对冲击接地阻抗的影响，由于不同时间，接地体附近的土壤湿度会发生变化，采用该种方法获取的各个幅值的大冲击电流下的接地体的冲击接地阻抗会与实际值之间有一定的偏差。例如申请公开号为CN106885946A的中国发明专利说明书中公开的冲击接地阻抗测量方法，该种方法未考虑土壤湿度对冲击接地阻抗的影响，获取的各个大冲击电流对应的比例系数只有在土壤湿度不变的情况下才是精确的，若土壤湿度改变，则利用比例系数计算出的大冲击电流下的冲击接地阻抗与真实的冲击接地阻抗之间会有一定的偏差。

发明内容

为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出在获取小冲击电流下的冲击接地阻抗测量值和各个不同幅值的冲击电流对应的冲击接地阻抗的模拟仿真结果的基础上依据接地体附近土壤的实际湿度对各个不同幅值的冲击电流对应的冲击接地阻抗进行修正。为此，本发明在如下方面中提供方案。

在第一方面中，本发明提供了一种接地阻抗计算方法，包括：

在接地体附近土壤为第一湿度的条件下，向接地体施加幅值小于第一阈值的第一冲击电流，获取接地体在第一冲击电流下的冲击接地阻抗测量值；

测量接地体附近土壤的介电常数和电阻率；

依据所述介电常数和所述电阻率，利用多物理场仿真软件计算接地体在所述第一冲击电流和多个不同幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗仿真值，进而获取各个不同幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗与第一冲击电流下的冲击接地阻抗的比值；

依据所述第一冲击电流下的冲击接地阻抗测量值以及各个不同幅值的冲击电流对应的比值计算各个幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗预估值；对应的计算表达式如下：

Z＝Z

式中，Z表示某一幅值的冲击电流对应的冲击接地阻抗，Z

获取接地体附近土壤的实时湿度，依据所述实时湿度分别对各个幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗预估值进行修正，得到各个幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗，对某一幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗测量值的修正方法为：若接地体附近土壤的实时湿度大于第一湿度且两者的差值绝对值大于第一湿度阈值时，将该冲击电流下的冲击接地阻抗预估值乘以第一修正系数，若接地体附近土壤的实时湿度小于第一湿度且两者的差值绝对值大于第二湿度阈值时，将该冲击电流下的冲击接地阻抗预估值乘以第二修正系数，所述差值绝对值越大，所述第一修正系数越小，所述第二修正系数越大。

在一个实施例中，所述第一湿度阈值以及所述第二湿度阈值取0.05，所述第一修正系数取值区间为[0.8，1)，所述第二修正系数取值区间为(1，1.2]。

在一个实施例中，还包括：根据接地体附近土壤的植被覆盖率对所述冲击电流下的冲击接地阻抗进行修正，具体方法是：测量接地体附近土壤的植被覆盖率，若植被覆盖率大于覆盖率阈值，则将所述冲击电流下的冲击接地阻抗乘以第三修正系数0.9。

在一个实施例中，所述覆盖率阈值取0.6。

在一个实施例中，还包括：若某一冲击电流幅值大于预设的第二阈值，则对该幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗进行修正，修正方法为：则将该冲击电流下的冲击接地阻抗乘以第四修正系数0.9。

在一个实施例中，测试接地体附近土壤的介电常数和电阻率包括：将接地体附近的土壤按照与接地体的水平距离均匀划分为多个区域，分别在每个区域内挑选出若干个不同的位置，其中与接地体的水平距离越近的区域，选取出的位置越多；分别将各个位置的土壤依据与地表的距离均匀划分为多个深度区域；分别采集各个位置的不同深度区域的土壤作为不同的测试样本，其中同一个位置同一个深度区域的土壤作为同一个测试样本；分别将采集的每个测试样本的土壤放入同轴圆筒形装置中测量其介电常数和电阻率；对各个测试样本的土壤的介电常数求均值，得到接地体附近土壤的介电常数；对各个测试样本的土壤的电阻率求均值，得到接地体附近土壤的电阻率。

在一个实施例中，所述测量其介电常数和电阻率包括：在两个圆筒上施加直流电压，并测量土壤中的电场强度、流过土壤的电流以及圆筒间的电压，结合内圆筒直径、外圆筒直径以及圆筒长度计算介电常数和电阻率。

在一个实施例中，所述第一冲击电流的波形的前沿脉宽和半峰值脉宽分别为1～6us和51～102us。

本发明的技术效果为：由于接地体附近的土壤湿度会对土壤电阻率产生很大影响，进而影响接地体的冲击接地阻抗；土壤湿度变大会导致土壤电阻率变小，在相同幅值的冲击电流下，土壤电阻率越大则冲击接地阻抗越大，土壤电阻率越小则冲击接地阻抗越小，本发明的接地阻抗计算方法考虑到了土壤湿度对冲击接地阻抗的影响，在计算出不同幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗预估值之后进一步依据土壤的实时湿度对其进行修正，从而使获取的不同幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗更加接近实际值。

进一步地，通常情况下冲击电流下的冲击接地阻抗不仅受到土壤湿度的影响，也会受到土壤内植物根系密度的影响，在土壤内植物根系密度大于一定值时，会导致冲击接地阻抗与冲击电流幅值之间不是严格的线性比例关系，一般情况下，土壤表面的植被覆盖率越大，土壤内植物根系密度就会越大，通过依据土壤表面的植被覆盖率对获取的冲击接地阻抗进行进一步的修正，从而进一步提高了获取的不同幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗的精确度。

进一步地，由于冲击电流幅值过大会导致产生的电场强度超出土壤的临界场强，进而导致土壤内部与接地体相邻部分局部放电，使土壤电阻率降低，进而使实际的冲击接地阻抗比计算出的冲击接地阻抗小，通过对幅值大于第二阈值的冲击电流对应的冲击接地阻抗进行修正，进一步提高了获取的不同幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗的精确度。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示意性示出本发明的实施例的接地阻抗计算方法的方法流程图；

图2是示意性示出本发明的实施例的测试接地体附近土壤的介电常数和电阻率的方法流程图；

图3是示意性示出本发明的实施例的区域划分示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。

一种接地阻抗计算方法实施例：

如图1所示，本发明的接地阻抗计算方法包括：

S101、在接地体附近土壤为第一湿度的条件下，向接地体施加幅值小于第一阈值的第一冲击电流，获取接地体在第一冲击电流下的冲击接地阻抗测量值。

第一冲击电流下的冲击接地阻抗的计算方法是首先获取接地体上的冲击电压波形和冲击电流波形，然后结合冲击接地阻抗定义式进行计算。第一湿度可以为任意湿度。第一冲击电流可利用冲击电流发生器产生，第一冲击电流的波形近似于雷电流波形，其前沿脉宽和半峰值脉宽分别为1～6us和51～102us。利用电压采集装置配合示波器可获取接地体上的冲击电压波形，利用电流采集装置配合示波器可获取接地体上的冲击电流波形。电压采集装置可采用电压互感器或电压探头，电流采集装置可采用电流传感器。

S102、测量接地体附近土壤的介电常数和电阻率。

测量接地体附近土壤的介电常数和电阻率需要首先采集接地体附近的土壤样本，可以取接地体附近的一组土壤样本进行测量，也可以取接地体周围的多组土壤样本进行测量并求均值作为最终的介电常数和电阻率。

在测量出接地体附近土壤的介电常数和电阻率之后即可建立有限元仿真模型并计算出不同幅值的冲击电流下的接地体的冲击接地阻抗。

S103、依据所述介电常数和所述电阻率，利用多物理场仿真软件计算接地体在所述第一冲击电流和多个不同幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗仿真值，进而获取各个不同幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗与第一冲击电流下的冲击接地阻抗的比值。

多物理场仿真软件可采用COMSOL或其他有限元仿真软件。

S104、依据所述第一冲击电流下的冲击接地阻抗测量值以及各个不同幅值的冲击电流对应的比值计算各个幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗预估值；对应的计算表达式如下：

Z＝Z

式中，Z表示某一幅值的冲击电流对应的冲击接地阻抗，Z

S105、获取接地体附近土壤的实时湿度，依据所述实时湿度分别对各个幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗预估值进行修正，得到各个幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗，对某一幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗测量值的修正方法为：若接地体附近土壤的实时湿度大于第一湿度且两者的差值绝对值大于第一湿度阈值时，将该冲击电流下的冲击接地阻抗预估值乘以第一修正系数，若接地体附近土壤的实时湿度小于第一湿度且两者的差值绝对值大于第二湿度阈值时，将该冲击电流下的冲击接地阻抗预估值乘以第二修正系数。

所述第一修正系数取值区间为[0.8，1)，所述第二修正系数取值区间为(1，1.2]。

第一湿度阈值可取0.05，第一修正系数的具体取值可依据所述差值绝对值的大小进行取值，所述差值绝对值越大，所述第一修正系数越小，例如所述差值绝对值大于0.05且小于0.1时，第一修正系数可取0.95，所述差值绝对值大于或等于0.1且小于0.2时，第一修正系数可取0.9，所述差值绝对值大于或等于0.2且小于0.3时，第一修正系数可取0.85，所述差值绝对值大于0.3时，第一修正系数可取0.8。同样，第二湿度阈值可取0.05，第二修正系数的具体取值也可依据所述差值绝对值的大小进行取值，所述差值绝对值越大，所述第二修正系数越大；例如所述差值绝对值大于0.05且小于0.1时，第二修正系数可取1.05；所述差值绝对值大于或等于0.1且小于0.2时，第二修正系数可取1.1；所述差值绝对值大于或等于0.2且小于0.3时，第二修正系数可取1.15；所述差值绝对值大于0.3时，第二修正系数可取1.2。

由于接地体附近的土壤湿度会对土壤电阻率产生很大影响，进而影响接地体的冲击接地阻抗；土壤湿度变大会导致土壤电阻率变小，在相同幅值的冲击电流下，土壤电阻率越大则冲击接地阻抗越大，土壤电阻率越小则冲击接地阻抗越小，本发明的接地阻抗计算方法考虑到了土壤湿度对冲击接地阻抗的影响，在计算出不同幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗预估值之后进一步依据土壤的实时湿度对其进行修正，从而使获取的不同幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗更加接近实际值。

以上实施例中提到根据接地体附近土壤的实时湿度对冲击电流下的冲击接地阻抗预估值进行修正；通常情况下冲击电流下的冲击接地阻抗不仅受到土壤湿度的影响，也会受到土壤内植物根系密度的影响，在土壤内植物根系密度大于一定值时，会导致冲击接地阻抗与冲击电流幅值之间不是严格的线性比例关系，此时就需要对冲击接地阻抗进行进一步的修正。一般情况下，土壤表面的植被覆盖率越大，土壤内植物根系就会越多，因此，在一个实施例中，还包括进一步根据接地体附近土壤的植被覆盖率对所述冲击电流下的冲击接地阻抗进行修正，具体方法是：测量接地体附近土壤的植被覆盖率，若植被覆盖率大于覆盖率阈值，则将所述冲击电流下的冲击接地阻抗乘以第三修正系数0.9。

覆盖率阈值可取0.6。

由以上实施例可知，本发明的接地阻抗计算方法可获取多个幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗；由于当冲击电流幅值过大的时候会导致产生的电场强度超出土壤的临界场强，进而导致土壤内部与接地体相邻部分局部放电，使土壤电阻率降低，进而使实际的冲击接地阻抗比计算出的冲击接地阻抗小，因此在一个实施例中，还包括：若某一冲击电流幅值大于预设的第二阈值，则对该幅值的冲击电流下的冲击接地阻抗修正，修正方法为：则将该冲击电流下的冲击接地阻抗乘以第四修正系数0.9。

所述第二阈值的取值规则为：所述第二阈值大于所述第一阈值且幅值大于第二阈值的冲击电流会导致电场强度超出土壤临界场强。

由以上实施例可知，在计算接地体附近土壤的介电常数和电阻率时可依据接地体所在位置的多组土壤样本分别计算介电常数和电阻率并对其求均值，在一个实施例中，测试接地体附近土壤的介电常数和电阻率包括：

S201、将接地体附近的土壤按照与接地体的水平距离均匀划分为多个区域，分别在每个区域内挑选出若干个不同的位置，其中与接地体的水平距离越近的区域，选取出的位置越多；分别将各个位置的土壤依据与地表的距离均匀划分为多个深度区域；分别采集各个位置的不同深度区域的土壤作为多个不同的测试样本，其中同一个位置同一个深度区域的土壤作为同一个测试样本。

如图3所述，在进行区域划分时可以把接地体1作为圆心，按照距离圆心的距离划分出多个环形区域，每个环形区域的圆环宽度相等。

S202、分别将采集的每个测试样本的土壤放入同轴圆筒形装置中测量其介电常数和电阻率。

测量其介电常数和电阻率的具体测量方法是：在两个圆筒上施加直流电压，并测量土壤中的电场强度、流过土壤的电流以及圆筒间的电压，结合内圆筒直径、外圆筒直径以及圆筒长度计算介电常数和电阻率。

S203、对各个测试样本的土壤的介电常数求均值，得到接地体附近土壤的介电常数；对各个测试样本的土壤的电阻率求均值，得到接地体附近土壤的电阻率。

土壤湿度、PH值、盐分含量、悬浮颗粒数量等均会影响土壤的介电常数和电阻率，由于与接地体水平距离不同的土壤的湿度、PH值、盐分含量、悬浮颗粒数量可能不同，对应同一水平距离下不同深度的土壤，其湿度、PH值、盐分含量、悬浮颗粒数量也很有可能不同。通过采集与接地体水平距离不同且深度不同的多组土壤样本分别测量介电常数和电阻率并求取均值，从而可提高介电常数和电阻率测量的准确性。

在本说明书的描述中，“多个”、“若干个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。