一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及中高压技术，尤其涉及一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法和装置。

背景技术

在电力系统中，变电站接地网能在电力系统发生故障时，将故障电流迅速排泄入地，控制接地网的最大电位升高，保证人身和设备安全。因此，合格的接地网在电力系统安全运行中具有十分重要的作用，接地网是否合格与接地网中接地阻抗检测的准确性有关，而确定接地阻抗测试线间互感耦合分量的准确性直接影响接地阻抗检测的准确性。

目前，现有的接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法，通常是对于平行布线时的测量情况进行简单的数学公式补偿，但现场环境中仍会有较长距离和较小间距的有角度的接地阻抗测试线，若此时仅针对平行情况确定互感耦合分量，会影响结果的准确性。

发明内容

本发明实施例提供一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法和装置，以提高接地阻抗测试线间互感耦合分量确定的准确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法，包括：

获取电流极导线、电压极导线和电流极导线的镜像之间的位置信息，并获取电流极导线相对电压极导线的角度信息；

基于分段微分法，根据位置信息和角度信息将电流极导线与电压极导线分段，并确定每段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值，以及确定每段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值；

基于纽曼积分法，根据直接互感值确定电流极导线和电压极导线之间的直接互感总值，并根据镜像互感值确定电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感总值；

根据直接互感总值和镜像互感总值，确定电流极导线和电压极导线间的互感抗值。

可选的，确定每段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值，包括：

将每段电压极导线的中点到电流极导线的距离作为对应段的电压极导线与电流极导线之间的距离；

根据各段电压极导线与电流极导线之间的距离，确定各段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值。

可选的，确定每段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值，包括：

将每段电压极导线的中点到电流极导线的镜像的距离作为对应段的电压极导线与电流极导线的镜像之间的距离；

根据各段电压极导线与电流极导线的镜像之间的距离，确定各段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值。

可选的，基于纽曼积分法，根据直接互感值确定电流极导线和电压极导线之间的直接互感总值，包括：

对各段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值求和，得到直接互感总值M

可选的，直接互感总值M

其中，n为电流极导线的总段数以及电压极导线的总段数，L

可选的，根据镜像互感值确定电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感总值，包括：

对各段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值求和，得到镜像互感总值M

可选的，镜像互感总值M

其中，n为电流极导线的总段数以及电压极导线的总段数，L

可选的，互感抗值为Z

其中，j为虚数单位，μ

可选的，电流极导线与电压极导线均与地面平行，电流极导线相对电压极导线的角度为电流极导线在地面的垂直投影和电压极导线在地面的垂直投影之间的夹角，电流极导线的镜像是电流极导线在地面下方与地面有预设距离的复平面的镜像。

第二方面，本发明实施例还提供了一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定装置，包括：

数据获取模块，用于获取电流极导线、电压极导线和电流极导线的镜像之间的位置信息，并获取电流极导线相对电压极导线的角度信息；

导线分段模块，用于基于分段微分法，根据位置信息和角度信息将电流极导线与电压极导线分段，并确定每段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值，以及每段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值；

互感总值确定模块，用于基于纽曼积分法，根据直接互感值确定电流极导线和电压极导线之间的直接互感总值，并根据镜像互感值确定电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感总值；

导线互感确定模块，用于根据直接互感总值和镜像互感总值，确定电流极导线和电压极导线间的互感抗值。

本发明实施例提供的接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法和装置，基于分段微分法，根据获取的位置信息和角度信息将电流极导线与电压极导线分段，并确定每段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值，以及确定每段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值；并基于纽曼积分法，根据直接互感值确定电流极导线和电压极导线之间的直接互感总值，并根据镜像互感值确定电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感总值；从而根据直接互感总值和镜像互感总值，确定电流极导线和电压极导线间的互感抗值。本发明实施例提供的接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法和装置，基于分段微分法和纽曼积分法，根据每段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值，以及每段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值，确定电流极导线和电压极导线间的互感抗值，实现不平行导线间互感确定，解决了现有技术中仅针对平行导线确定互感而影响结果准确性的问题，从而提高接地阻抗测试线间互感耦合分量确定的准确性。

附图说明

图1是现有的一种平行导线的示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法的流程图；

图3是本发明实施例一提供的一种电流极导线与电流极导线的镜像的示意图；

图4是本发明实施例一提供的一种电流极导线与电压极导线间互感分析的示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法的流程图；

图6是本发明实施例二提供的一种电压极导线分段的示意图；

图7是本发明实施例三提供的一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是现有的一种平行导线的示意图，互相平行的电流极引线L，电压极引线αL及电流极引线在土壤中的等效镜像L’如图1所示，电流极引线中的电流I通过大地回流，dx、dx

通常，上述平行导线间通过平行直线法测量接地阻抗的测量结果包含以下组成部分：接地网的真实接地阻抗，测量电流、电压极引线的互感抗，互感电阻，自感抗和干扰误差等。虽然异频电源测量接地阻抗，可以有效过滤工频信号在测量回路的感应干扰，但仍无法避免电流、电压极引线间存在的互感抗与互电阻，互感抗是造成接地阻抗测量结果误差的首要因素，而电流、电压极引线间的互电阻很微小，可以忽略不计。其中，测量接地网接地阻抗时测量回路存在自感包括两部分，即接地网本身具有的电感和电压极引线的自感。大规模的接地网，电压极引线的自感与接地网的自感相比很小，测量时电压极引线通过的电流也很微小，在电压极引线的自感上产生压降微乎其微。所以，测量回路的自感只考虑接地网本身的电感。接地电阻的概念只适用于小型接地网，随着接地网规模的加大和系统短路阻抗越来越小，接地网的电感量已不可忽视。尤其在交流系统中，接地网接地阻抗感性分量的比例随着土壤电阻率的减小、接地网面积的增大和入地电流频率的增大而增大。

基于上述平行导线，确定导线间互感耦合分量，导线平行的情况较为理想化，现场环境中仍会有较长距离和较小间距的有角度的接地阻抗测试线，若此时仅针对平行情况确定互感耦合分量，会影响结果的准确性。

实施例一

图2是本发明实施例一提供的一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法的流程图，本实施例可适用于接地阻抗测试等情况，可应用于大型接地网等方面，该方法可以由接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在具有接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定功能的电子设备如计算机中，该方法具体包括如下步骤：

步骤110、获取电流极导线、电压极导线和电流极导线的镜像之间的位置信息，并获取电流极导线相对电压极导线的角度信息。

其中，电流极导线和电压极导线作为接地阻抗测试线，电流极导线与电压极导线均与地面平行，电流极导线相对电压极导线的角度为电流极导线在地面的垂直投影和电压极导线在地面的垂直投影之间的夹角，电流极导线的镜像是电流极导线在地面下方与地面有预设距离的复平面的镜像。

具体的，图3是本发明实施例一提供的一种电流极导线与电流极导线的镜像的示意图，大地表面在XYZ坐标系中的XY坐标平面，电流极导线距离地面一定距离，复平面接地回路作为一个理想的导电平面可以取代大地并且通过在地面下距离为H的复平面距离表示，电流极导线距离真实地面的距离为G

步骤120、基于分段微分法，根据位置信息和角度信息将电流极导线与电压极导线分段，并确定每段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值，以及每段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值。

具体的，图4是本发明实施例一提供的一种电流极导线与电压极导线间互感分析的示意图，如图4所示，基于分段微分法，根据位置信息和角度信息将电流极导线与电压极导线分段，各段电流极导线的微增量长度为dx，各段电压极导线的微增量长度为dx

步骤130、基于纽曼积分法，根据直接互感值确定电流极导线和电压极导线之间的直接互感总值，并根据镜像互感值确定电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感总值。

具体的，参考图4，可基于纽曼积分法，对图4中导线间每个微分段的互感值积分，具体可通过计算各段电压极导线的微增量长度dx

步骤140、根据直接互感总值和镜像互感总值，确定电流极导线和电压极导线间的互感抗值。

其中，直接互感总值和镜像互感总值的差值与互感抗值存在比例关系，从而根据直接互感总值和镜像互感总值，可确定电流极导线和电压极导线间的互感抗值，即实现不平行导线间互感确定，解决了针对平行导线确定互感而影响结果准确性的问题，提高接地阻抗测试线间互感耦合分量确定的准确性，从而在检测到的接地阻抗中剔除互感耦合分量，提高接地阻抗检测的准确性。

本实施例提供的接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法，基于分段微分法和纽曼积分法，根据每段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值，以及每段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值，确定电流极导线和电压极导线间的互感抗值，实现不平行导线间互感确定，解决了现有技术中仅针对平行导线确定互感而影响结果准确性的问题，从而提高接地阻抗测试线间互感耦合分量确定的准确性。

实施例二

图5是本发明实施例二提供的一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法的流程图，本实施例可适用于接地阻抗测试等情况，可应用于大型接地网等方面，该方法可以由接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在具有接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定功能的电子设备如计算机中，该方法具体包括如下步骤：

步骤210、获取电流极导线、电压极导线和电流极导线的镜像之间的位置信息，并获取电流极导线相对电压极导线的角度信息。

其中，电流极导线和电压极导线作为接地阻抗测试线，电流极导线与电压极导线均与地面平行，电流极导线相对电压极导线的角度为电流极导线在地面的垂直投影和电压极导线在地面的垂直投影之间的夹角，电流极导线的镜像是电流极导线在地面下方与地面有预设距离的复平面的镜像。

具体的，可参考图3，真实地面距离镜像平面即导体镜面的距离H，电流极导线距离实际地面的距离为G

步骤220、基于分段微分法，根据位置信息和角度信息将电流极导线与电压极导线分段。

具体的，可参考图4，基于分段微分法，根据位置信息和角度信息将电流极导线与电压极导线分段，各段电流极导线的微增量长度为dx，各段电压极导线的微增量长度为dx

步骤230、将每段电压极导线的中点到电流极导线的距离作为对应段的电压极导线与电流极导线之间的距离。

具体的，图6是本发明实施例二提供的一种电压极导线分段的示意图，电压极导线和电流极导线之间的角度为θ，电压极导线的长度为L

步骤240、根据各段电压极导线与电流极导线之间的距离，确定各段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值。

其中，直接互感值与相应段电压极导线与电流极导线之间的距离相关，具体关系在步骤270说明，可参见步骤270的描述。

步骤250、将每段电压极导线的中点到电流极导线的镜像的距离作为对应段的电压极导线与电流极导线的镜像之间的距离。

具体的，参考图6，可将图6中的电流极导线看作电流极导线的镜像，各段电压极导线与电流极导线的镜像之间距离的确定过程，与上述描述图6各段电压极导线与电流极导线之间距离的确定过程相同，在此不再赘述。

步骤260、根据各段电压极导线与电流极导线的镜像之间的距离，确定各段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值。

其中，镜像互感值与相应段电压极导线与电流极导线的镜像之间的距离相关，具体关系在步骤280说明，可参见步骤280的描述。

步骤270、对各段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值求和，得到直接互感总值M

其中，直接互感总值M

其中，n为电流极导线的总段数以及电压极导线的总段数，L

具体的，从上述直接互感总值M

需要说明的是，电流极导线的长度、电压极导线的长度、各导线距地面的距离以及其它距离的具体数值都是根据实际情况设定的，在此不做限定。

步骤280、对各段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值求和，得到镜像互感总值M

其中，镜像互感总值M

其中，n为电流极导线的总段数以及电压极导线的总段数，L

具体的，从上述镜像互感总值M

步骤290、根据直接互感总值和镜像互感总值，确定电流极导线和电压极导线间的互感抗值。

其中，互感抗值为Z

其中，j为虚数单位，μ

具体的，互感抗值Z

本实施例提供的接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法，基于分段微分法和纽曼积分法，根据每段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值，以及每段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值，确定电流极导线和电压极导线间的互感抗值，实现不平行导线间互感确定，解决了现有技术中仅针对平行导线确定互感而影响结果准确性的问题，从而提高接地阻抗测试线间互感耦合分量确定的准确性。

实施例三

图7是本发明实施例三提供的一种接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定装置的结构框图，该装置包括数据获取模块310、导线分段模块320、互感总值确定模块330和导线互感确定模块340；其中，数据获取模块310用于获取电流极导线、电压极导线和电流极导线的镜像之间的位置信息，并获取电流极导线相对电压极导线的角度信息；导线分段模块320用于基于分段微分法，根据位置信息和角度信息将电流极导线与电压极导线分段，并确定每段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值，以及确定每段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值；互感总值确定模块330用于基于纽曼积分法，根据直接互感值确定电流极导线和电压极导线之间的直接互感总值，并根据镜像互感值确定电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感总值；导线互感确定模块340用于根据直接互感总值和镜像互感总值，确定电流极导线和电压极导线间的互感抗值。

在上述实施方式的基础上，导线分段模块320包括第一距离确定单元和直接互感值确定单元；其中，第一距离确定单元用于将每段电压极导线的中点到电流极导线的距离作为对应段的电压极导线与电流极导线之间的距离；直接互感值确定单元用于根据各段电压极导线与电流极导线之间的距离，确定各段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值。

优选的，导线分段模块320包括第二距离确定单元和镜像互感值确定单元；其中，第二距离确定单元用于将每段电压极导线的中点到电流极导线的镜像的距离作为对应段的电压极导线与电流极导线的镜像之间的距离；镜像互感值确定单元用于根据各段电压极导线与电流极导线的镜像之间的距离，确定各段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值。

在一种实施方式中，互感总值确定模块330包括直接互感总值确定单元，直接互感总值确定单元用于对各段电流极导线和对应的电压极导线之间的直接互感值求和，得到直接互感总值M

其中，n为电流极导线的总段数以及电压极导线的总段数，L

优选的，互感总值确定模块330包括镜像互感总值确定单元，镜像互感总值确定单元用于对各段电压极导线和对应的电流极导线的镜像之间的镜像互感值求和，得到镜像互感总值M

其中，n为电流极导线的总段数以及电压极导线的总段数，L

其中，互感抗值为Z

其中，j为虚数单位，μ

优选的，电流极导线与电压极导线均与地面平行，电流极导线相对电压极导线的角度为电流极导线在地面的垂直投影和电压极导线在地面的垂直投影之间的夹角，电流极导线的镜像是电流极导线在地面下方与地面有预设距离的复平面的镜像。

本实施例提供的接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定装置与本发明任意实施例提供的接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法属于相同的发明构思，具备相应的有益效果，未在本实施例详尽的技术细节详见本发明任意实施例提供的接地阻抗测试线间互感耦合分量的确定方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。