专利名称：接地系统的降阻方法
技术领域：
本发明属于接地系统技术领域，具体涉及一种接地系统的降阻方法。
背景技术：
良好的接地系统是电力系统安全运行的根本保证。随着现代大电网向超高压、大容量和远距离方向的发展，对于电力系统安全、稳定及经济运行的要求越来越高，为了确保电网的安全稳定运行，提高供电可靠性，必须配备一套与一次系统相适应的安全保护系统，因此需要一个良好的接地系统。当前，对于接地系统设计一般采取以下方法和步骤评估现场条件，计算最大入地电流，确定接地系统阻值，根据经验初步设计，利用软件精确计算接地电阻 ，逐步修正设计并校核其他安全指标。这种设计流程存在以下三点问题1、设计者经验有限，而设计过程对设计者的经验要求很高，一般工程人员无法保证接地系统权衡的全面性和设计的合理性；
2、国内外均有较为成熟的接地系统计算软件，计算结果虽然精确可靠，但均无法完成引导式设计，只能校核，而不便于设计；3、没有对接地方案的经济性和技术性做全面、统一的权衡和考察，而完全依靠经验判断。总之，当前接地系统的设计过程中，对于接地系统的初步设计和优化降阻只能依靠工程技术人员的经验和思维，而一旦不具备这种经验或考虑不周，就会造成设计过程繁琐反复，而且可能造成设计结果脱离实际、经济性和技术性权衡不足，一旦设计结果付诸实践，则就会致使工程存在安全隐患，或者导致财力物力的浪费。
发明内容
为了克服现有的接地系统设计流程存在的诸多弊病，本发明提出一种接地系统的降阻方法，用于实现对接地系统降阻优化设计方案的程式化引导，尤其适用于接地系统初始设计阶段。为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下一种接地系统的降阻方法，根据用户输入的接地电阻值及安全指标，对电阻按照划等级降阻的方式同时或依次进行优化，优化后的电阻值符合安全指标后，得出具体的降阻方式。其具体过程是用户输入现场勘测的基本条件，并给出接地电阻值及安全指标，之后用户输入初始电网或由程序自动配置典型地网；同时或依次应用扩网、外引接地、局部换土、增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地和爆破接地的降阻方式进行划等级的降阻，直至降阻后的电阻值符合安全指标；从而得出能够满足降阻需求的具体降阻方式及其降阻效果。所述的降阻效果主要包括优化措施组合的实施细节、实施后地网接地电阻的计算值以及跨步电压、接触电压、网孔电压等，同时给出应用该降阻措施组合后的成本。所述应用扩网、外引接地、局部换土、增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地和爆破接地的划等级方式为扩网为A类，优先级最高，外引接地为B类，优先级次之，局部换土、增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地和爆破接地并列为C类，优先级最低。所述优先级较低的降阻均以使用上一个优先级较高的优化后的优化结果为基础；如果优化得到的结果满足降阻要求和安全指标要求，则不再进行低优先级措施的计算；如果得到的结果不满足降阻要求和安全指标要求，则在上一级优化的基础上继续进行下一级优化；对于处于同一优先级的降阻方式，均以上一优先级的降阻结果作为基础，且互相之间为并列关系，互不以对方为降阻前提条件。所述的接地系统的降阻方法的具体实施步骤如下(I)接地系统用户设定接地系统的目标电阻值，获取接地系统所处的土壤电阻率分层厚度以及接地系统面积；(2)根据上述获取的接地系统所处的土壤电阻率分层厚度和接地系统面积，设置
一个初始接地系统，计算该初始接地系统的电阻值，将该电阻值与上述目标电阻值进行比较，若电阻值小于目标电阻值，则该初始接地系统为目标接地系统，若电阻值大于目标电阻值，则进行步骤(3)；(3)若允许接地系统的面积扩大，则将初始接地系统的面积扩大至接地系统用户允许的最大值，当初始接地系统的面积扩大至接地系统用户允许的最大值时，若电阻值小于目标电阻值，则根据电阻值与目标电阻值之间的差值，减少接地系统的面积，直至接地系统的电阻值等于目标电阻值，若电阻值大于目标电阻值，则进行步骤(4)；(4)若允许在接地系统实现外引接地，则将外引长度增长至接地系统用户允许的最大值，若所得接地电阻值小于目标电阻值，则根据电阻值与目标电阻值之间的差值，减少外引接地的长度，直至接地系统的电阻值等于目标电阻值，若电阻值大于目标电阻值，则进行步骤(5)；(5)对于增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地、爆破接地和局部换土 5项措施，在用户选择的前提下，在扩网和外引接地计算结果的基础上，分别进行计算，若所得接地电阻值小于目标电阻值，则根据电阻值与目标电阻值之间的差值，调节新增加的降阻措施数值，至接地系统的电阻值等于目标电阻值，若电阻值大于目标电阻值，则结束计算，并记录该电阻值；(6)最终程序将给出用户选择使用的降阻措施的优化组合，以及其实施细节、安全指标和所需成本。本发明所述的接地系统的降阻方法的有益效果是从一定程度上摆脱了接地设计对工程设计人员经验的要求；同时兼顾了经验评估和精确计算的优点，在保证初步设计精度要求的同时，简化了反复而无益的计算过程，提升了运算效率，大大降低了接地系统设计的难度和复杂性。I、本发明方法提出的接地系统的建立方法，改变了传统接地系统设计对工程设计人员经验的要求，因此使用本方法设计的接地系统，更加符合工程技术人员的设计需求和思维习惯，从而更好的服务于工程建设。2、本发明方法综合了经验估计和精确计算的优点,在保证初步设计的精度和细节要求基础上，提高了接地系统的设计效率，简化了系统设计的步骤和流程，降低了接地系统的设计成本。
3、本发明方法在接地系统的设计过程中，综合考虑了接地系统的安全性和经济性指标，评价体系完善，评价标准全面；4、各种优化降阻措施的优缺点评估全面，提出的优化组合、顺序及策略合理、可行。
图I为本发明接地系统的降阻方法的流程框图。图2为本发明接地系统的降阻方法的对扩网进行优化选择的程序流程框图；图3为本发明接地系统的降阻方法的对局部换土进行优化选择的程序流程框图。·
具体实施例方式如图1-3所示，本发明实施例所述的接地系统的降阻方法，根据用户输入的接地电阻值及安全指标，对电阻按照划等级降阻的方式同时或依次进行优化，优化后的电阻值符合安全指标后，得出具体的降阻方式。其具体过程是用户输入现场勘测的基本条件，并给出接地电阻值及安全指标，之后用户输入初始电网或由程序自动配置典型地网；同时或依次应用扩网、外引接地、局部换土、增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地和爆破接地的降阻方式进行划等级的降阻，直至降阻后的电阻值符合安全指标；从而得出能够满足降阻需求的具体降阻方式及其降阻效果，主要包括优化措施组合的实施细节、实施后地网接地电阻的计算值以及其他安全指标(跨步电压、接触电压、网孔电压等)，同时给出应用该降阻措施组合后的成本。所述应用扩网、外引接地、局部换土、增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地和爆破接地的划等级方式为扩网为A类，优先级最高，外引接地为B类，优先级次之，局部换土、增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地和爆破接地并列为C类，优先级最低。所述优先级较低的降阻均以使用上一个优先级较高的优化后的优化结果为基础；如果优化得到的结果满足降阻要求和安全指标要求，则不再进行低优先级措施的计算；如果得到的结果不满足降阻要求和安全指标要求，则在上一级优化的基础上继续进行下一级优化；对于处于同一优先级的降阻方式，均以上一优先级的降阻结果作为基础，且互相之间为并列关系，互不以对方为降阻前提条件。所述的接地系统的降阻方法的具体实施步骤如下(I)接地系统用户设定接地系统的目标电阻值，获取接地系统所处的土壤电阻率分层厚度以及接地系统面积；(2)根据上述获取的接地系统所处的土壤电阻率分层厚度和接地系统面积，设置一个初始接地系统，计算该初始接地系统的电阻值，将该电阻值与上述目标电阻值进行比较，若电阻值小于目标电阻值，则该初始接地系统为目标接地系统，若电阻值大于目标电阻值，则进行步骤⑶；(3)若允许接地系统的面积扩大，则将初始接地系统的面积扩大至接地系统用户允许的最大值，当初始接地系统的面积扩大至接地系统用户允许的最大值时，若电阻值小于目标电阻值，则根据电阻值与目标电阻值之间的差值，减少接地系统的面积，直至接地系统的电阻值等于目标电阻值，若电阻值大于目标电阻值，则进行步骤(4)；
(4)若允许在接地系统实现外引接地，则将外引长度增长至接地系统用户允许的最大值，若所得接地电阻值小于目标电阻值，则根据电阻值与目标电阻值之间的差值，减少外引接地的长度，直至接地系统的电阻值等于目标电阻值，若电阻值大于目标电阻值，则进行步骤(5)；(5)对于增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地、爆破接地和局部换土 5项措施，在用户选择的前提下，在扩网和外引接地计算结果的基础上，分别进行计算。以增加垂直接地极为例，首先将垂直接地极长度增大至接地系统用户允许的最大值，若所得接地电阻值小于目标电阻值，则根据电阻值与目标电阻值之间的差值，减少垂直接地极的长度，直至接地系统的电阻值等于目标电阻值，若电阻值大于目标电阻值，则结束计算，并记录该电阻值。(6)最终程序将给出用户选择使用的降阻措施的优化组合，以及其实施细节、安全指标和所需成本。
下面以山东某220kV变电站为案例已知山东某220kV变电站的初始条件如下变电站初始条件
初始系统限制条件
土壤电阻率 [19;41;520;560] 目标电阻__0.5
土壤厚度
面积上限__30000m.m
土壤风化情况一般外引类型自然接地
地下水情况__^__外引距离__30m
面积__120 X13 Onrm 外引导体间距__100
埋深0.8m接地极根数上 20 (自动配置)
__^__Jl1__
水平间距__IOm__接地极深度__100
接地电阻精确__0.95Ω__接地极类型__任意
m一优化降阻选型运行流程I)初始化程序根据该电站面积、埋深和水平间距自动配置了一个地网；计算初始地网的计算电阻为I. 26 Ω，得到本程序的修正系数为I. 33( = I. 26/0. 95)。这里引入的修正系数，是指接地电阻精确值已知时(未知时设为I)，计算值与精确值的比，之后的计算结果都将乘以修正系数，以减小经验公式的误差，下面提到的计算结果均为修正后的结果。另外，本程序还引入了裕度系数为O. 9，也即只有计算结果小于安全指标的90%时，才被认为满足条件，这主要考虑到经验公式的不准确性而适当提高了标准。2)扩网将面积扩大至最大值30000，同时根据初始条件，按比例相应的变化水平网的网孔数、周长、导体总长等，计算此时的接地电阻为O. 70 > O. 50*0. 9。不满足安全条件，但根据优胜制，要应用本措施，而后继续其他方法。3)外引
30m外可外弓丨，计算此时的接地电阻为O. 58 > O. 50*0. 9。不满足安全条件，但根据优胜制，要应用本措施，而后继续其他方法。4)局部换土程序判定表层土壤电阻率较低，自动跳过本措施。5)垂直接地极按照最大值配置垂直接地极(20根，100m)，计算此时的接地电阻为0.54 >O. 50*0. 9。不满足安全条件，根据均等制，放弃本措施，而后继续其他方法。6)斜接地极按照最大值配置斜接地极(20根，100m)，计算此时的接地电阻为O. 51 >O. 50*0. 9。满足安全条件，计算此时成本为；根据均等制，以不应用斜接地极时的地网系统为基础，继续其他方法。7)深井接地极无地下水层，本方法不可用。8)爆破接地极按照最大值配置爆破接地极(20根，100m)，计算此时的接地电阻为0.48 >O. 50*0. 9。9)局部换土后增加接地极我们发现这些措施虽然起到了降阻的作用，但均不满足安全指标。按照本文错误！未找到引用源。部分所述，将对该系统实施局部换土，而后继续添加接地极。但程序发现本例中表层土壤较低，因此不再进行此项措施的尝试。10)结束程序将优化结果显示，至此，程序运行结束。得出优化降阻结果变电站优化后的接地系统
权利要求
1.一种接地系统的降阻方法，其特征在于根据用户输入的接地电阻值及安全指标，对电阻按照划等级降阻的方式同时或依次进行优化，优化后的电阻值符合安全指标后，得出具体的降阻方式。
2.根据权利要求I所述的接地系统的降阻方法，其特征在于其具体过程是用户输入现场勘测的基本条件，并给出接地电阻值及安全指标，之后用户输入初始电网或由程序自动配置典型地网；同时或依次应用扩网、外引接地、局部换土、增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地和爆破接地的降阻方式进行划等级的降阻，直至降阻后的电阻值符合安全指标；从而得出能够满足降阻需求的具体降阻方式及其降阻效果。
3.根据权利要求2所述的接地系统的降阻方法，其特征在于所述的降阻效果主要包括优化措施组合的实施细节、实施后地网接地电阻的计算值以及跨步电压、接触电压、网孔电压等，同时给出应用该降阻措施组合后的成本。
4.根据权利要求I或2所述的接地系统的降阻方法，其特征在于所述应用扩网、外弓丨接地、局部换土、增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地和爆破接地的划等级方式为扩网为A类，优先级最高,外引接地为B类，优先级次之，局部换土、增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地和爆破接地并列为C类，优先级最低。
5.根据权利要求4所述的接地系统的降阻方法，其特征在于所述优先级较低的降阻均以使用上一个优先级较高的优化后的优化结果为基础；如果优化得到的结果满足降阻要求和安全指标要求，则不再进行低优先级措施的计算；如果得到的结果不满足降阻要求和安全指标要求，则在上一级优化的基础上继续进行下一级优化；对于处于同一优先级的降阻方式，均以上一优先级的降阻结果作为基础，且互相之间为并列关系，互不以对方为降阻前提条件。
6.根据权利要求I或2所述的接地系统的降阻方法，其特征在于所述的接地系统的降阻方法的具体实施步骤如下 (1)接地系统用户设定接地系统的目标电阻值，获取接地系统所处的土壤电阻率分层厚度以及接地系统面积； (2)根据上述获取的接地系统所处的土壤电阻率分层厚度和接地系统面积，设置一个初始接地系统，计算该初始接地系统的电阻值，将该电阻值与上述目标电阻值进行比较，若电阻值小于目标电阻值，则该初始接地系统为目标接地系统，若电阻值大于目标电阻值，则进行步骤⑶； (3)若允许接地系统的面积扩大，则将初始接地系统的面积扩大至接地系统用户允许的最大值，当初始接地系统的面积扩大至接地系统用户允许的最大值时，若电阻值小于目标电阻值，则根据电阻值与目标电阻值之间的差值，减少接地系统的面积，直至接地系统的电阻值等于目标电阻值，若电阻值大于目标电阻值，则进行步骤(4)； (4)若允许在接地系统实现外引接地，则将外引长度增长至接地系统用户允许的最大值，若所得接地电阻值小于目标电阻值，则根据电阻值与目标电阻值之间的差值，减少外引接地的长度，直至接地系统的电阻值等于目标电阻值，若电阻值大于目标电阻值，则进行步骤(5)； (5)对于增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地、爆破接地和局部换土5项措施，在用户选择的前提下，在扩网和外引接地计算结果的基础上，分别进行计算，若所得接地电阻值小于目标电阻值，则根据电阻值与目标电阻值之间的差值，调节新增加的降阻措施数值，至接地系统的电阻值等于目标电阻值，若电阻值大于目标电阻值，则结束计算，并记录该电阻值； (6)最终程序将给出用户选择使用的降阻措施的优化组合，以及其实施细节、安全指标和所需成本。
全文摘要
本发明公开了一种接地系统的降阻方法，根据用户输入的接地电阻值及安全指标，对电阻按照划等级降阻的方式同时或依次进行优化，优化后的电阻值符合安全指标后，得出具体的降阻方式；其具体过程是用户输入现场勘测的基本条件，并给出接地电阻值及安全指标，之后用户输入初始电网或由程序自动配置典型地网；同时或依次应用扩网、外引接地、局部换土、增加垂直接地极、增加斜接地极、深井接地和爆破接地的降阻方式进行划等级的降阻，直至降阻后的电阻值符合安全指标；从而得出能够满足降阻需求的具体降阻方式及其降阻效果。其有益效果是降低设计要求、简化了计算过程，提升了运算效率，大大降低了接地系统设计的难度和复杂性。
文档编号H01R43/00GK102856759SQ201110176908
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者张波, 吴锦鹏, 王森, 李志忠, 何金良, 曾嵘, 陈水明, 胡军, 余占清 申请人:陕西电力科学研究院, 清华大学