[发明专利]一种单极大地运行方式下地中电流分布研究方法

说明书

本发明公开了一种单极大地运行方式下地中电流分布研究方法，该方法首先根据接地极所在地区的自然条件，考虑了大地地质结构及土壤电阻率，分层较多的土壤模型及实测的土壤电阻率使仿真结果更准确；由于流入交流系统的零序电流对附近地表电位的场计算是有影响的，因此本发明把零序电流的直流通路等效为一个电阻加入到ANSYS仿真模型中，与地表电位的场计算同时进行，能够使结果更准确，有着良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种单极大地运行方式下地中电流分布研究方法。

背景技术

当高压直流系统采用单极大地运行方式时，会有上千安培的直流电流流入大地。接地电流通过接地极向四周土壤扩散，并在周围很大范围内形成一个恒定的直流电流场。如果电流场内有中性点接地的变压器，它可能给电流提供比土壤更好的导电通道。因此，一部分电流会通过变压器中性点流入交流系统。这部分通过变压器中性点流入交流系统的直流就是本发明研究的零序电流。研究零序电流的大小，有助于分析直流偏磁对变压器的影响，并在此基础上提出减小零序电流影响的方案。

直流单极大地运行将造成地表电位分布不均匀，地表电位改变使接地变压器中性点存在电位差，使以接地变压器、架空线构成的回路中流过零序电流。要计算零序电流的数值，可以先求得各变压器中性点处的地表电位，然后根据交流系统直流通路的网络结构列节点电压方程即可求解。地表电位的求解可以采用经典的电磁场理论法、镜像法和拉普拉斯法等，但实际情况下由于模型和问题的条件过于复杂，使得解析解很难得到。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单极大地运行方式下地中电流分布研究方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明能够较为准确地计算单极大地运行方式下地中电流的分布情况。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单极大地运行方式下地中电流分布研究方法，包括以下步骤：

步骤1、依据接地极附近的地质构造和土壤电阻率，并参考大地典型结构将土壤结构划分为：水平分层结构和垂直分层结构，其中水平分层结构考虑大地分层结构对地表电位的影响，垂直分层结构考虑接地极附近有电阻率远小于土壤的海洋地质情况；

步骤2、在ANSYS中建立四层水平分层结构的土壤模型以及圆环形的接地电极模型；

步骤3、基于ANSYS建立的土壤模型，求解接地电极模型周围的地表电位分布情况；同时基于ANSYS建立的土壤模型，考虑地表电位的场计算与零序电流的电路计算之间的相互影响，求解地中电流分布。

进一步地，步骤1中依据接地极附近的地质构造和土壤电阻率，并在设定范围内将土壤电阻率近似为均匀分布，然后参考大地典型结构对土壤结构划分。

进一步地，步骤2中所建立的土壤模型为四分之一的圆柱体模型。

进一步地，步骤3中通过当地电网实测情况设置接地电极中的电流以及第四层水平分层结构底面的电位值，以研究接地极周围地表电位的分布情况；据此，在ANSYS建立的土壤模型上连接上直流通路的电路，以实现将地表电位的场计算跟零序电流的电路计算同时完成，将零序电流在交流电网中的直流通路等效为一个电阻，其阻值为交流线路的电阻和变压器中性点的接地电阻之和。

进一步地，还包括步骤4：在ANSYS建立的土壤模型中，加入多个变压器中性点，形成多个零序电流通路，研究中性点个数对地中电流的仿真计算的影响；改变土壤模型中变压器中性点的位置，研究接地极与换流站间的距离对零序电流的影响；改变土壤模型中电流同路的组织以研究不同线路长度时的零序电流数量级。

进一步地，步骤4中不同的线路长度通过改变电阻值来模拟。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：