[发明专利]基于实测与仿真的变电站接地网接地阻抗测量方法及装置

说明书

本发明公开了基于实测与仿真的变电站接地网接地阻抗测量方法，在接地网附近靠近地表的土壤中设置电流极，测量接地网与电流极的总阻抗，分别建立接地网电流场有限元模型、接地网磁场有限元模型，对接地网、电流体的电流场、磁场进行仿真、计算，通过仿真和计算得到接地网、电流极的电阻比值以及电感比值后，计算得到接地网的接地阻抗。本发明还公开了一种变电站接地网接地阻抗测量装置。本发明提供的接地网接地阻抗测量方法不存在二次回路，因此没有互感的影响，同时不存在电压极，亦不需要对电压极的位置多次移动，减少测量次数；本发明的接地网接地阻抗测量装置便于部署，易于操作。

技术领域

本发明属于变电站接地网阻抗测量领域，具体涉及基于实测与仿真的变电站接地网接地阻抗测量方法及装置。

背景技术

接地网是变电站安全稳定运行的保障，可以为变电站提供参考地电位，通过接地下引线与变电站地上设备相连，作为快速排泄电力系统中故障电流的通道。而接地阻抗是接地网最重要的一种特性参数，作为判断接地网性能优劣的依据，同时现场实测变电站接地阻抗是保证接地系统能否正常工作和满足接地应用需求的重要手段。现有技术中，对于准确测量变电站接地网接地阻抗而言，主要有直线法、夹角法、异频法等方法。文献“接地装置特性参数测量导则”采用电流极和电位极平行布线，电流极引线与接地网的距离为4D~5D，D为接地网等效最大直径，电位极位于接地网与电流极之间，距离为电流极的0.5~0.6倍，电压极以电流极长度的 5% 为间距移动3次，3次的测量值误差在5%以内认为是测量点。此方法存在的问题在于需要多次移动电位极，并且由于导线长距离平行导致的电磁耦合的影响，注入电流极引线的异频测量电流会在电压极引线上感应出异频电压，从而影响接地阻抗的测量准确性。文献“带分流系数的变电站接地网测试评估方法探讨”对大型变电站接地网状态测量，使用的是电流、电压表三级法，也称之为夹角法。在接地网( G) 外利用电流辅助接地极(C) 向接地网注入电流 I₀，测量接地网内指定点G与P点的电位差U_GP，再求得接地网的接地阻抗，由于电压极和电流极位置并不是在理想的无穷远处零电位点，需要对接地阻抗进行修正，从而引入的修正系数求解接地网的接地阻抗。文献“消除引线互感影响的地网接地阻抗测量方法”提出了一种基于直线异频法的新型地网接地阻抗测量方法，给出了具体的测量方式以及计算公式，仿真计算结果证明了这种方法准确、有效。此方法的思想是通过改变电极位置，两次注入异频电流，测量对应的电压和电流，联立方程消除测试引线互感。但是此方法并未完全消除测试引线间的互感影响，而且电流极与电压极阻抗也对接地阻抗的测量产生一定的误差。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于实测与仿真的变电站接地网接地阻抗测量装置与方法，针对各种变电站的工况下，能够简单、准确测量大型接地网的接地阻抗，保障电力系统的安全稳定运行。

本发明的技术方案是基于实测与仿真的变电站接地网接地阻抗测量方法，在接地网附近靠近地表的土壤中设置电流极，测量接地网与电流极的总阻抗，分别建立接地网电流场有限元模型、接地网磁场有限元模型，对接地网、电流体的电流场、磁场进行仿真、计算，通过仿真和计算得到接地网、电流极的电阻比值以及电感比值后得到接地网的接地阻抗，基于实测与仿真的变电站接地网接地阻抗测量方法包括以下步骤，

步骤1：将接地网的引线端、电流极的引线端分别连接到交流电压源的两端，分别测量交流电压源的电压波形和流经接地网的电流波形，计算得到总体电阻抗值Zs=Rs+j*w*Ls，其中Rs包括接地网电阻和电流极电阻，Ls包括接地网电感和电流极电感，w为角频率；

步骤2：采用有限元软件建立接地网电流场有限元模型，接地网电流场有限元模型包括电流极区域、接地网区域和近处大地土壤区域；设置近处大地土壤区域的土壤电阻率；