基于CDEGS軟件的變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計摘要近年來我國的用電需求快速上升，這種情況對我國的電力系統(tǒng)提出了比以往更加嚴(yán)格要求。隨著我國電力系統(tǒng)總?cè)萘康脑龃?，系統(tǒng)發(fā)生故障時的入地總電流也隨之增大。接地網(wǎng)的作用為保護(hù)人員和電氣設(shè)備的安全，為了讓基地網(wǎng)擁有更好的安全性能，本文主要研究變電站接地網(wǎng)的相關(guān)優(yōu)化設(shè)計，讓接地網(wǎng)的安全性符合我國不斷發(fā)展電力系統(tǒng)的安全要求。本文利用CDEGS軟件對接地系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，研究接地網(wǎng)各種參數(shù)對最終接地網(wǎng)安全性能的影響。接地網(wǎng)安全性能要看接觸電壓和跨步電壓，兩者要符合接地網(wǎng)的安全報告。接地網(wǎng)的研究優(yōu)化分為兩部分，一是接地網(wǎng)水平方向的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，二是接地網(wǎng)垂直方向的附加導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。運(yùn)用控制變量法進(jìn)行各種因素的研究，研究各種因素對接地網(wǎng)安全性能的影響。最后根據(jù)一例110KV變電站的工程要求，利用兩個方面優(yōu)化研究的出的結(jié)論，進(jìn)行接地網(wǎng)的設(shè)計，使其安全性能達(dá)到要求。本文在設(shè)計時運(yùn)用了斜向下的導(dǎo)體布置方式，相對于其他設(shè)計只有水平或垂直方向的導(dǎo)體，本文的設(shè)計進(jìn)行了創(chuàng)新，獲得了更好的優(yōu)化效果。最后研究診斷接地網(wǎng)的故障診斷方法，分析比較幾種方法的優(yōu)缺點，選出快速準(zhǔn)確的診斷方法。再分析在接地網(wǎng)的各種故障情況下，該方法是否可以有效地進(jìn)行故障診斷。關(guān)鍵詞：接地系統(tǒng)；變電站；接地電阻；接觸電壓；跨步電壓；故障診斷目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1 緒論 11.1 背景及意義 11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3 軟件介紹 21.4 研究內(nèi)容 32 地網(wǎng)水平導(dǎo)體研究設(shè)計 42.1 水平導(dǎo)體接地網(wǎng)面積研究 42.2 水平導(dǎo)體埋地深度研究 72.3 水平導(dǎo)體間距研究 92.4 水平導(dǎo)體壓縮比研究 122.5 水平附加斜角導(dǎo)體研究 152.6 本章小結(jié) 193 接地網(wǎng)垂直導(dǎo)體研究設(shè)計 193.1 垂直附加導(dǎo)體布置方式研究 193.2 垂直附加導(dǎo)體長度研究 243.3 附加導(dǎo)體與水平面角度研究 263.4 本章小結(jié) 294 接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計方案 304.1 接地電阻模型 304.2 激勵模型設(shè)計 314.3 安全要求 314.4 接地網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計 334.5 本章小結(jié) 405 接地網(wǎng)故障診斷 405.1 探測方式研究 405.2 故障情況下接地網(wǎng)磁場情況分析 425.3 本章小結(jié) 496 結(jié)論 49

地網(wǎng)水平導(dǎo)體研究設(shè)計2Researchanddesignofgroundgridhorizontalconductor 接地網(wǎng)的組成包括水平導(dǎo)體和垂直導(dǎo)體。其中水平導(dǎo)體作為接地網(wǎng)的主要組成部分，對接地網(wǎng)的各種性能指標(biāo)有著很大的影響。本文探究的接地網(wǎng)水平導(dǎo)體的設(shè)計要素為導(dǎo)體的埋地深度、主題接地網(wǎng)面積、導(dǎo)體的間距、導(dǎo)體的壓縮比以及水平附加的斜角導(dǎo)體。運(yùn)用CDEGS軟件，通過控制變量法研究這些因素對接地網(wǎng)性能的影響，最后得出接地網(wǎng)的優(yōu)化方案，并驗證設(shè)計指標(biāo)。 本文討論的基地網(wǎng)的性能指標(biāo)主要有以下三項：計算接地網(wǎng)的接地電阻，并對比工程要求，看其是否符合。計算接地網(wǎng)的接觸電壓，優(yōu)化接觸電壓，使其水平降低到在安全評估要求之下。計算接地網(wǎng)的跨步電壓，優(yōu)化跨步電壓，使其水平降低到在安全評估要求之下。水平導(dǎo)體接地網(wǎng)面積研究（Researchontheareaofgroundinggridofhorizontalconductor）研究接地網(wǎng)面積對接地網(wǎng)各項指標(biāo)的影響。接地網(wǎng)面積越大對應(yīng)的施工量越大，優(yōu)化接地網(wǎng)面積是及其關(guān)鍵的。這里對比在邊長相同的情況下，對不同形狀的矩形水平接地網(wǎng)的接地電阻、接觸電壓和跨步電壓進(jìn)行對比，進(jìn)行研究。本文選擇的接地網(wǎng)形狀分別為80m×80m、70m×90m、60m×100m、50m×110m和40m×120m的矩形。接地網(wǎng)深度同為0.8m，土壤電阻率為115Ω*m，接地網(wǎng)邊長總和同為320m，導(dǎo)體間距同為10m，激勵電流為8980A。通過CDGES軟件的MALT模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，得出接地電阻、接觸電壓和跨步電壓。圖2-160m×100m的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖表2-1不同面積的水平導(dǎo)體接地網(wǎng)的各項指標(biāo)邊長/m面積/m2接地電阻/Ω接觸電壓/V跨步電壓/V80×8064000.66151212.01177.170×9063000.66781290.66170.3560×10060000.67811323.41174.4350×11055000.69661383.38181.9540×12048000.72611481.95194.36圖2-2不同水平導(dǎo)體接地網(wǎng)面積下的接地電阻值 由圖2-2和表2-1可以知道，在接地網(wǎng)的邊長總和相同的情況下，接地網(wǎng)的總面積越大，接網(wǎng)的總接地電阻也會隨之下降。當(dāng)接網(wǎng)各個邊長相等，接地網(wǎng)為正方形的時候，接地電阻會降到最小值，此時的接地網(wǎng)面積也最大。因此在接地網(wǎng)設(shè)計中，盡可能保持面積最大，可以使接地電阻最小。圖1-3不同水平導(dǎo)體接地網(wǎng)面積下的接觸電壓圖1-4不同水平導(dǎo)體接地網(wǎng)面積下的跨步電壓由圖2-3和圖2-4和可以知道，在接地網(wǎng)的邊長總和相同的情況下，接地網(wǎng)的總面積越大，接網(wǎng)的接觸電壓和跨步電壓也會隨之下降。當(dāng)基地網(wǎng)各個邊長相等，接地網(wǎng)為正方形的時候，接觸電壓和跨步壓會降到最小值，此時的接網(wǎng)面積也最大。因此在接地網(wǎng)設(shè)計中，盡可能保持面積最大，可以使接觸電壓和跨步壓最小。水平導(dǎo)體埋地深度研究（Researchonburieddepthofhorizontalconductor）接地網(wǎng)掩埋深度對接地網(wǎng)的各項指標(biāo)有著極其重要的影響，同時接接地網(wǎng)的掩埋深度也關(guān)聯(lián)著工程的土方施工量。選擇合適的接地網(wǎng)掩埋深度，有利于優(yōu)化接地網(wǎng)相關(guān)參數(shù)和減少工程施工量。本節(jié)討論不同的接地網(wǎng)掩埋深度對接地網(wǎng)的接地電阻、接觸電壓和跨步電壓的影響。本文選擇的接地網(wǎng)掩埋深度為0.6m、0.8m、1m、1.2m和1.4m。接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)為邊長為80m的正方形，水平導(dǎo)體間距為10m，激勵電流為8980A，土壤電阻率為115Ω*m，接地網(wǎng)橫豎兩個方向的導(dǎo)體數(shù)量各有9根。通過CDGES軟件的MALT模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，得出接地電阻、接觸電壓和跨步電壓。圖2-5接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，此時掩埋深度為0.8m。表2-2不同掩埋深度的接地網(wǎng)的各項指標(biāo)掩埋深度/m接地電阻/Ω接觸電壓/V跨步電壓/V0.60.669311244.54208.090.80.661581212.01177.110.660641334.48160.41.20.657161378.04151.921.40.653981413.97143.99圖2-6不同掩埋深度接地網(wǎng)面積下的接地電阻 根據(jù)表2-2和圖2-6的結(jié)果可以觀察并得出結(jié)論。在接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)相同的情況下，接地網(wǎng)的深度越深接地網(wǎng)的接地電阻越小。并且接地網(wǎng)在0.6m的深度到0.8m的深度區(qū)間之內(nèi)，接地網(wǎng)的接地電阻降低幅度最為明顯，但接地網(wǎng)的接地電阻降低總量并不顯著。增加接地網(wǎng)的掩埋深度對降低接地電阻的作用不是很明顯。圖2-7不同掩埋深度接地網(wǎng)面積下的接觸電壓圖2-8不同掩埋深度接地網(wǎng)面積下的跨步電壓 觀察圖2-7和圖2-8可以得出結(jié)論，分析接地網(wǎng)掩埋深度對接觸電壓和跨步電壓的影響，可得出結(jié)論。隨著接地網(wǎng)深度的增加，接觸電壓會顯著上升，而跨步電壓會下降，并且下降趨勢會減緩?？梢赃M(jìn)一步得出結(jié)論，接地網(wǎng)的掩埋深度不宜過大，會導(dǎo)致接觸電壓的顯著升高，過大的掩埋深度也會明顯增加工程的土方施工量。水平導(dǎo)體間距研究（ResearchonHorizontalconductorspacing） 接地網(wǎng)的水平導(dǎo)體間距決定接地網(wǎng)導(dǎo)體的總長度，影響接地網(wǎng)建設(shè)的總的材料消耗以及工程的施工量。高密度的接地網(wǎng)意味著更好的接地性能，但是也有著更難高的成本。衡量接地網(wǎng)水平導(dǎo)體的間距對工程的性價比和接地網(wǎng)的性能是否達(dá)標(biāo)有著事關(guān)重要的影響。下文討論不同導(dǎo)體間距對接地網(wǎng)各項性能指標(biāo)的影響，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對比。 本文選擇接的地網(wǎng)導(dǎo)體間距為5m、8m、10m、16m和20m。采取控制變量法，除去接地網(wǎng)導(dǎo)體間距變化，其他因素固定。接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)為邊長80m的正方形，接地網(wǎng)埋地深度為0.8m，激勵電流為8980A，土壤電阻率為115Ω*m。通過CDGES軟件的MALT模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，得出接地電阻、接觸電壓和跨步電壓。圖2-9導(dǎo)體間距為8m的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖表2-3不同間距的水平導(dǎo)體的接地網(wǎng)的各項指標(biāo)導(dǎo)體間距/m接地電阻/Ω接觸電壓/V跨步電壓/V50.634661063.41176.0580.652701202.67169.09100.664581280.25169.1160.699491615.97191.17200.721981869.08217.03圖2-10不同間距的水平導(dǎo)體的接地網(wǎng)的接地電阻 通過觀察圖2-10和表2-3，可以得出結(jié)論。在接地網(wǎng)面積不變的情況下，接地網(wǎng)內(nèi)部的導(dǎo)體間距越小，接地網(wǎng)的接地電阻呈現(xiàn)線性減小。由此可見增加接地網(wǎng)的內(nèi)部導(dǎo)體密度或減小導(dǎo)體間距會比較明顯的減小接地電阻。在接地電阻達(dá)標(biāo)的情況下，選擇對應(yīng)的接地網(wǎng)內(nèi)部導(dǎo)體間距有利于節(jié)省工程材料成本。圖2-11不同間距的水平導(dǎo)體的接地網(wǎng)的接觸電壓圖2-12不同間距的水平導(dǎo)體的接地網(wǎng)的跨步電壓 觀察圖2-11和2-12，可以得出接地網(wǎng)的接觸電壓和跨步電壓與導(dǎo)體間距的關(guān)系結(jié)論。隨著接地網(wǎng)內(nèi)部導(dǎo)體間距的減小，接地網(wǎng)的接觸電壓也隨之減小。因此增加接地網(wǎng)導(dǎo)體密度或減小接地網(wǎng)導(dǎo)體間距會有效減小接地網(wǎng)的接觸電壓。隨著接地網(wǎng)內(nèi)部導(dǎo)體間距的減小，跨步電壓呈現(xiàn)出先減小和后增大的趨勢。在本文的接地網(wǎng)對比模型中，跨步電壓的最小值位于導(dǎo)體間距為8m到10m之間?？芍诮拥鼐W(wǎng)的設(shè)計中，為了防止跨步電壓的觸底反彈，不可讓接地網(wǎng)內(nèi)部的導(dǎo)體過于密集，使導(dǎo)體的間距過小。水平導(dǎo)體壓縮比研究（Researchonhorizontalconductorcompressionratio） 接地網(wǎng)導(dǎo)體可以按照固定間距排列，也可以按照不固定間距排列。本文探討研究不等間距豎屏排列導(dǎo)體的接地網(wǎng)對接地網(wǎng)的各項性能指標(biāo)有什么影響。這里的不固定間距排列指的是導(dǎo)體間距按一定指數(shù)分布，從中間到邊緣，導(dǎo)體間距越來越小的排列方式。稱為按照壓縮比排列導(dǎo)體的接地網(wǎng)。 按照壓縮比進(jìn)行導(dǎo)體排列，是指導(dǎo)體間距從接地網(wǎng)中心到邊緣，導(dǎo)體間的間距逐漸減小。其中兩個相鄰的導(dǎo)體間距，數(shù)值較小的間距為數(shù)值較大的間距的C倍。數(shù)值C就被成為壓縮比。圖2-13等間距分布的接地網(wǎng)與壓縮比為0.8分布的基地網(wǎng)接觸電壓對比 觀察圖2-13，對兩種情況進(jìn)行對比，可以看出按固定壓縮比導(dǎo)體分布的接地網(wǎng)相對于等間距導(dǎo)體分布的接地網(wǎng)，接觸電壓分布的更為均勻。均勻?qū)w間距的接地網(wǎng)接觸電壓為1280.25V，按固定壓縮比導(dǎo)體分布的接地網(wǎng)的接觸電壓為1212.01。按固定壓縮比導(dǎo)體分布四個角的最大值的接觸電壓也相對于均勻?qū)w分布的接地網(wǎng)的最大值接觸電壓有明顯的降低。圖2-14等間距分布的接地網(wǎng)與壓縮比為0.8分布的基地網(wǎng)跨步電壓對比 觀察圖2-14，對兩種情況進(jìn)行對比，可以看出按固定壓縮比導(dǎo)體分布的接地網(wǎng)相對于等間距導(dǎo)體分布的接地網(wǎng)，跨步電壓分布的更為均勻。均勻?qū)w間距的接地網(wǎng)跨步電壓為169.10V，按固定壓縮比導(dǎo)體分布的接地網(wǎng)的跨步電壓為177.10V。按固定壓縮比導(dǎo)體分布四個角的最大值的跨步電壓也相對于均勻?qū)w分布的接地網(wǎng)的最大值跨步電壓有明顯的降低。 由此可以的出結(jié)論，在材料成本不變，施工量不變的情況下，改變導(dǎo)體的分布位置，可以做到降低接地網(wǎng)的接觸電壓和跨步電壓的目的，從而優(yōu)化接地網(wǎng)的性能。 本文選擇接的接地網(wǎng)排列壓縮比分別為1、0.9、0.8、0.7和0.6。采取控制變量法，除去接地網(wǎng)壓縮比的變化，其他因素固定。接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)為邊長80m的正方形，接地網(wǎng)埋地深度為0.8m，激勵電流為8980A，土壤電阻率為115Ω*m，接地網(wǎng)橫豎兩個方向的導(dǎo)體的數(shù)量同為9根。通過CDGES軟件的MALT模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，得出接地電阻、接觸電壓和跨步電壓。表2-4不同壓縮比的接地網(wǎng)的各項指標(biāo)壓縮比接地電阻接觸電壓跨步電壓10.664581280.25169.100.90.662231246.09177.610.80.661581212.01177.100.70.659911166.40185.050.60.658861112.37198.91圖2-15不同壓縮比的接地網(wǎng)的接地電阻 通給分析表2-4和圖2-15，可以得出導(dǎo)體排列壓縮比和接地網(wǎng)的接地電阻之間的關(guān)系。隨著接地導(dǎo)體排列壓縮比的減小，接地網(wǎng)的接地電阻也隨壓縮比不斷地減小。由此可見縮小壓縮比可降低接地網(wǎng)的接地電阻。圖2-16不同壓縮比的接地網(wǎng)的接觸電壓圖2-17不同壓縮比的接地網(wǎng)的跨步電壓 觀察圖2-16和圖2-17，可以得出接地網(wǎng)的接觸電壓和跨步電壓與壓縮比的關(guān)系結(jié)論。隨著接地網(wǎng)內(nèi)部導(dǎo)體間距壓縮比的減小，接地網(wǎng)的接觸電壓也隨之減小。因此增加接地網(wǎng)邊緣導(dǎo)體密度會有效減小接地網(wǎng)的接觸電壓。隨著接地網(wǎng)內(nèi)部導(dǎo)體間距的減小，跨步電壓大致呈現(xiàn)出減小的趨勢，中間有些許波動。根據(jù)本文的接地網(wǎng)壓縮比對比模型?？芍诮拥鼐W(wǎng)的設(shè)計中，為了減低接觸電壓和跨步電壓，優(yōu)化接地網(wǎng)性能能，可以適當(dāng)增加接地網(wǎng)邊緣的導(dǎo)體密度，使地網(wǎng)的接觸電壓和跨步電壓分布均勻，降低各自的電壓最大值。水平附加斜角導(dǎo)體研究（Researchonhorizontaladditionalbevelconductors） 水平接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅僅可以對接地網(wǎng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，還可以附加其他導(dǎo)體進(jìn)行針對性的優(yōu)化。本文再次選擇在矩形接地網(wǎng)的死角附加四根傾斜的水平柱狀導(dǎo)體。圖2-18四角未添加附加導(dǎo)體的接地網(wǎng)接觸電壓分布情況圖2-19在四角添加斜向附加導(dǎo)體的接地網(wǎng)接觸電壓分布情況通過對比圖2-18和圖2-19的接觸電壓分布情況，可以得出相應(yīng)的結(jié)論。在矩形接地網(wǎng)中，接觸電壓最高點在四角上，所以可以進(jìn)行針對性的增加附加導(dǎo)體優(yōu)化。因為四角的接觸電壓最大，所以在四角上添加四條斜向的水平柱狀導(dǎo)體。觀察添加導(dǎo)體后的接地網(wǎng)接觸電壓色塊圖，可以看出四角的接觸電壓有大幅度降低?？梢缘贸鼋Y(jié)論，在四角添加導(dǎo)體，可以大幅度優(yōu)化矩形接地網(wǎng)的性能指標(biāo)。本文選擇接的水平斜向附加導(dǎo)體長度分別為5m、10m、15m、20m和25m。采取控制變量法，除去接地網(wǎng)壓縮比的變化，其他因素固定。接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)為邊長80m的正方形，接地網(wǎng)埋地深度為0.8m，激勵電流為8980A，土壤電阻率為115Ω*m，接地網(wǎng)橫豎兩個方向的導(dǎo)體的數(shù)量同為9根。通過CDGES軟件的MALT模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，得出接地電阻、接觸電壓和跨步電壓。表2-5不同斜角導(dǎo)體長度的接地網(wǎng)的各項指標(biāo)斜角導(dǎo)體長度接地電阻接觸電壓跨步電壓50.655801089.6148.42100.644811023.15141.13150.63182974.91134.53200.61860929.25128.43250.60477892.40123.29圖2-20不同斜角導(dǎo)體長度的接地網(wǎng)的接地電阻 通過觀察表2-5和圖2-20可以得出結(jié)論，隨著四角斜向附加導(dǎo)體的長度不斷增加，接地網(wǎng)的接地電阻也隨之不斷減小。而且隨著導(dǎo)體長度的增加，在增加胸痛導(dǎo)體長度的情況下，接地電阻減少的量也越來越多?？梢缘贸?，在不改變接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)的情況下，增加附加導(dǎo)體可以有效降低接地網(wǎng)的接地電阻，但也會增大工程施工量和施工難度。因此要懸著合適的附加導(dǎo)體長度，使接地網(wǎng)工程的性價比達(dá)到最大化。圖2-21不同斜角導(dǎo)體長度的接地網(wǎng)的接觸電壓圖2-22不同斜角導(dǎo)體長度的接地網(wǎng)的跨步電壓 圖2-21和圖2-22為附加斜向?qū)w長度與接地網(wǎng)接觸電壓和跨步電壓的曲線圖。觀察兩幅圖可以總結(jié)出結(jié)論。隨著斜角斜向?qū)w長度的增加，接地網(wǎng)的接觸電壓隨之降低，降低幅度較原來的接觸電壓較大?？梢钥闯鲈黾咏拥鼐W(wǎng)斜角附加導(dǎo)體的長度會有效降低接地網(wǎng)的接觸電壓水平。隨著接地網(wǎng)斜角斜向?qū)w長度的增加，接地網(wǎng)的跨步電壓也隨之降低，降級幅度較原來的跨步電壓較大?？梢钥闯?，在接地網(wǎng)肆角俯角斜向水平導(dǎo)體，會有效降低接地網(wǎng)的跨步電壓水平。 在實際工程中，矩形接地網(wǎng)的四個角落一般為為接觸電壓和跨步電壓的最高點，所以本節(jié)在四角處附加了水平導(dǎo)體，根據(jù)圖表可以看出，接觸電壓和跨步電壓大大降低，并且接地電阻也有一定的降幅。由此可以得知，針對接地網(wǎng)的局部過高電壓，可以通過在高電壓處附加額外的導(dǎo)體進(jìn)行改良，以達(dá)到降低電壓，優(yōu)化接地網(wǎng)性功能指標(biāo)的目的。本章小結(jié)（Chaptersummary） 本章對接地網(wǎng)的視屏方向的接地導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和研究，討論的主要因素包括接接地網(wǎng)的面積、地網(wǎng)的內(nèi)部導(dǎo)體排列間距、接地網(wǎng)內(nèi)部導(dǎo)體排列的壓縮比、接地網(wǎng)的掩埋深度和接地網(wǎng)的四角斜向水平附加導(dǎo)體的長度。本章針對上訴因素進(jìn)行了針對性的研究，通過控制單一變量法，對上述因素進(jìn)行了仿真結(jié)果分析。通過CDEGS軟件的MALT模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真運(yùn)算，得出了改變各個因素時，接地網(wǎng)的接地電阻、接觸電壓和跨步電壓三大指標(biāo)。通過對比接地網(wǎng)的三項指標(biāo)的變化趨勢，可以得出各項因素對于接地網(wǎng)性能的影響，為接下來的接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計方案提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和針對性的優(yōu)化方向。接地網(wǎng)垂直導(dǎo)體研究設(shè)計3Researchanddesignofgroundinggridverticalconductor 接地網(wǎng)設(shè)計經(jīng)常通過對接地網(wǎng)附加垂直接地導(dǎo)體來降低接地電阻和提高接地網(wǎng)安全性能。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障的時候，垂直附加接地極可以分散水平的接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)導(dǎo)體的故障電流，故障電流可以通過垂直導(dǎo)體更快和更均勻地流向大地。所以可以讓接地網(wǎng)的接觸電壓和接觸電壓有比較明顯的降幅。本章對垂直接地導(dǎo)體的布置方式、垂直導(dǎo)體的長度和附加導(dǎo)體與水平面的夾角進(jìn)行分析，以得到垂直接地導(dǎo)體對接地網(wǎng)性能提升最大的布置方式、長度和角度。垂直附加導(dǎo)體布置方式研究（Researchonthelayoutofverticaladditionalconductors） 要研究附加垂直接地導(dǎo)體對接地網(wǎng)的安全性能指標(biāo)的影響，用控制變量法對接地網(wǎng)的附加垂直導(dǎo)體布置方式進(jìn)行研究。本節(jié)的接地網(wǎng)水平主體接地導(dǎo)體結(jié)構(gòu)面積為6400m2，導(dǎo)體間距為10m，埋地深度為0.8m，垂直附加導(dǎo)體長度為10m，激勵電流為8980A，土壤電阻率為115Ω*m。本節(jié)研究的接地網(wǎng)垂直附加導(dǎo)體布置方式有以下幾種：無垂直附加導(dǎo)體；在接地網(wǎng)四個角有垂直附加導(dǎo)體；在接地網(wǎng)四周邊緣有垂直附加導(dǎo)體；在接地網(wǎng)整個底部有垂直附加導(dǎo)體。圖3-1附加垂直導(dǎo)體的三種情況情況一：無垂直附加導(dǎo)體圖3-2無附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)的接觸電壓分布情況圖3-3無附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)的跨步電壓分布情況 在沒有附加垂直導(dǎo)體的情況下，接地網(wǎng)的接觸電壓為1280.25V，接地網(wǎng)的跨步電壓為169.10V。情況二：四角布置垂直附加導(dǎo)體圖3-4四角附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)的接觸電壓分布情況圖3-5四角附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)的跨步電壓分布情況 在四角附加接地導(dǎo)體的情況下，接地網(wǎng)接觸電壓為981.31V，接地網(wǎng)的跨步電壓為136.02V。情況三：四周邊緣布置垂直導(dǎo)體圖3-6四周邊緣附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)的接觸電壓分布情況圖3-7四周邊緣附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)的跨步電壓分布情況在四周邊緣附加接地導(dǎo)體的情況下，接地網(wǎng)接觸電壓為703.82V，接地網(wǎng)的跨步電壓為114.51V。情況四：整個底部布置垂直導(dǎo)體圖3-8底部附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)的接觸電壓分布情況圖3-9底部附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)的跨步電壓分布情況在四角附加接地導(dǎo)體的情況下，接地網(wǎng)接觸電壓為637.26V，接地網(wǎng)的跨步電壓為99.58V。表3-1垂直導(dǎo)體布置方式對接地網(wǎng)的性能的影響布置方式接地電阻/Ω接觸電壓/V跨步電壓/V無垂直導(dǎo)體0.661581212.01177.10四角0.64722981.31136.02四周0.60162703.82114.51底部0.58404636.2699.58 觀察表3-1可以得知，三種附加垂直導(dǎo)體的布置方式的接地網(wǎng)對比無附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)，接地電阻、接觸電壓和跨步電壓均有一定程度的下降。四角附加垂直接地導(dǎo)體的接地網(wǎng)，接觸電壓降低幅度為19.03%，跨步電壓降幅為23.19%；四周邊緣附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)，接觸電壓降低幅度為41.92%，跨步電壓降幅為35.34%；底部附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)，接觸電壓降低幅度為47.50%，跨步電壓降幅為43.77%?？梢钥吹?，在接地網(wǎng)底部加上附加垂直導(dǎo)體，會最大限度的降低接觸電壓和跨步電壓，但在底部全鋪上導(dǎo)體，會大大增加工程施工量和工程材料成本。所以綜合考慮性能提升和施工成本之間的關(guān)系。找到具有最佳性價比的方案。以上數(shù)據(jù)可以看出，在接地網(wǎng)的四角和邊緣處附加垂直導(dǎo)體，具有最佳的性價比。垂直附加導(dǎo)體長度研究（Researchonthelengthofverticaladditionalconductor） 本文的上一小節(jié)討論研究了附加垂直導(dǎo)體布置方式對接地網(wǎng)性能的影響，本節(jié)要討論研究附加的垂直導(dǎo)體長度對接地網(wǎng)的性能影響。探究不同附加垂直導(dǎo)體長度對接地網(wǎng)的接地電阻、接觸電壓和跨步電壓的影響。 本節(jié)的研究方法為控制變量法，變量為附加垂直導(dǎo)體的長度。接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)為邊長為80m的正方形，水平導(dǎo)體間距為10m，激勵電流為8980A，土壤電阻率為115Ω*m，附加垂直導(dǎo)體位置位于基地網(wǎng)的四角處。通過CDGES軟件的MALT模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，得出接地電阻、接觸電壓和跨步電壓。表3-2垂直導(dǎo)體長度對接地網(wǎng)的性能的影響導(dǎo)體長度/m接地電阻/Ω接觸電壓/V跨步電壓/V50.656891069.37147.41100.64722981.31136.02150.63582924.37127.78200.62366873.11120.81250.61096836.25115.32圖3-10垂直導(dǎo)體長度對接地網(wǎng)的接地電阻的影響 根據(jù)以上的圖3-10和表3-2來看，可以得出結(jié)論。增加接地網(wǎng)的附加垂直導(dǎo)體長度，接地網(wǎng)的接地電阻也隨之呈現(xiàn)出下降趨勢。增加附加垂直導(dǎo)體長度可以有效降低接地電阻，設(shè)計時可以通過增加垂直導(dǎo)體長度來降低接地電阻，但要在符合工程要求的情況下，考慮降低經(jīng)濟(jì)上的性價比。圖3-11垂直導(dǎo)體長度對接地網(wǎng)的接觸電壓的影響根據(jù)圖3-11來看，可以得出結(jié)論。增加接地網(wǎng)的附加垂直導(dǎo)體長度，接地網(wǎng)的接觸電壓也隨之呈現(xiàn)出下降趨勢。增加附加垂直導(dǎo)體長度可以有效降低接觸電壓，設(shè)計時可以通過增加垂直導(dǎo)體長度來降低接觸電壓，但要在符合工程要求的情況下，考慮降低經(jīng)濟(jì)上的性價比。圖3-12垂直導(dǎo)體長度對接地網(wǎng)的跨步電壓的影響根據(jù)圖3-12來看，可以得出結(jié)論。增加接地網(wǎng)的附加垂直導(dǎo)體長度，接地網(wǎng)的跨步電壓也隨之呈現(xiàn)出下降趨勢。增加附加垂直導(dǎo)體長度可以有效降低跨步電壓，設(shè)計時可以通過增加垂直導(dǎo)體長度來降低跨步電壓，但要在符合工程要求的情況下，考慮降低經(jīng)濟(jì)上的性價比。附加導(dǎo)體與水平面角度研究（Researchonadditionalconductorsandhorizontalplaneangles） 在本文的上一章節(jié)的最后小節(jié)，討論了水平的附加斜角導(dǎo)體的長度對接地網(wǎng)的安全性的優(yōu)化情況。并得出結(jié)論在接地網(wǎng)的四角附加水平的斜向?qū)w，會使接地網(wǎng)的接地電阻、接觸電壓和跨步電壓均有比較明顯的下降。本節(jié)將要討論的附加斜角導(dǎo)體不局限于水平面，而是與水平面呈一定夾角的斜向附加導(dǎo)體。圖3-13俯視圖圖3-14側(cè)視圖 圖3-13和圖3-14展示了本節(jié)的接地網(wǎng)模型。在接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)和附加導(dǎo)體長度不變的情況下，改變附加導(dǎo)體與水平面的夾角，研究改變夾角對接地網(wǎng)的接地電阻、接觸電壓和跨步電壓的影響。 接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)為邊長為80m的正方形，水平導(dǎo)體間距為10m，激勵電流為8980A，土壤電阻率為115Ω*m，附加垂直導(dǎo)體位置位于基地網(wǎng)的四角處，附加導(dǎo)體長度為10m。通過CDGES軟件的MALT模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，得出接地電阻、接觸電壓和跨步電壓。表3-3附加導(dǎo)體與水平面角度對接地網(wǎng)的性能的影響角度接地電阻/Ω接觸電壓/V跨步電壓/V00.644811023.15141.13300.642771000.2138.38450.64315995.61137.81600.64409991.61137.31900.64722981.31136.02+圖3-15附加導(dǎo)體與水平面角度對接地網(wǎng)的接地電阻的影響 根據(jù)表3-3和圖3-15來看，可以得出結(jié)論。增加接地網(wǎng)的附加導(dǎo)體與水平面的角度，接地網(wǎng)的接地電阻呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢。本模型的轉(zhuǎn)折點在30°到40°之間，選擇適當(dāng)?shù)慕嵌瓤梢宰畲蟪潭鹊亟档徒拥鼐W(wǎng)的接地電阻。在設(shè)計時根據(jù)具體的模型，再結(jié)合實際情況，選擇可以最大程度降低接地電阻的角度，已達(dá)到最好的優(yōu)化效果。圖3-16附加導(dǎo)體與水平面角度對接地網(wǎng)的接觸電壓的影響根據(jù)圖3-16來看，可以得出結(jié)論。增加接地網(wǎng)的附加導(dǎo)體與水平面的角度，接地網(wǎng)的接觸電壓呈現(xiàn)出先下降的趨勢，但是降低速度先較大再較小。本模型的降低速度轉(zhuǎn)折點在30°到40°之間。由上文可知，導(dǎo)體與水平面夾角超過40°，會使接地電阻上升。設(shè)計時要考慮角度過大時對接地電阻的提升，要根據(jù)具體模型選擇合適的角度，以達(dá)到優(yōu)化接地網(wǎng)性能的目的。圖3-17附加導(dǎo)體與水平面角度對接地網(wǎng)的跨步電壓的影響根據(jù)圖3-17表來看，可以得出結(jié)論。增加接地網(wǎng)的附加導(dǎo)體與水平面的角度，接地網(wǎng)的跨步電壓呈現(xiàn)出先下降的趨勢，但是降低速度先較大再較小。本模型的降低速度轉(zhuǎn)折點在30°到40°之間。由上文可知，導(dǎo)體與水平面夾角超過40°，會使接地電阻上升。設(shè)計時要考慮角度過大時對接地電阻的提升，要根據(jù)具體模型選擇合適的角度，以達(dá)到優(yōu)化接地網(wǎng)性能的目的。本章小結(jié)（Chaptersummary） 為接地網(wǎng)增加垂直接地導(dǎo)體，是優(yōu)化接地網(wǎng)安全性能和降低接地的電阻的有效方法。為接地網(wǎng)附加垂直導(dǎo)體可以均勻擴(kuò)散接地網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)水平接地導(dǎo)體的泄露電流，讓接地電流更加快速，更加均勻的流向大地。因此，可以讓接地網(wǎng)的接地電阻、接觸電壓和跨步電壓有效下降。通過總結(jié)可以得出以下結(jié)論：相比于不垂直導(dǎo)體，具有附加垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)，接地電阻、接觸電壓和跨步電壓具有明顯的降幅。四角、邊緣和底部三種布置方式，對接地網(wǎng)的性能優(yōu)化程度依次增加。在四角和邊緣布置垂直接地導(dǎo)體，最具有性價比。在整個底部布置垂直導(dǎo)體，雖然性能優(yōu)化程度最大，但是施工量和材料成本激增，改造的性價比較低。隨著垂直接地導(dǎo)體長度的增加，接地網(wǎng)的接地電阻、接觸電壓和跨步電壓三項指標(biāo)均有明顯的下降。在設(shè)計中，綜合工程成本和接地網(wǎng)優(yōu)化程度，選擇垂直導(dǎo)體的長度。隨著俯角導(dǎo)體與水平面夾角的角度增加，接地網(wǎng)的接地電阻先下降后上升，接觸電壓和跨步電壓則是一直下降。綜合考慮，最佳角度為接地電阻最小時的角度，過大的角度會使接地電阻快速上升。接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計方案4Optimaldesignschemeofgroundinggrid 上面兩個章節(jié)討論了接地網(wǎng)的水平導(dǎo)體優(yōu)化設(shè)計和接地網(wǎng)垂直導(dǎo)體優(yōu)化設(shè)計。本章節(jié)展示根據(jù)上兩個章節(jié)的出的結(jié)論成果設(shè)計的接地網(wǎng)應(yīng)用模型。 本章基于一個110kV變電站的土壤模型和系統(tǒng)故障電流建立仿真設(shè)計模型。變電站的土壤電阻率為115Ω*m，變電站的接地裝置的入地電流為8.89kA，變電站接地網(wǎng)最大施工面積為9296m2。以上條件為基礎(chǔ)設(shè)計符合安全要求的接地網(wǎng)。接地電阻模型（Groundresistancemodel） 建立接地網(wǎng)系統(tǒng)模型，首先要確定接地網(wǎng)的土壤模型。利用工程提供的土壤電阻率，用CDEGS軟件包當(dāng)中的RESAP模塊進(jìn)行土壤模型的建立。圖4-1土壤模型 圖4-1為RESAP模塊建立的土壤模型。根據(jù)我國的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計接地網(wǎng)的時候，僅考慮單層土壤接結(jié)構(gòu)和面積對接地網(wǎng)的影響。所以本文的設(shè)計選擇的土壤模型為單層均勻土壤，土壤的電阻率設(shè)為給定的115Ω*m。以此為土壤模型，進(jìn)行接地網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計。激勵模型設(shè)計（Excitationmodeldesign） 在接地網(wǎng)設(shè)計的時候，要確定具體的設(shè)備故障入地電流。只有設(shè)定入地電流，軟件才能進(jìn)行對接地系統(tǒng)的接觸電壓和跨步電壓的數(shù)值模擬。圖4-2入地電流激勵模型 圖4-2為入地電流的模型設(shè)計。主接地的激勵選擇電流接地類型，接地系統(tǒng)激勵的電流幅值選擇變電站工程給定的8980A。以此接地系統(tǒng)激勵作為接下來設(shè)計的依據(jù)。安全要求（Safetyrequirements） 設(shè)計接地網(wǎng)的目的是保護(hù)人員安全和設(shè)備安全，所以接地網(wǎng)的安全指標(biāo)不能超過人體的安全電壓極限。在CDEGS軟件中，可以生成安全報告。安全報告可以模擬在各種情況下，接地網(wǎng)在保證人體安全的前提下最大的接觸電壓和跨步電壓。所以設(shè)計的接地網(wǎng)的最大接觸電壓和最大跨步電壓，不能超過安全報告所要求的接觸電壓和跨步電壓，否則，設(shè)計的接地網(wǎng)在發(fā)生故障電流泄露的時候，可能會對變電站的工作人員造成觸電事故。 變電站的故障清除時間最常見的為0.5s，所以安全報告的故障清除時間選擇也為0.5s，如果變電站的實際故障清除時間較少，接地網(wǎng)的安全性能會進(jìn)一步提升。我國電力系統(tǒng)的交流電頻率50赫茲，所以安全報告的頻率也設(shè)定為50赫茲。本模型的土壤電阻率為115Ω*m，所以安全報告的次表層土壤電阻率也選擇115Ω*m。圖4-3無高阻表層的安全報告 圖4-3為接地網(wǎng)在無絕緣表層的情況下的安全報告。本文的接地網(wǎng)模型在沒有設(shè)置絕緣表層的情況下，安全的接觸電壓值為182.3V，安全的跨步電壓值為265.6V。圖4-4表層為6英寸1000Ω*m電阻率土壤的安全報告 圖4-4為接地網(wǎng)在有絕緣表層的情況下的安全報告，絕緣層的厚度為6英寸，絕緣層的土壤電阻率為1000Ω*m。本文的接地網(wǎng)模型在設(shè)置絕緣表層的情況下，安全的接觸電壓值為350.9，安全的跨步電壓值為940.2V。 由以上可以看出，在增加了表面絕緣層的情況下，安全報告對接地網(wǎng)的安全性能要求大大降低。因此，可以通過在工程中通過覆蓋高阻層，從而提升對接地網(wǎng)模型的最大接觸電壓值和最大跨步電壓值得要求，從而使設(shè)計達(dá)標(biāo)。接地網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計（Designofgroundinggridsystem） 本節(jié)根據(jù)工程要求，提供接地網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計方案，并逐步優(yōu)化接地網(wǎng)，讓接地網(wǎng)的安全性能符合工程要求。 工程要求變電站接地網(wǎng)最大施工面積為9296m2。根據(jù)水平導(dǎo)體接地網(wǎng)面積研究小節(jié)得出的結(jié)論，在邊長總和相同的情況下，接地網(wǎng)的面積越大，接地網(wǎng)的接地電阻和安全性能指標(biāo)就越好。所以初步擬定接地網(wǎng)的水平導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為80m*80m的正方形接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)水平導(dǎo)體埋地深度研究小節(jié)得出的結(jié)論，接地網(wǎng)埋地深度達(dá)到0.8m之后，雖然接觸電壓和跨步電壓會繼續(xù)減小，但是接地電阻的優(yōu)化效果會大打折扣?？紤]到增加埋地深度對工程施工量的影響，擬定接地網(wǎng)的埋地深度為0.8m。根據(jù)水平導(dǎo)體間距研究小節(jié)得出的結(jié)論，接地網(wǎng)水平導(dǎo)體間距縮小會使接地網(wǎng)的接觸電壓和接地電阻不斷下降，但是在8m到10m的區(qū)間，跨步電壓最小，增大或減小間距都會使跨步電壓上升。綜合考慮，接地網(wǎng)的導(dǎo)體間距擬定為10m，橫豎兩個方向各有九根導(dǎo)體。圖4-5接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖4-6接地網(wǎng)接觸電壓分布和跨步電壓分布 根據(jù)圖4-5和圖4-6，可以看出擬定的接地網(wǎng)的接觸電壓的分布情況和跨步電壓的分布情況。接觸電壓的分布情況是邊緣和四角的電壓值過高，跨步電壓的分布情況是邊緣和四角的電壓值過高。接觸電壓的最大值為1280.24V，跨步電壓的最大值為169.10V，接地電阻為0.66458Ω?？梢钥闯鼋拥鼐W(wǎng)模型的接觸電壓過高，大于安全報告的最大值。所以需要對接地網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。 根據(jù)水平導(dǎo)體壓縮比研究小節(jié)得出的結(jié)論，讓接地網(wǎng)導(dǎo)體間距按一定的指數(shù)由中間向邊緣逐漸減小，會有效改善接地網(wǎng)的電壓中間低邊緣高的分布狀況。又因為壓縮比過小會導(dǎo)致跨步電壓快速上升，所以壓縮比的數(shù)值不宜過低，以免使跨步電壓過高。經(jīng)過調(diào)試壓縮比數(shù)值選擇為0.82時，既會改善接觸電壓分布狀況，降低最大接觸電壓，也不會使跨步電壓過度升高。圖4-7不等間距分布方式的接地網(wǎng)的接觸電壓分布和跨步電壓分布 觀察圖4-7可以看出，接觸電壓的分布更加均勻，最大接觸電壓值有所下降，但跨步電壓的最大值有所上升。優(yōu)化后的接觸電壓為1220.16V，跨步電壓為175.96V，接地電阻為0.63451Ω。經(jīng)過優(yōu)化后的接地網(wǎng)的接觸電壓不符合安全報告的最大值，要繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。由接觸電壓分布圖可以看出，接地網(wǎng)的接觸電壓最高值分布在接地網(wǎng)的四角。 根據(jù)垂直附加導(dǎo)體布置方式研究小節(jié)得出的結(jié)論，在接地網(wǎng)的四角附加垂直接地導(dǎo)體，可以針對性的減小接地網(wǎng)四角的接觸電壓值。這里根據(jù)以上結(jié)論，在接地網(wǎng)的四角設(shè)置四根垂直接地導(dǎo)體，垂直接地導(dǎo)體的長度選定為15m。圖4-8增加四角垂直導(dǎo)體的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖4-9增加四角垂直導(dǎo)體的接觸電壓分布和跨步電壓分布 根據(jù)圖4-8和圖4-9可以得出結(jié)論，在接地網(wǎng)增加了四角的附加垂直導(dǎo)體，可以顯著降低接觸電壓和跨步電壓。接觸電壓優(yōu)化前的數(shù)值為1220.16V，優(yōu)化后為767.80V，接觸電壓最大值較優(yōu)化之前有大幅的降低?？绮诫妷簝?yōu)化前的數(shù)值為175.96V，優(yōu)化后為129.96V，跨步電壓最大值較優(yōu)化之前有大幅的降低。接地網(wǎng)的接地電阻為0.64352Ω。 雖然優(yōu)化了接觸電壓分布，但接觸電壓仍然達(dá)不到安全值要求的最大接觸電壓值。根據(jù)上圖的結(jié)局電壓分布圖，可以看出接觸電壓的最高值分布在接地網(wǎng)的邊緣。根據(jù)接地網(wǎng)垂直導(dǎo)體研究設(shè)計章節(jié)得出的結(jié)論，可以根據(jù)接地網(wǎng)的電壓分布做出針對性優(yōu)化。接觸電壓的最高值在接地網(wǎng)邊緣分布，那么可以針對性的在接地網(wǎng)的邊緣附加導(dǎo)體進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)附加導(dǎo)體與水平面角度研究章節(jié)得出的結(jié)論，可以知道隨著導(dǎo)體與水平面的角度增大，接觸電壓和跨步電壓減小，但是接地電阻會先減小后增大。所以選擇適當(dāng)?shù)慕嵌瓤梢宰龅郊茸龅綔p小接地電阻，又做到接觸電壓和跨步電壓。所以針對接地網(wǎng)的優(yōu)化為在接地網(wǎng)的邊緣附加接地導(dǎo)體，導(dǎo)體間距為10m，與水平面的夾角為30°，長度為15m。圖4-10增加邊緣附加導(dǎo)體的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖4-11增加邊緣導(dǎo)體的接觸電壓分布和跨步電壓分布 由圖4-11可以看出接觸電壓和跨步電壓的分布情況。接地網(wǎng)的接觸電壓呈現(xiàn)出中間高邊緣低的特點。接觸電壓為410.50V，跨步電壓為83.21V，接地電阻為0.53377Ω。可以看出接地網(wǎng)的接觸電壓依舊不符合接地網(wǎng)的安全報告的接觸電壓的最大值，需要繼續(xù)優(yōu)化。根據(jù)垂直附加導(dǎo)體布置方式研究章節(jié)得出的結(jié)論，根據(jù)接地網(wǎng)的電壓分布情況針對性的附加導(dǎo)體可以有效對接地網(wǎng)的性能進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)觀察到的接地網(wǎng)接觸電壓中間過過高的情況，所處針對性的優(yōu)化。所以在接地網(wǎng)的中間附加十字形狀排列的垂直附加導(dǎo)體，以降低接地網(wǎng)中間過高的接觸電壓值。針對性的優(yōu)化為在接地網(wǎng)中間以十字形狀排列附加垂直導(dǎo)體，導(dǎo)體間距10m，導(dǎo)體長度為15m。圖4-12增加中間附加導(dǎo)體的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖4-13增加中間附加導(dǎo)體的接觸電壓分布和跨步電壓分布 根據(jù)圖4-13來看，可以得出結(jié)論。接地網(wǎng)的接觸電壓分布狀態(tài)更加平均，相較于優(yōu)化上一步的接觸電壓有明顯的降低。接地網(wǎng)在有絕緣表層的情況下，安全的接觸電阻最大值為350.9V。優(yōu)化后接地網(wǎng)模型的最大接觸電壓為371.51V，相對于接地網(wǎng)安全接觸電壓最大值350.9V還是較高，需要繼續(xù)優(yōu)化，降低接觸電壓。 繼續(xù)增加附加導(dǎo)體會繼續(xù)增加工程施工量，而且接觸電壓已經(jīng)接近安全報告要求的最大值?；谝陨系那闆r考慮，確定下一步的優(yōu)化方案為增加水平導(dǎo)體的數(shù)量和密度。接地網(wǎng)原來的水平導(dǎo)體數(shù)量為橫豎方向各位9根導(dǎo)體，這里橫豎方向各增加一根導(dǎo)體，為橫豎方向各位10根導(dǎo)體。這樣不會明顯增加施工量，還會減低接地網(wǎng)的接觸電壓、跨步電壓和接地電阻。圖4-14增加導(dǎo)體密度的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖4-15增加導(dǎo)體密度的接觸電壓分布和跨步電壓分布 根據(jù)圖4-15可以看出，接地網(wǎng)粉接觸電壓和跨步電壓分布相較于一開始，分布更加均勻，電壓最大值有大幅降低，優(yōu)化效果明顯。最終設(shè)計方案的接觸電壓最大值為322.53V，跨步電壓最大值為69.19V，接地電阻為0.52441Ω。接觸電壓和跨步電壓都小于接地網(wǎng)有絕緣表層的安全報告的接觸電壓350.9V和跨步電壓940.2V，符合安全報告。接地網(wǎng)在不覆蓋絕緣表層的安全報告的接觸電壓為182.3V，跨步電壓為265.6V。接地網(wǎng)的最終方案顯然不符合無絕緣表層的安全報告要求，接地網(wǎng)的接觸電壓過大。 相較于無絕緣表層的安全報告，有絕緣表層的安全報告，接觸電壓的耐受值更大。施工6英寸的絕緣沙土相比于繼續(xù)更改接地網(wǎng)，更具有性價比。所以本文選定在接地網(wǎng)的土壤表層覆蓋6英寸的土壤電阻率大于1000Ω*m的土壤，以滿足接地網(wǎng)的安全要求。本章小結(jié)（Chaptersummary） 工程提供的條件為土壤電阻率為115Ω*m，故障入地總電流為8980A，施工面積不超過9296m2。最終的接地網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計方案安全性能達(dá)標(biāo)，接地網(wǎng)接地電阻為0.52441Ω，接觸電壓為322.53V，跨步電壓為69.19V。接地網(wǎng)絕緣表層選擇厚度為6英寸（15.24cm）土壤電阻率超過1000Ω*m的砂石。接地網(wǎng)故障診斷5Faultdiagnosisofgroundingnetwork 隨著變電站的工作時間增加，變電站接地網(wǎng)也會隨之發(fā)生導(dǎo)體腐蝕或?qū)w斷裂。當(dāng)接地導(dǎo)體發(fā)生腐蝕或斷裂時，接地網(wǎng)便不能正常運(yùn)行，這種現(xiàn)象被稱為接地網(wǎng)故障。因此接地網(wǎng)的故障要及時被發(fā)現(xiàn)和清除，本文的這一章節(jié)研究接地網(wǎng)故障的診斷方法。探測方式研究（Researchondetectionmode） 本節(jié)確定接地網(wǎng)故障的診斷方式，對比各種診斷方法的優(yōu)缺點。目前的接地網(wǎng)故障真的短方法主要有以下幾種方法：通過大規(guī)模開挖的方法確定接地網(wǎng)的故障位置；通過測量接地網(wǎng)的電阻確定接地網(wǎng)的故障位置；通過測量接地網(wǎng)的電位確定接地網(wǎng)的故障位置；通過測量接地網(wǎng)的磁場確定接地網(wǎng)的故障位置。通過大規(guī)模開挖的接地網(wǎng)來確定接地網(wǎng)故障位置的方法是較為傳統(tǒng)的方法。開挖接地網(wǎng)的方法比價簡單，對故障位置的診斷比較直觀精確。但是大規(guī)模開挖接地網(wǎng)需要大規(guī)模施工，工程移動的土方量很大，修理完土方回填也需要很多工時，費時費力，沒有針對性，會長時間影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行。所以大規(guī)模開挖接地網(wǎng)的方法有很大的缺點。通過測量接地接地網(wǎng)的電阻來確定接地網(wǎng)故障位置的方法相對于大規(guī)模開挖的方法，較開挖的方法，相對節(jié)省時省力。但是根據(jù)圖5-1可以看出，隨著接地網(wǎng)故障部位腐蝕程度的變化，接地電阻的變化非常微弱。所以測量接地電阻來確定接地網(wǎng)故障的方法因為接地網(wǎng)接地的電阻變化較小，分析和測量比較困難。圖5-1接地電阻與腐蝕程度的關(guān)系 通過測量接地網(wǎng)的電位確定接地網(wǎng)的故障位置的方法是測量變電站土壤表面電壓來診斷接地網(wǎng)故障，具有省時省力的特點。但是根據(jù)圖5-2可以看出故障位置的電壓只有在接地網(wǎng)完全腐蝕斷裂時才會具有明顯的變化。所以通過測量接地網(wǎng)的電位確定接地網(wǎng)的故障位置的方法不具有預(yù)警性，測量信號比較明顯的情況下，接地網(wǎng)可能已經(jīng)斷裂，不具有測量腐蝕程度的性能。圖5-2表面電壓與腐蝕程度的關(guān)系通過測量接地網(wǎng)的磁場確定接地網(wǎng)的故障位置的方法是測量變電站接地網(wǎng)土壤表面的磁場強(qiáng)度診斷接地網(wǎng)故障，同樣具有省時省力的特點。根據(jù)圖5-3來看接地網(wǎng)的腐蝕程度與基地網(wǎng)故障部位的磁場去強(qiáng)度大致呈現(xiàn)出線性變化，而且變化幅度較大，接地網(wǎng)完全斷裂時，磁場強(qiáng)度接近0mT。所以可以知道通過測量接地網(wǎng)的磁場確定接地網(wǎng)的故障位置的方法不用對土方進(jìn)行施工，腐蝕程度與磁場強(qiáng)度具有一定的線性關(guān)系，對接地網(wǎng)斷裂有預(yù)警作用。圖5-3磁場強(qiáng)度X軸分量與腐蝕程度的關(guān)系 綜合上述情況來看，本文選擇測量接地網(wǎng)的磁場強(qiáng)度作為診斷接地網(wǎng)故障的方法。故障情況下接地網(wǎng)磁場情況分析（Analysisofmagneticfieldofgroundinggridunderfaultcondition） 上一小節(jié)經(jīng)過情況分析，最終確定的基地網(wǎng)故障診斷方式為探測接地網(wǎng)的土壤表面的磁場，根據(jù)磁場的強(qiáng)弱分析接地網(wǎng)的故障腐蝕程度。確定了以磁場為依據(jù)的分析方法，所以本章主要討論研究的是在不同的故障腐蝕情況下，接地網(wǎng)磁場的分布情況，總結(jié)相關(guān)規(guī)律。圖5-4故障診斷接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖 本章節(jié)用到的接地網(wǎng)模型為圖所示。接地網(wǎng)為80m*80m的矩形接地網(wǎng)，接地網(wǎng)內(nèi)部導(dǎo)體間距為10m，接地網(wǎng)埋地深度為0.8m。設(shè)定五種接地網(wǎng)故障狀態(tài)，分析五種接地網(wǎng)故障狀態(tài)的接地網(wǎng)磁場強(qiáng)度。五種故障情況為以下狀態(tài)： （1）于x=40，y=0處施加30A的激勵源，于x=40，y=30-50處設(shè)置導(dǎo)體腐蝕故障； （2）于x=40，y=0處施加30A的激勵源，于x=10，y=30-50處設(shè)置導(dǎo)體腐蝕故障；（3）于x=10，y=0處施加30A的激勵源，于x=40，y=30-50處設(shè)置導(dǎo)體腐蝕故障；（4）于x=10，y=0處施加30A的激勵源，于x=10，y=30-50處設(shè)置導(dǎo)體腐蝕故障；（5）于x=40，y=0處和x=10，y=0處施加30A的激勵源，于x=30，y=30-50處設(shè)定導(dǎo)體腐蝕故障。圖5-5觀測線分布 圖5-5為接地網(wǎng)的觀測線分布。設(shè)置的導(dǎo)體故障位置為y=30-50，觀測線設(shè)置為3條，觀測線的位置分別為y=35、y=40和y=45。為了避免電網(wǎng)的頻率干擾，探測磁場的頻率選為60赫茲。這三條觀測線設(shè)置在故障導(dǎo)體的范圍內(nèi)，可以有效檢測故障導(dǎo)體的磁場變化。下文探討五種情況的磁場強(qiáng)度和導(dǎo)體腐蝕剩余半徑占比之間的關(guān)系。圖5-6情況（1）時接地網(wǎng)完好時和故障部分腐蝕一半時的磁場分布情況 圖5-6為情況（1）時的接地網(wǎng)完整時和故障部分腐蝕一半時的磁場分布情況?？梢钥闯龉收喜课坏拇艌鲇忻黠@的下降，接地網(wǎng)完整時的故障部位（x=40，y=30-50）磁場強(qiáng)度X軸分量為0.187mT，故障部分腐蝕到一半時的磁場強(qiáng)度X軸分量為0.0814mT。兩者相比有較大幅度的下降。圖5-7情況（1）時腐蝕程度與磁場強(qiáng)度的關(guān)系 圖5-7為情況（1）時接地網(wǎng)的磁場強(qiáng)度與腐蝕程度的關(guān)系圖，可以看出隨著接地網(wǎng)故障部分腐蝕程度的增大，磁場強(qiáng)度也隨之減小到很接近0的數(shù)值，兩者也呈現(xiàn)出比較明顯的線性關(guān)系。圖5-8情況（2）時接地網(wǎng)完好時和故障部分腐蝕一半時的磁場分布情況 圖5-8為情況（2）時的接地網(wǎng)完整時和故障部分腐蝕一半時的磁場分布情況?？梢钥闯龉收喜课坏拇艌鲇忻黠@的下降，接地網(wǎng)完整時的故障部位（x=10，y=30-50）磁場強(qiáng)度X軸分量為0.064607mT，故障部分腐蝕到一半時的磁場強(qiáng)度X軸分量為0.027931mT。兩者相比有較大幅度度的下降。圖5-9情況（2）時腐蝕程度與磁場強(qiáng)度的關(guān)系圖5-9為情況（2）時接地網(wǎng)的磁場強(qiáng)度與腐蝕程度的關(guān)系圖，可以看出隨著接地網(wǎng)故障部分腐蝕程度的增大，磁場強(qiáng)度也隨之減小到很接近0的數(shù)值，兩者也呈現(xiàn)出比較明顯的線性關(guān)系。圖5-10情況（3）時接地網(wǎng)完好時和故障部分腐蝕一半時的磁場分布情況圖5-10為情況（3）時的接地網(wǎng)完整時和故障部分腐蝕一半時的磁場分布情況?？梢钥闯龉收喜课坏拇艌鲇忻黠@的下降，接地網(wǎng)完整時的故障部位（x=40，y=30-50）磁場強(qiáng)度X軸分量為0.062224mT，故障部分腐蝕到一半時的磁場強(qiáng)度X軸分量為0.027467mT。兩者相比有較大幅度度的下降。圖5-11情況（3）時腐蝕程度與磁場強(qiáng)度的關(guān)系圖5-11為情況（3）時接地網(wǎng)的