CN111239473B - 垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***，包括罗氏线圈电流传感器、应急警报灯、声音报警***、投影仪和***控制电路；***控制电路包括直流电源模块、信号处理模块、运算放大模块与无线发送模块；直流电源模块、信号处理模块、运算放大模块顺序连接；直流电源模块包括太阳能板、锂离子电池和充放电控制电路；太阳能板、充放电控制电路分别与锂离子电池相连；信号处理模块还与罗氏线圈电流传感器、应急警报灯、投影仪、无线发送模块相连；运算放大模块的输出端与声音报警***相连。本发明通过计算人体可承受电流划分跨步电压危险区域，在存在故障时进行声音报警，并在根据危险等级进行投影。

Description

垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***

技术领域

本发明属于电力***接地分析技术领域，具体涉及一种垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***。

背景技术

电力能源在人类社会生活中扮演着重要角色，电力需求与经济之间有着紧密的联系，而配电网是电力***中重要的组成部分，其事故大概占电力***总事故的90％，而单相接地短路故障是配电网中最为常见的故障形式。发生单相接地短路故障后，可能会在短路点周围造成较大的短路电流，而且短路电流在周围土壤散流可能还会使得附近地面的跨步电压较大，威胁到居民的生命安全。

解决配网单相断线接杆塔故障一直是一项难题。目前国内外已有许多针对的单相接地故障的研究，主要集中在人体电阻模型、中性点接地方式等等，而缺乏不同土壤结构(例如垂直分层土壤)下对跨步电压和接触电压分布计算以及对人身安全的评估方法的研究。为保障工作人员以及当地居民生命安全，迫切需要一种智能风险评估方法，以对故障区域内危险等级进行划分，并及时发出安全警报。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***，包括罗氏线圈电流传感器、应急警报灯、声音报警***、投影仪和***控制电路；

所述的***控制电路包括直流电源模块、信号处理模块、运算放大模块与无线发送模块；

直流电源模块、信号处理模块、运算放大模块顺序连接；

所述的直流电源模块包括太阳能板、锂离子电池和充放电控制电路；

太阳能板、充放电控制电路分别与锂离子电池相连；

信号处理模块还与罗氏线圈电流传感器、应急警报灯、投影仪、无线发送模块相连；

运算放大模块的输出端与声音报警***相连。

进一步，优选的是，还包括壳体；太阳能板安装在壳体的右侧；投影仪安装在壳体的正下方，与壳体的底部相连；应急警报灯和无线发送模块安装在壳体外顶部；声音报警***安装在壳体的前表面的下部。

进一步，优选的是，投影仪通过固定杆与壳体的底部相连；固定杆的上端通过螺丝三和螺丝四与壳体的底部固定连接；固定杆的下端通过螺丝一和螺丝二与投影仪固定连接。

进一步，优选的是，还包括角钢型紧固件一与角钢型紧固件二，角钢型紧固件一与角钢型紧固件二均安装在壳体左侧。

在安全区域时，人基本无法感受到电流；在四等危险区域，虽然难以忍受，但对肌肉影响不大；在三等危险区域内，人体会感觉到很痛并且出现肌肉收缩并导致呼吸困难；在二等危险区域内，人体会出现呼吸抑制，产生永久性损伤；在一等危险区域内，人体会出现心室颤动、心脏停止，并且可能会致死。

进一步，优选的是，投影仪根据第三步采用不同颜色投影显示五个区域，从而实现对线路存在断线接杆塔时的周围区域地表电位的计算以及分等级的警报。

本发明同时提供一种垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估的方法，采用上述垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、计算故障时接地极土壤区域任意一点P_m的电位值V_Pm：

设该评估***所固定的杆塔的十字接地装置的总周长为L，将十字接地装置分成n段大小一致的导体，设第j段导体的泄漏电流为I_j，其长度为L_j，则在杆塔周围地表任意点P_m产生的电位V_Pm为：

式中，R_Tj为第j段导体的接触电阻；R_Pmj为互电阻，数值等于在第j段导体施加单位电流时P_m点的电位；g是计算点个数；c为修正系数；

R_Tj＝12.2182h₀ ^0.76·ρ₀ ^0.85·In(ρ₁) (2)

式中，ρ₁为该杆塔附近左侧土壤的电阻率；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率；h₀为接触层厚度；

直角坐标系下左侧土壤区域互电阻为：

右侧土壤区域互电阻为：

式(3)、(4)中，以十字形接地装置几何中心为坐标原点，Z轴垂直地面向下，X轴平行于输电线指向用户端，从天空往地表看Y轴为X轴逆时针旋转90 °；沿着X轴对土壤进行垂直划分，其中X轴负方向的一侧为左侧土壤，正方向的为右侧土壤，H为接地装置几何中心到分界面的距离；(x_j,y_j,z_j)为第j段导体中心点的坐标；(x_m,y_m,z_m)为地面任意一点P_m的坐标；(x_mj’,y_mj’,z_mj’,z_mj1’)＝(x_m-x_j, y_m-y_j,z_m-z_j,z_m+z_j)；ρ₂为右侧土壤的电阻率；H_j为第j段导体的中心点到分界面距离；

第二步、用地表任意相距1m的两点P、Q的电位差计得流过人体的电流值 I_P：

式(6)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位值；R_in为人体内部电阻；R₀为人体皮肤电阻；b为人体等效接地半径；ρ为P、Q两点的平均电阻率；

式(7)中，(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)分别为以十字接地装置几何中心为坐标原点的P、Q两点坐标；D为P、Q两点到十字接地装置中心距离的最大值；

第三步、根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D₁；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂； I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；

当I_P>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险；当25<I_P<100mA，即D₁< D<D₂时，该区域为二等危险；当6<I_P<25mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险；当1<I_P<6mA，即D₃<D<D₄时，该区域为四等危险；当I_P<1mA，即D>D₄时，该区域为安全区域。

进一步，优选的是，c值通过以下算法进行计算：

①初始化：设置进化代数计数器u＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成 50个不同c值作为初始群体P(0)；

②个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pm是点P_m的真实样本计算电位；

③遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，进行选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

④若u≤G，则u＝u+1，转到步骤②；若u＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算。

进一步，优选的是，投影仪(106)根据第三步采用不同颜色投影显示五个区域。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1)能对垂直分层土壤周围区域地表电位进行计算；

2)计算通过人体电流时充分考虑到人体等值电路以及接触电阻的影响；

3)通过计算人体可承受电流划分跨步电压危险区域；

4)通过本发明***能在存在故障时进行声音报警，并在根据危险等级进行投影。

附图说明

图1是本发明使用时的结构示意图；

图2是本发明的垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***的结构示意图；

图3是本发明的***控制电路的结构示意图；

其中，1、杆塔一；2、杆塔二；3、杆塔三；4、输电线一；5、输电线二； 6、断线一；7、断线二；8、输电线三；9、输电线四；10、输电线五；11、十字接地装置一；12、十字接地装置二；13、十字接地装置三；14、右侧土壤；1 5、风险评估***；16、左侧土壤；100、壳体；101、罗氏线圈电流传感器；10 2、角钢型紧固件一；103、角钢型紧固件二；104、应急警报灯；105、声音报警***；106、投影仪；107、太阳能板；108、无线发送模块；109、固定杆；1 10、螺丝一；111、螺丝二；112、螺丝三；113、螺丝四；200、***控制电路； 201、直流电源模块；202、信号处理模块；203、锂离子电池；204、充放电控制电路；205、运算放大模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图2和图3所示，垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***，包括罗氏线圈电流传感器101、应急警报灯104、声音报警***105、投影仪106和***控制电路200；

所述的***控制电路200包括直流电源模块201、信号处理模块202、运算放大模块205与无线发送模块108；

直流电源模块201、信号处理模块202、运算放大模块205顺序连接；

所述的直流电源模块201包括太阳能板107、锂离子电池203和充放电控制电路204；

太阳能板107、充放电控制电路204分别与锂离子电池203相连；

信号处理模块202还与罗氏线圈电流传感器101、应急警报灯104、投影仪 106、无线发送模块108相连；

运算放大模块205的输出端与声音报警***105相连。

优选，还包括壳体100；太阳能板107安装在壳体100的右侧；投影仪106 安装在壳体100的正下方，与壳体100的底部相连；应急警报灯104和无线发送模块108安装在壳体100外顶部；声音报警***105安装在壳体100的前表面的下部。

优选，投影仪106通过固定杆109与壳体100的底部相连；固定杆109的上端通过螺丝三112和螺丝四113与壳体100的底部固定连接；固定杆109的下端通过螺丝一110和螺丝二111与投影仪106固定连接。

优选，还包括角钢型紧固件一102与角钢型紧固件二103，角钢型紧固件一 102与角钢型紧固件二103均安装在壳体100左侧。

一种垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估的方法，采用上述垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***，包括如下步骤：

第一步、计算故障时接地极土壤区域任意一点P_m的电位值V_Pm：

设该评估***所固定的杆塔的十字接地装置的总周长为L，将十字接地装置分成n段大小一致的导体，设第j段导体的泄漏电流为I_j，其长度为L_j，则在杆塔周围地表任意点P_m产生的电位V_Pm为：

式中，R_Tj为第j段导体的接触电阻；R_Pmj为互电阻，数值等于在第j段导体施加单位电流时P_m点的电位；g是计算点个数；c为修正系数；

R_Tj＝12.2182h₀ ^0.76·ρ₀ ^0.85·In(ρ₁) (2)

式中，ρ₁为该杆塔附近左侧土壤(图中为左下方)的电阻率；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率；h₀为接触层厚度；

直角坐标系下左侧土壤区域互电阻为：

右侧土壤区域互电阻为：

式(3)、(4)中，以十字形接地装置几何中心为坐标原点，Z轴垂直地面向下，X轴平行于输电线指向用户端，从天空往地表看Y轴为X轴逆时针旋转90 °；沿着X轴对土壤进行垂直划分，其中X轴负方向的一侧为左侧土壤，正方向的为右侧土壤，H为接地装置几何中心到分界面的距离；(x_j,y_j,z_j)为第j段导体中心点的坐标；(x_m,y_m,z_m)为地面任意一点P_m的坐标；(x_mj’,y_mj’,z_mj’,z_mj1’)＝(x_m-x_j, y_m-y_j,z_m-z_j,z_m+z_j)；ρ₂为右侧土壤的电阻率；H_j为第j段导体的中心点到分界面距离；

c值通过以下算法进行计算：

①初始化：设置进化代数计数器u＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成 50个不同c值作为初始群体P(0)；

②个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pm是点P_m的真实样本计算电位；

③遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，采用MATLAB默认的选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

④若u≤G，则u＝u+1，转到步骤②；若u＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算；

第二步、用地表任意相距1m的两点P、Q的电位差计得流过人体的电流值 I_P：

式(6)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位值；R_in为人体内部电阻；R₀为人体皮肤电阻；b为人体等效接地半径；ρ为P、Q两点的平均电阻率；

式(7)中，(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)分别为以十字接地装置几何中心为坐标原点的P、Q两点坐标；D为P、Q两点到十字接地装置中心距离的最大值；

第三步、根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D₁；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂； I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；

当I_P>100mA即D<D₁时，该区域为一等危险；当25<I_P<100mA即D₁<D< D₂时，该区域为二等危险；当6<I_P<25mA即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险；当1<I_P<6mA即D₃<D<D₄时，该区域为四等危险；当I_P<1mA即D>D₄时，该区域为安全区域。

投影仪根据第三步采用不同颜色投影显示五个区域，从而实现对线路存在断线接杆塔时的周围区域地表电位的计算以及分等级的警报。

应用实例

如图1所示，杆塔一1、杆塔二2、杆塔三3的塔脚分别通过十字接地装置一11、十字接地装置二12、十字接地装置三13接地，杆塔一1、杆塔二2与杆塔三3之间存在输电线一4、输电线二5、输电线三8、输电线四9与输电线五 10使其两两连接；

输电线五10为输电线路正常的A相，断线一6、断线二7为输电线路断线工况下的A相，断线二7短接于杆塔二2，短路电流经杆塔二2和十字接地装置二12流入大地，断线一6处于悬空状态，输电线一4和输电线三8为输电线路正常的B相，输电线二5和输电线四9为输电线路正常的C相；

如图2所示，风险评估***15包括壳体100、罗氏线圈电流传感器101、应急警报灯104、声音报警***105、投影仪106和***控制电路200；

所述的***控制电路200包括直流电源模块201、信号处理模块202、运算放大模块205与无线发送模块108；

直流电源模块201、信号处理模块202、运算放大模块205顺序连接；

所述的直流电源模块201包括太阳能板107、锂离子电池203和充放电控制电路204，共同为本发明风险评估***15供电；

太阳能板107、充放电控制电路204分别与锂离子电池203相连；

信号处理模块202还与罗氏线圈电流传感器101、应急警报灯104、投影仪 106、无线发送模块108相连；

运算放大模块205的输出端与声音报警***105相连。

太阳能板107安装在壳体100的右侧；投影仪106安装在壳体100的正下方，与壳体100的底部相连；应急警报灯104和无线发送模块108安装在壳体1 00外顶部；声音报警***105安装在壳体100的前表面的下部。锂离子电池20 3、充放电控制电路204、信号处理模块202、运算放大模块205安装在壳体10 0内。

投影仪106通过固定杆109与壳体100的底部相连；固定杆109的上端通过螺丝三112和螺丝四113与壳体100的底部固定连接；固定杆109的下端通过螺丝一110和螺丝二111与投影仪106固定连接。即投影仪106悬挂在壳体1 00的正下方；

还包括角钢型紧固件一102与角钢型紧固件二103，角钢型紧固件一102与角钢型紧固件二103均安装在壳体100左侧，并固定在杆塔二2上。

罗氏线圈电流传感器101绑定在杆塔二2的塔脚处，向信号处理模块202 传输入地电流信号；信号处理模块202处理来自罗氏线圈电流传感器101的电流信号，输出信号通过应急警报灯104进行光报警；通过运算放大模块205与声音报警***105进行声报警；通过投影仪106在地面上投射出多个圆环区域表示不同等级的危险区域；通过无线发送模块108上传故障数据文件；

信号处理模块202用于根据罗氏线圈电流传感器101采集的数据采用权利要求1所述的垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估方法进行计算；之后根据计算结果，通过投影仪106在地面上投影出各个区域进行警示；

运算放大模块205用于将信号处理模块202传来的信号进行放大处理，之后通过声音报警***105进行声音报警；

计算故障时接地极土壤区域任意一点P_m的电位值V_Pm：

当架空线路短接到杆塔二2时，其故障电流会沿着杆塔二2及其十字接地装置二12，散流到垂直分层的右侧土壤14和左侧土壤16中，十字接地装置二 12的总周长为L，将接地装置分成n段大小一致的导体，设第j段导体的泄漏电流为I_j，其长度为L_j，则在杆塔二2周围地表任意点P_m产生的电位V_Pm为：

式中，R_Tj为第j段导体的接触电阻，单位为Ω；R_Pmj为互电阻，数值等于在第j段导体施加单位电流时P点的电位，单位为Ω；g是计算点个数；c为修正系数；

R_Tj＝12.2182h₀ ^0.76·ρ₀ ^0.85·In(ρ₁) (9)

式中，ρ₁为杆塔二2附近左侧土壤16的电阻率，单位为Ω·m；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率，单位为Ω·m；h₀为接触层厚度，单位为m；

设土壤的左边为电流源，则直角坐标系下左侧土壤互电阻为：

右侧土壤区域互电阻为：

式(10)、(11)中，以十字形接地装置几何中心为坐标原点，Z轴垂直地面向下，X轴平行于输电线指向用户端，从天空往地表看Y轴为X轴逆时针旋转 90°；沿着X轴对土壤进行垂直划分，其中X轴负方向的一侧为左侧土壤，正方向的为右侧土壤，H为接地装置几何中心到分界面的距离；(x_j,y_j,z_j)为第j段导体中心点的坐标；(x_m,y_m,z_m)为地面任意一点P_m的坐标；(x_mj’,y_mj’,z_mj’,z_mj1’)＝(x_m- x_j,y_m-y_j,z_m-z_j,z_m+z_j)；ρ₂为右侧土壤14的电阻率，单位为Ω·m；H_j为第j段导体的中心点到分界面的距离，单位为m；

c值通过以下算法进行计算：

①初始化：设置进化代数计数器u＝0，设置最大进化代数G＝100，随机生成 50个不同c值作为初始群体P(0)；

②个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pm是点P_m的真实样本计算电位；

③遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，采用MATLAB默认的选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

④若u≤G，则u＝u+1，转到步骤②；若u＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算；

用地表任意相距1m的两点P、Q的电位差计得流过人体的电流值I_P：

式(13)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位值，单位为V；R_in为人体内部电阻，其值约为500Ω；R₀为人体皮肤电阻，单位为Ω；b＝0.08(m)为人体等效接地半径；ρ为P、Q两点的平均电阻率，单位为Ω·m；式(14)中，(x₁,y ₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)分别为以十字接地装置二12几何中心为坐标原点的P、Q两点坐标；D为P、Q两点到十字接地装置二12中心距离的最大值，单位为m；

根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D₁；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂； I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；

当I_P>100mA，即D<D₁时，该区域为一等危险；当25<I_P<100mA，即D₁< D<D₂时，该区域为二等危险；当6<I_P<25mA，即D₂<D<D₃时，该区域为三等危险；当1<I_P<6mA，即D₃<D<D₄时，该区域为四等危险；当I_P<1mA，即D>D₄时，该区域为安全区域。

设置L＝0.8m，n＝8，I_j＝80A，ρ₀＝500Ω·m，ρ₁＝100Ω·m，ρ₂＝500Ω·m，h₀＝0.0015m，g＝30，设置十字接地装置二的几何中心为(0,0,0.5),垂直分层界面为x ＝10，计算得到30个点的V_Pm并利用算法计算后得到参数c的值为c＝0.7709，选取P、Q两点的坐标为(3,0,0)与(4,0,0)，计算可得R_Tj＝79.105517276115150 Ω，V_P＝386.403009026654V，V_Q＝308.692369534800V，假设R_in＝500Ω、R₀＝250 Ω、b＝0.08m，I_P＝59.208106279507824mA，D＝4m。由25<I_P<100mA，该区域为二等危险区域。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估的方法，其特征在于，采用垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***；

所述的垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***，包括罗氏线圈电流传感器(101)、应急警报灯(104)、声音报警***(105)、投影仪(106)和***控制电路(200)；

所述的***控制电路(200)包括直流电源模块(201)、信号处理模块(202)、运算放大模块(205)与无线发送模块(108)；

直流电源模块(201)、信号处理模块(202)、运算放大模块(205)顺序连接；

所述的直流电源模块(201)包括太阳能板(107)、锂离子电池(203)和充放电控制电路(204)；

太阳能板(107)、充放电控制电路(204)分别与锂离子电池(203)相连；

信号处理模块(202)还与罗氏线圈电流传感器(101)、应急警报灯(104)、投影仪(106)、无线发送模块(108)相连；

运算放大模块(205)的输出端与声音报警***(105)相连；

包括如下步骤：

第一步、计算故障时接地极土壤区域任意一点P_m的电位值V_Pm：

设该评估***所固定的杆塔的十字接地装置的总周长为L，将十字接地装置分成n段大小一致的导体，设第j段导体的泄漏电流为I_j，其长度为L_j，则在杆塔周围地表任意点P_m产生的电位V_Pm为：

式中，R_Tj为第j段导体的接触电阻；R_Pmj为互电阻，数值等于在第j段导体施加单位电流时P_m点的电位；g是计算点个数；c为修正系数；

R_Tj＝12.2182h₀ ^0.76·ρ₀ ^0.85·In(ρ₁) (2)

式中，ρ₁为该杆塔附近左侧土壤的电阻率；由于接地装置与土壤之间不完全紧密接触，存在土壤颗粒与空气间隙组成的接触层，ρ₀为接触层电阻率；h₀为接触层厚度；

直角坐标系下左侧土壤区域互电阻为：

右侧土壤区域互电阻为：

式(3)、(4)中，以十字形接地装置几何中心为坐标原点，Z轴垂直地面向下，X轴平行于输电线指向用户端，从天空往地表看Y轴为X轴逆时针旋转90°；沿着X轴对土壤进行垂直划分，其中X轴负方向的一侧为左侧土壤，正方向的为右侧土壤，H为接地装置几何中心到分界面的距离；(x_j，y_j，z_j)为第j段导体中心点的坐标；(x_m，y_m，z_m)为地面任意一点P_m的坐标；(x_mj’，y_mj’，z_mj’，z_mj1’)＝(x_m-x_j，y_m-y_j，z_m-z_j，z_m+z_j)；ρ₂为右侧土壤的电阻率；H_j为第j段导体的中心点到分界面距离；

第二步、用地表任意相距1m的两点P、Q的电位差计得流过人体的电流值I_P：

式(6)中，V_P、V_Q分别为P、Q两点的电位值；R_in为人体内部电阻；R₀为人体皮肤电阻；b为人体等效接地半径；ρ为P、Q两点的平均电阻率；

式(7)中，(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)分别为以十字接地装置几何中心为坐标原点的P、Q两点坐标；D为P、Q两点到十字接地装置中心距离的最大值；

第三步、根据人体可承受电流划分跨步电压危险区域：

当I_P＝100mA时，对应P、Q两点计算D＝D1；同理当I_P＝25mA时，D＝D₂；I_P＝6mA时，D＝D₃；I_P＝1mA时，D＝D₄；当I_P＞100mA，即D＜D₁时，该区域为一等危险；当25＜I_P＜100mA，即D₁＜D＜D₂时，该区域为二等危险；当6＜I_P＜25mA，即D₂＜D＜D₃时，该区域为三等危险；当1＜I_P＜6mA，即D₃＜D＜D₄时，该区域为四等危险；当I_P＜1mA，即D＞D₄时，该区域为安全区域。

2.根据权利要求1所述的垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估的方法，其特征在于，所述的垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估***还包括壳体(100)；太阳能板(107)安装在壳体(100)的右侧；投影仪(106)安装在壳体(100)的正下方，与壳体(100)的底部相连；应急警报灯(104)和无线发送模块(108)安装在壳体(100)外顶部；声音报警***(105)安装在壳体(100)的前表面的下部。

3.根据权利要求2所述的垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估的方法，其特征在于，投影仪(106)通过固定杆(109)与壳体(100)的底部相连；固定杆(109)的上端通过螺丝三(112)和螺丝四(113)与壳体(100)的底部固定连接；固定杆(109)的下端通过螺丝一(110)和螺丝二(111)与投影仪(106)固定连接。

4.根据权利要求2所述的垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估的方法，其特征在于，还包括角钢型紧固件一(102)与角钢型紧固件二(103)，角钢型紧固件一(102)与角钢型紧固件二(103)均安装在壳体(100)左侧。

5.根据权利要求1所述的垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估的方法，其特征在于，c值通过以下算法进行计算：

①初始化：设置进行代数计数器u＝0，设置最大进化数G＝100，随机生成50个不同c值作为初始群体P(0)；

②个体评价：依据下式计算群体中每个个体的适应度f(c)；

其中，V’_Pm是点P_m的真实样本计算电位；

③遗传运算：根据群体中每个个体的适应度，进行选择、交叉和变异操作，产生新一代的个体；

④若u≤G，则u＝u+1，转到步骤②；若u＞G，则以此进化过程中所得到的具有最大适应度的个体c作为最优解输出，终止计算。

6.根据权利要求1所述的垂直分层土壤下断线接杆塔故障跨步电压风险评估的方法，其特征在于，投影仪(106)根据第三步采用不同颜色投影显示五个区域。

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