CN113987874A - 一种接地装置的确定方法及接地装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接地装置的确定方法及接地装置。接地模块的布设确定方法包括：建立土壤模型和接地装置的模型，其中接地装置包括至少一个接地模块；改变接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，并根据接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离，计算接地装置的冲击接地阻抗；在冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，则确定最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为接地模块的布设参数。本发明达到了有效降低接地装置的冲击接地阻抗的效果。
Description
技术领域
本发明实施例涉及高压电技术领域，尤其涉及一种接地装置的确定方法及接地装置。
背景技术
高压输电线路在电力***中应用广泛，而高压输电线路在使用时容易受到雷击而引起故障，杆塔接地装置的散流性能对于防雷非常重要，所以接地装置对于防止高压输电线路故障具有重要意义，而有效降低杆塔接地电阻是改善输电线路直击雷保护效果的较为有效的措施。
在施工设计时通常采用不断增加杆塔接地极的长度的方法来降低杆塔的接地阻抗，但是由于雷电流的频率远高于电源频率，导致接地极的电感效应明显。由于接地导体的电感效应的影响，导体中的冲击电流很难向末端流动，大部分的电流都会在注入点附近流入大地。因此不断增加杆塔接地极的长度虽然能降低杆塔工频接地阻抗，但是并不能有效地减小杆塔接地装置的冲击接地阻抗。
发明内容
本发明提供一种接地装置的确定方法及接地装置，以实现有效降低接地装置的冲击接地阻抗。
第一方面，本发明实施例提供了一种接地模块的布设确定方法，接地模块的布设确定方法包括：
建立土壤模型和接地装置的模型，其中所述接地装置包括至少一个接地模块；
改变所述接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，并根据所述接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离，计算所述接地装置的冲击接地阻抗；
在所述冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，则确定所述最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为所述接地模块的布设参数。
可选地，改变所述接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，并根据所述接地装置中接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离，计算所述接地装置的冲击接地阻抗，包括：
设置所述距离的第一步长值和距离最大值；
设置所述数量的第二步长值；
根据所述第一步长值和所述距离最大值改变相邻所述接地模块之间的距离，计算各所述距离对应的所述接地装置的冲击接地阻抗；
在所述冲击接地阻抗中的最小值大于或等于所述预设冲击接地阻抗时，根据所述第二步长值改变所述接地模块的数量，计算所述接地模块的数量下，各所述距离对应的所述接地装置的冲击接地阻抗。
可选地，建立土壤模型和接地装置的模型包括：
根据当前地区的土壤电阻率分布，建立土壤模型；
根据接地装置的材质参数建立接地装置的模型。
可选地，计算所述接地装置的冲击接地阻抗，包括：
将所述接地装置分为多个导体段和多个节点；
依据所述接地装置的初始电气参数和结构形式建立等效电路，其中，所述初始电气参数包括接地装置的导体半径、磁导率和电阻率；
根据所述等效电路计算注入单位电流时每个导体段的轴向电流和每个节点处的漏电流；
确定所有导体段的漏电流在注入单位电流导体段处产生的电位；
根据所述电位和所述单位电流确定所述冲击接地阻抗。
可选地，依据所述接地装置的初始电气参数和结构形式建立等效电路包括：
根据所述导体段的导体内阻抗和导体段的轴向电流确定所述导体段的内表面电场的切向分量；
根据每段导体段的轴向电流在所述导体段上产生的矢量磁位的轴向分量和每个节点的漏电流在所述导体段上产生的标量电位确定所述导体段的外表面电场的切向分量；
根据所述导体段的内表面电场的切向分量与所述导体段的外表面电场的切向分量之间的关系建立关系式；
根据所述关系式确定所述接地装置的等效电路。
可选地，在根据所述等效电路计算注入单位电流时每个导体段的轴向电流和每个节点处的漏电流之前，还包括：
计算所述接地装置的等效半径。
可选地，在所述冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，则确定所述最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为所述接地模块的布设参数之后，还包括：
根据所述接地模块的布设参数制作接地装置测试样品；
将所述接地装置测试样品进行冲击接地阻抗测试试验，将所述测试试验的测试结果与圆钢接地装置的测试结果进行对比。
第二方面，本发明实施例还提供了一种接地装置，该接地装置包括：至少一个接地模块，所述接地模块的布设参数由第一方面任意所述的接地模块的布设确定方法确定；
所述接地模块包括接地体和金属电极，其中所述接地体包括非金属材料；
所述接地模块与杆塔的接地端电连接。
可选地，所述接地模块分布于所述杆塔的四周。
可选地，所述接地模块包括长方体或圆柱体。
本发明通过建立土壤模型和接地装置的模型，改变接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，并根据接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离，计算接地装置的冲击接地阻抗，在冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，表明最小值对应的接地装置可以大大减小冲击接地阻抗，可以在发生雷击时快速将雷电流释放到大地，即可确定最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为接地模块的布设参数，从而可以布设出更有效的接地装置，从而可以有效降低接地装置的冲击接地阻抗，从而可以确保设备和人员的安全。本发明解决了不断增加杆塔接地极的长度虽然能降低杆塔工频接地阻抗，但是并不能有效地减小杆塔接地装置的冲击接地阻抗的问题，达到了有效降低接地装置的冲击接地阻抗的效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种接地模块的布设确定方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的又一种接地模块的布设确定方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的又一种接地模块的布设确定方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的导体电流分布示意图；
图5是本发明实施例提供的导体段内外表面电场切向分量示意图；
图6是本发明实施例提供的接地装置的等效电路的示意图；
图7是本发明实施例提供的接地装置等效物理模型的示意图；
图8是本发明实施例提供的又一种接地模块的布设确定方法的流程图；
图9是本发明实施例提供的一种接地装置的结构示意图；
图10是本实施例提供的现有的圆钢接地装置在冲击时的电流和电压波形图；
图11是本实施例提供的未经接地模块的布设确定方法进行设计的接地装置在冲击时对应的电流和电压波形图；
图12是本实施例提供的经过接地模块的布设确定方法进行设计的接地装置在冲击时对应的电流和电压波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种接地模块的布设确定方法的流程图，参见图1，接地模块的布设确定方法包括：
S110、建立土壤模型和接地装置的模型，其中接地装置包括至少一个接地模块。
其中，土壤模型例如是指输电线路的杆塔所在地的土壤模型，接地装置包括至少一个接地模块，接地模块的结构例如是在金属外包覆非金属外壳，接地模块由导电性、稳定性较好的非金属材料和防腐金属电极组成，采用压铸法成型，使低电阻非金属材料与防腐金属电极形成紧密稳固的接触，扩大金属电极的导电面积，由于接地模块本体材料电感效应小，因此在合理布置使用的情况下，可以降低杆塔接地装置冲击接地阻抗，并可以有效解决金属接地体在酸性或碱性土壤中亲合力差、且易发生金属体表面锈蚀而使接地电阻变化等问题。接地装置与杆塔的接地端连接，接地装置可以使得输电线路防雷击，具有保护输电线路和杆塔的作用。建立土壤模型和接地装置的模型，有利于对接地装置进行分析，从而计算接地装置的冲击接地阻抗，根据接地装置的冲击接地阻抗便于确定接地模块的布设参数，例如确定接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离。
S120、改变接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，并根据接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离，计算接地装置的冲击接地阻抗。
具体地，改变接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，计算各数量和各距离对应的接地装置的冲击接地阻抗，例如可以先改变相邻接地模块之间的距离，计算各距离对应的接地装置的冲击接地阻抗，当冲击接地阻抗中的最小值大于或等于预设冲击阻抗时，再改变接地装置中接地模块的数量，计算改变后的接地模块的数量下，各距离对应的接地装置的冲击接地阻抗。
S130、在冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，则确定最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为接地模块的布设参数。
具体地，预设冲击接地阻抗例如为杆塔的接地装置可接受的最大冲击阻抗，当冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，表明最小值对应的接地装置可以大大减小冲击接地阻抗，可以在发生雷击时快速将雷电流释放到大地，即可确定最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为接地模块的布设参数，从而可以布设出更有效的接地装置，从而可以有效降低接地装置的冲击接地阻抗，从而可以确保设备和人员的安全。因此，根据接地模块的布设确定方法可以设计出有效降低冲击接地阻抗的接地装置，可以对接地装置的布设参数进行优化，使得接地模块的布设更加科学，避免了设计人的主观因素造成的材料浪费，降低了施工成本。
本实施例的技术方案，通过建立土壤模型和接地装置的模型，改变接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，并根据接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离，计算接地装置的冲击接地阻抗，在冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，表明最小值对应的接地装置可以大大减小冲击接地阻抗，可以在发生雷击时快速将雷电流释放到大地，即可确定最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为接地模块的布设参数，从而可以布设出更有效的接地装置，从而可以有效降低接地装置的冲击接地阻抗，从而可以确保设备和人员的安全。本实施例的技术方案解决了不断增加杆塔接地极的长度虽然能降低杆塔工频接地阻抗，但是并不能有效地减小杆塔接地装置的冲击接地阻抗的问题，达到了有效降低接地装置的冲击接地阻抗的效果。
在上述实施方案的基础上，本实施方案是对上述实施方案中S120的进一步细化，图2是本发明实施例提供的又一种接地模块的布设确定方法的流程图，可选地，参见图2，接地模块的布设确定方法包括：
S210、建立土壤模型和接地装置的模型，其中接地装置包括至少一个接地模块。
S220、设置距离的第一步长值和距离最大值。
具体地，单根线上相邻接地模块之间的距离的初始值例如为1m，可以减小接地模块之间的电磁屏蔽作用，有利于降低冲击接地阻抗，当距离过小时，相邻接地模块之间的电磁屏蔽较大，阻抗较大。距离的第一步长值例如为0.5m，也可以为0.1m，具体可以根据实际情况进行确定，例如根据计算精度进行确定，这里并不进行限定。距离最大值例如为10m，可以有效利用散流面积，不会因为距离过大而浪费接地装置的有效散流面积。通过设置距离的第一步长值和距离最大值，可以得出多个距离参数，从而计算不同距离对应的接地装置的冲击接地阻抗。
S230、设置数量的第二步长值。
具体地，单根线上接地模块的初始数量例如为0，也可以为1，数量的第二步长值例如为1，通过设置数量的第二步长值，可以计算不同数量下，不同距离对应的接地装置的冲击接地阻抗。
S240、根据第一步长值和距离最大值改变相邻接地模块之间的距离，计算各距离对应的接地装置的冲击接地阻抗。
具体地，先根据第一步长值和距离最大值改变相邻接地模块之间的距离，从而得出所有的距离值，从而可以计算各距离对应的接地装置的冲击接地阻抗，以便于根据冲击接地阻抗确定最优的距离参数。
S250、在冲击接地阻抗中的最小值大于或等于预设冲击接地阻抗时，根据第二步长值改变接地模块的数量，计算接地模块的数量下，各距离对应的接地装置的冲击接地阻抗。
具体地，确定各距离对应的接地装置的冲击接地阻抗中的最小值，当最小值大于或等于预设冲击接地阻抗时，表明当前的接地模块的数量不能使得冲击接地阻抗达到安全限值标准，所以根据第二步长值改变接地模块的数量，改变后的接地模块数量例如为接地模块的数量与第二步长值之和，然后计算改变后的接地模块数量下，各距离对应的接地装置的冲击接地阻抗，直到计算出的各距离对应的接地装置的冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗。
S260、在冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，则确定最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为接地模块的布设参数。
在上述实施方案的基础上，图3是本发明实施例提供的又一种接地模块的布设确定方法的流程图，可选地，参见图3，接地模块的布设确定方法包括：
S310、根据当前地区的土壤电阻率分布，建立土壤模型。
具体地，可以通过电磁探测法获得杆塔所在地区的表层和深层的土壤电阻率分布，建立土壤模型。土壤模型中还可以包含其他土壤参数，此处并不进行限定。
S320、根据接地装置的材质参数建立接地装置的模型。
具体地，可以根据杆塔接地装置参数和雷电流参数建立接地装置的模型，其中，杆塔接地装置参数包括接地模块尺寸和导体材质参数等，导体材质参数包括接地模块电阻率等。
S330、改变接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，并根据接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离，计算接地装置的冲击接地阻抗。
可选地，计算接地装置的冲击接地阻抗包括以下步骤：
步骤a、将接地装置分为多个导体段和多个节点。
具体地，当冲击电流注入接地装置时，冲击电流既沿导体轴向流动，又沿导体径向泄漏至土壤。对接地装置进行剖分后，不妨设产生了N个节点、K个导体段，其中，N和K均为正整数。为了方便建模计算，对电流分布作如下假定：
对于每一个导体段而言，都将其视作细线结构，其轴向电流Il沿轴线流动，且保持不变；但并不流出纵向电流，纵向电流均集中从导体段的两个端点；对于每一个节点而言，其泄漏电流Ie为连接到该节点的所有导体段的纵向电流和的二分之一。
图4是本发明实施例提供的导体电流分布示意图，其中，
分别为第k、k-1、k-2段导体的轴向电流，
为节点n处的泄漏电流，其数值等于第k、k-1、k-2段导体径向电流和的二分之一。
对于整个接地装置而言，N个节点电压、N个节点的泄漏电流以及K段导体的轴向电流是该计算模型待求的未知量。
步骤b、依据接地装置的初始电气参数和结构形式建立等效电路，其中，初始电气参数包括接地装置的导体半径、磁导率和电阻率。
具体地，接地装置的等效电路构建的根本思想在于利用接地装置的表面上电位的连续性特征，将电磁场问题转化为电路问题进行求解。根据接地装置的结构形式可以求出接地装置的电磁场分布，再根据接地装置的初始电气参数可以将电磁场分布关系转化为电路关系。
可选地，步骤b、依据接地装置的初始电气参数和结构形式建立等效电路包括：
步骤b1、根据导体段的导体内阻抗和导体段的轴向电流确定导体段的内表面电场的切向分量。
具体地，图5是本发明实施例提供的导体段内外表面电场切向分量示意图，参见图5，导体段k位于节点n1和n2之间，导体段k的内表面和外表面的电场强度的分量相等，即：
其中，
为导体段内表面电场强度的切向分量，
是导体段外表面电场强度的切向分量。
根据电场强度的定义，导体段内表面电场强度的切向分量
表达式为：
其中，
为导体段k的单位内自阻抗，
为导体段k的轴向电流。
步骤b2、根据每段导体段的轴向电流在导体段上产生的矢量磁位的轴向分量和每个节点的漏电流在导体段上产生的标量电位确定导体段的外表面电场的切向分量。
具体地，导体段外表面电场强度的切向分量为：
其中，
为第j段导体的轴向电流在第k段导体上产生的矢量磁位的轴向分量，
是第i个节点的漏电流在第k段导体上产生的标量电位，ω是角频率。
其中，μ为导体段j与导体段k之间磁介质的磁导率(若j＝k，则μ为导体的磁导率)，
为导体段j的轴向电流，lj为导体段j的长度向量，lk为导体段k的长度向量，lj为导体段j的长度，r为导体段j与导体段k上两点之间的距离。
步骤b3、根据导体段的内表面电场的切向分量与导体段的外表面电场的切向分量之间的关系建立关系式。
具体地，将式(2)、(3)和(4)带入式(1)，可得：
将式(5)沿导体段k的切向方向积分，将式(5)中的
和
分别进行表达，则
其中，
为导体段k的内自阻抗，并且
可表示为：
对
沿导体段k的切向方向积分为：
其中，Lj，k为导体段j和导体段k之间的互感，Lj，k可表示为：
对
沿导体段k的切向方向积分为：
其中，
和
分别为节点i与导体段k的端点n1和n2之间的互阻抗，即当节点i泄漏出单位电流时，节点n1和n2上所产生的电位值为
和
如此，式(5)积分后变为：
步骤b4、根据关系式确定接地装置的等效电路。
具体地，根据式(11)可将原有导体上的电磁关系转化为电路关系，从而建立起了接地装置等效电路，图6是本发明实施例提供的接地装置的等效电路的示意图，参见图6，导体自阻抗
(longitudinal self-impedance)表示导体段k流过单位电流时引起导体k自身的电压降，导体自阻抗
由两部分组成：内自阻抗
和外自阻抗jωLk；导体互阻抗
(longitudinal mutual-impedance)表示导体j流过单位电流时引起导体k的电压降；节点自阻抗
(leakage self-impedance)：表示节点n流出单位电流时引起节点n自身的地电位升；节点互阻抗
(leakage mutual-impedance)表示节点i流出单位电流时引起节点n的地电位升。
步骤c、根据等效电路计算注入单位电流时每个导体段的轴向电流和每个节点处的漏电流。
具体地，等效电路中的电流是电压源和电阻的函数，所以电路图中的电流是漏电流和电阻的函数，等效电路中的电流和对应小段的漏电流满足基尔霍夫电流定律，每一小段导体段都可以得到一个只包含漏电流和电阻的方程，所有的小导体段的方程组合起来可以得到一个只含有漏电流和电阻的方程组，求解这个方程组就可以求出所有导体段的漏电流分布。依据n段导体段对应产生的漏电流在第k段导体段的中心产生的电位，即可获得第k段导体段的轴向电流，即可获取每个导体段的轴向电流。
步骤d、确定所有导体段的漏电流在注入单位电流导体段处产生的电位。
具体地，埋地导体周围土壤中任一点的电位是由所有导体的泄漏电流共同产生的，现在已经求出漏电流分布，就可以求出土壤中任一点电位，即可以确定所有导体段的漏电流在注入单位电流导体段处产生的电位。
步骤e、根据电位和单位电流确定冲击接地阻抗。
具体地，根据电位和注入的单位电流即可计算出冲击接地阻抗，通过对冲击接地阻抗进行判断，即可确定接地模块的布设参数。
S340、在冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，则确定最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为接地模块的布设参数。
在上述技术方案的基础上，在步骤c、根据等效电路计算注入单位电流时每个导体段的轴向电流和每个节点处的漏电流之前，还包括：
计算接地装置的等效半径。
具体地，接地模块与常规接地体的区别在于其结构是在金属外包覆非金属层，且其形状大都不是细长的柱状导体，因此，需要计算接地装置的等效半径，将接地装置转换为柱状导体进行计算。例如可以利用有限元的分析计算方法，基于等效前后单位长接地体的对地电阻、轴向阻抗分别相等的原则来确定等效模型的半径、电阻率和相对磁导率参数，最终将金属外包覆非金属层的接地模块转化为柱状金属等效模型。
图7是本发明实施例提供的接地装置等效物理模型的示意图，参见图7，当电流注入接地导体时一边沿着接地体向前流动，一边从接地体向土壤中散流。可以将接地装置的等效物理模型看做许多段π型电路的组合，分为接地装置的对地电阻Rg和接地装置的轴向阻抗Zl，它们都会对接地阻抗产生影响。只有当等效后的柱状金属导体的Rg和Zl与原接地装置的Rg和Zl一致时，使用等效参数计算获得的冲击接地阻抗才能与被等效接地装置的冲击接地阻抗相等。
其中，对地电阻Rg是接地装置表面与无穷远零电位土壤之间的等效电阻，除了与接地装置的长度有关，Rg还与接地模块的横截面形状和大小密切相关。通过等效前后对地电阻Rg大小相等，来确定转化后的柱状金属导体等效半径大小。
在确定等效半径大小后，并不能同时使得接地装置的轴向阻抗也相等。接地装置的轴向阻抗Zl＝Rl+jωLi+jωLe，式中Zl的实部Rl是电阻分量；Li为接地体的内电感；Le是接地体的外电感；ω为角频率。由于趋肤效应，Rl与电流流过的有效面积有关，而该有效面积与频率、电阻率、磁导率均相关。内电感是电流在接地体内产生的磁通形成的电感，外电感是接地体流过的电流在其外部空间产生的磁通形成的。式中导体的内感抗与频率的平方根呈正比，外感抗与频率成正比。通过调节接地体的电阻率和相对磁导率参数，使得等效后的柱状金属导体单位长的轴向阻抗相等。
最终使用等效半径、电阻率、相对磁导率参数建立起柱状金属导体模型，其对地电阻和轴向阻抗均与原接地模块的对地电阻和轴向阻抗值相等，就可以认为柱状金属导体与原接地模块等效，从而可以将接地装置等效为柱状金属导体，从而便于计算接地装置的轴向电流和漏电流，从而可以计算出接地装置的冲击接地阻抗。
图8是本发明实施例提供的又一种接地模块的布设确定方法的流程图，可选地，参见图8，接地模块的布设确定方法包括：
S810、建立土壤模型和接地装置的模型，其中接地装置包括至少一个接地模块。
S820、改变接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，并根据接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离，计算接地装置的冲击接地阻抗。
S830、在冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，则确定最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为接地模块的布设参数。
S840、根据接地模块的布设参数制作接地装置测试样品。
具体地，图9是本发明实施例提供的一种接地装置的结构示意图，参见图9，接地模块910设置在杆塔的四周设置，即杆塔连接四根线，根据确定的接地模块的布设参数就可以确定单根线上接地模块910的数量和相邻接地模块910之间的距离，从而可以制作接地装置的测试样品，图9中只示出了接地模块的布设结构，并未对接地模块的布设参数进行限定，图9中只示出了单根线上设置两个接地模块910的情况，但并不进行限定。示例性的，分别布设三种接地装置进行测试试验，第一组的接地装置由现有的圆钢接地模块，圆钢接地模块的直径为12mm，单根线上圆钢长度为20m；第二组的接地装置中接地模块的数量和相邻接地模块的距离是随机确定的(未经接地模块的布设确定方法进行确定)，例如设接地模块的长为1000mm，宽为200mm，高为40mm，相邻接地模块的距离为1m，单根线上设置有10块接地模块；第三组的接地装置的布设参数是经过接地模块的布设确定方法进行确定的，通过优化设计，接地模块的长为1000mm，宽为200mm，高为40mm，相邻接地模块的距离为2m，单根线上设置有6块接地模块。
S850、将接地装置测试样品进行冲击接地阻抗测试试验，将测试试验的测试结果与圆钢接地装置的测试结果进行对比。
具体地，选择220kV输电线路的杆塔，分别对上述三种接地装置进行实测测试，分别将上述三种接地装置与杆塔的接地端进行连接，再注入雷击电流，得到三种接地装置对应的电流和电压波形图，图10是本实施例提供的现有的圆钢接地装置在冲击时的电流和电压波形图，图11是本实施例提供的未经接地模块的布设确定方法进行设计的接地装置在冲击时对应的电流和电压波形图，图12是本实施例提供的经过接地模块的布设确定方法进行设计的接地装置在冲击时对应的电流和电压波形图，参见图10、图11和图12，图中，曲线①为电流波形图，曲线②为电压波形图，现有的圆钢接地装置在冲击时的电流和电压较大，未经接地模块的布设确定方法进行设计的接地装置在冲击时对应的电流和电压较小，经过接地模块的布设确定方法进行设计的接地装置在冲击时对应的电流和电压很小。
表1接地装置的实测结果汇总表
并将上述三种接地装置的实测冲击电压、实测冲击电流和冲击接地阻抗进行汇总，表1是接地装置的实测结果汇总表，参见表1，圆钢接地装置的冲击接地阻抗为9.16Ω，未经接地模块的布设确定方法进行设计的接地装置的冲击接地阻抗为7.16Ω，经过接地模块的布设确定方法进行设计的接地装置的冲击接地阻抗为6.58Ω，经过接地模块的布设确定方法进行设计的接地装置的冲击接地阻抗较小，所以接地模块的布设确定方法可以有效降低接地装置的冲击接地阻抗，使得输电线路和杆塔可以快速将雷电流释放到大地，并且释放雷电流更加容易，从而验证了接地模块的布设确定方法的有效性。
本实施例还提供了一种接地装置，参见图9，接地装置包括至少一个接地模块910，接地模块910的布设参数由上述实施方案中任意所述的接地模块的布设确定方法确定；接地模块910包括接地体911和金属电极912，其中接地体911包括非金属材料；接地模块910与杆塔920的接地端电连接。
具体地，接地模块910与杆塔920的接地端电连接，在杆塔920受到雷击时，可以将雷击电流导入大地，避免雷击电流对输电线路和杆塔920造成损坏。其中，接地模块910包括接地体911和金属电极912，接地体911包括导电性、稳定性较好的非金属材料，电感效应小，可以降低杆塔接地装置冲击接地阻抗。
可选地，参见图9，接地模块910分布于杆塔920的四周。
具体地，杆塔920的四周设有四根线，每根线上布设有接地模块910，使得接地装置可以将杆塔920的雷击电流均匀地导入大地，而且有利于雷击电流的快速导出，从而有效地保护杆塔920和输电线路。
可选地，接地模块910包括长方体或圆柱体。
具体地，接地模块910包括长方体或圆柱体，优选地，接地模块910为长方体。接地模块910为长方体时，可以利用压铸法成型，使低电阻的非金属材料与防腐金属电极形成紧密稳固的接触，扩大金属电极的导电面积，有利于降低接地装置的冲击接地阻抗。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种接地模块的布设确定方法，其特征在于，包括：
建立土壤模型和接地装置的模型，其中所述接地装置包括至少一个接地模块；
改变所述接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，并根据所述接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离，计算所述接地装置的冲击接地阻抗；
在所述冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，则确定所述最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为所述接地模块的布设参数。
2.根据权利要求1所述的接地模块的布设确定方法，其特征在于，改变所述接地装置中接地模块的数量和/或相邻接地模块之间的距离，并根据所述接地装置中接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离，计算所述接地装置的冲击接地阻抗，包括：
设置所述距离的第一步长值和距离最大值；
设置所述数量的第二步长值；
根据所述第一步长值和所述距离最大值改变相邻所述接地模块之间的距离，计算各所述距离对应的所述接地装置的冲击接地阻抗；
在所述冲击接地阻抗中的最小值大于或等于所述预设冲击接地阻抗时，根据所述第二步长值改变所述接地模块的数量，计算所述接地模块的数量下，各所述距离对应的所述接地装置的冲击接地阻抗。
3.根据权利要求1所述的接地模块的布设确定方法，其特征在于，建立土壤模型和接地装置的模型包括：
根据当前地区的土壤电阻率分布，建立土壤模型；
根据接地装置的材质参数建立接地装置的模型。
4.根据权利要求1所述的接地模块的布设确定方法，其特征在于，计算所述接地装置的冲击接地阻抗，包括：
将所述接地装置分为多个导体段和多个节点；
依据所述接地装置的初始电气参数和结构形式建立等效电路，其中，所述初始电气参数包括接地装置的导体半径、磁导率和电阻率；
根据所述等效电路计算注入单位电流时每个导体段的轴向电流和每个节点处的漏电流；
确定所有导体段的漏电流在注入单位电流导体段处产生的电位；
根据所述电位和所述单位电流确定所述冲击接地阻抗。
5.根据权利要求4所述的接地模块的布设确定方法，其特征在于，依据所述接地装置的初始电气参数和结构形式建立等效电路包括：
根据所述导体段的导体内阻抗和导体段的轴向电流确定所述导体段的内表面电场的切向分量；
根据每段导体段的轴向电流在所述导体段上产生的矢量磁位的轴向分量和每个节点的漏电流在所述导体段上产生的标量电位确定所述导体段的外表面电场的切向分量；
根据所述导体段的内表面电场的切向分量与所述导体段的外表面电场的切向分量之间的关系建立关系式；
根据所述关系式确定所述接地装置的等效电路。
6.根据权利要求4所述的接地模块的布设确定方法，其特征在于，在根据所述等效电路计算注入单位电流时每个导体段的轴向电流和每个节点处的漏电流之前，还包括：
计算所述接地装置的等效半径。
7.根据权利要求1所述的接地模块的布设确定方法，其特征在于，在所述冲击接地阻抗中的最小值小于预设冲击接地阻抗时，则确定所述最小值对应的接地模块的数量和相邻接地模块之间的距离为所述接地模块的布设参数之后，还包括：
根据所述接地模块的布设参数制作接地装置测试样品；
将所述接地装置测试样品进行冲击接地阻抗测试试验，将所述测试试验的测试结果与圆钢接地装置的测试结果进行对比。
8.一种接地装置，其特征在于，包括至少一个接地模块，所述接地模块的布设参数由权利要求1-7任一项所述的接地模块的布设确定方法确定；
所述接地模块包括接地体和金属电极，其中所述接地体包括非金属材料；
所述接地模块与杆塔的接地端电连接。
9.根据权利要求8所述的接地装置，其特征在于，所述接地模块分布于所述杆塔的四周。
10.根据权利要求8所述的接地装置，所述接地模块包括长方体或圆柱体。
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| CN202111246095.1A CN113987874A (zh) | 2021-10-26 | 2021-10-26 | 一种接地装置的确定方法及接地装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117592159A (zh) * | 2023-11-27 | 2024-02-23 | 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 | 一种用于降阻均压的导体接地装置的分析设计方法 |
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2021
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