一种接地网接地电阻的测量方法与流程

本发明涉及接地电阻短距测量
技术领域：
，特别是涉及一种接地网接地电阻的测量方法。
背景技术：
：发电厂、变电站的接地电阻是指入地电流经变电站接地导体网络流入到大地中时，接地导体网络所呈现的电阻。接地电阻反映了电力系统防雷接地、保护接地及工作接地的水平和能力，直接关系到电力系统的安全可靠运行。对接地电阻的测量能够对发电厂、变电站接地网接地电阻的设计指标、工程建设、运行状况进行验收和评估，确保电力系统的安全可靠运行。因此，对接地电阻的测量是电力系统中一项重要的测量试验。现有技术中，对于变电站接地电阻的测量通常采用长距离接地电阻的测量方法，由于长距离接地电阻测量方法中引线过长容易导致测量工作量大、电源功率要求较高等问题，目前一般采用短距离接地电阻测量方法。短距离接地电阻测量方法即采用两点法测量地中总电阻、采用三级法测量辅助电极的接地电阻，并用地中总电阻减去辅助电流极的接地电阻，从而得到接地网的接地电阻的一种测量方法。然而，在接地网周边进行回流极接地电阻的测量时，容易受到接地网不平衡入地电流和接地网金属导体阻性耦合的影响，使得测量结果不准确，此外，由于辅助电流极的降阻能力有限，一般辅助电流极的接地电阻远大于接地网的接地电阻，从而使得辅助电流极接地电阻的测量误差严重影响待测接地网接地电阻测量结果的准确性。技术实现要素：本发明实施例中提供了一种接地网接地电阻的测量方法，以解决现有技术中的短距测量结果准确性较低的问题。为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：本发明提供了一种接地网接地电阻的测量方法，包括以下步骤：设置测量回路、电压极和辅助电流极；测量所述电压极与所述辅助电流极之间的距离以及所述电压极与接地网之间的电位差；根据所述距离与所述电位差，采用最小二乘法求得解析函数的最优参数；利用所述最优参数和解析函数计算接地电阻值。优选地，所述采用最小二乘法求得解析函数的最优参数，包括：将每一组所述电位差与距离均带入解析函数y＝k/x+b，其中，y为电位差，x为距离；采用最小二乘法求得每一组电位差与距离对应的参数k和b的值；计算每一组所述参数k和b的值对应的偏差平方和，并判断所述参数k和b的值对应的偏差平方和是否最小；当所述参数k和b的值对应的偏差平方和最小时，确定所述参数k和b的值为最优参数。优选地，所述利用所述最优参数和解析函数计算接地电阻值，包括：根据所述解析函数计算接地网电位升；根据所述电位升计算所述接地电阻值。优选地，所述计算每一组所述参数k和b的值对应的偏差平方和，包括：将每一组所述电位差与距离以及对应的参数k和b的值带入偏差平方和函数计算得出所述偏差平方和，所述偏差平方和函数为其中，y为电位差，x为距离。优选地，所述设置测量回路、电压极和辅助电流极，包括：选取设定距离设置四个电极的并联辅助电流极，其中每个所述辅助电流极距离接地网的形心均为1m；在所述辅助电流极之间设置电流测量引线，构成测量回路；选取与所述测量回路垂直的方向设置电压极。优选地，所述辅助电流极与所述接地网的距离为所述接地网对角线长度的1.5-5倍。由以上技术方案可见，本发明实施例提供的接地网接地电阻的测量方法，通过测量辅助电流极电位分布，结合辅助电流极电位的解析计算公式，采用最小二乘法进行拟合结果的误差分析和参数选择，确定辅助电流极实测电位分布曲线，同时，在测量曲线中补偿出辅助电流极电位对待测接地网电位的降落，获得接地网地电位升的准确数值，从而能够求得更加准确的接地电阻。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的一种接地网接地电阻的测量方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的另一种接地网接地电阻的测量方法的流程示意图；图3为本发明实施例提供的一种接地网接地电阻的测量装置结构示意图；图4为本发明实施例提供的一种辅助电流极的结构示意图；图示说明：1-接地网，2-辅助电流极。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。参见图1、图2、图3和图4，图1为本发明实施例提供的一种接地网接地电阻的测量方法的流程示意图，图2为本发明实施例提供的另一种接地网接地电阻的测量方法的流程示意图，图3为本发明实施例提供的一种接地网接地电阻的测量装置结构示意图，图4为本发明实施例提供的一种辅助电流极的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的接地网接地电阻的测量方法，包括以下步骤：步骤S100，设置测量回路、电压极和辅助电流极。具体的，如图3所示，为本发明实施例提供的一种接地网接地电阻的测量装置结构示意图，其中，1为接地网，2为辅助电流极。设置的方法可根据现场条件布置测量回路，电流测量回路的长度一般选择接地网对角线长度的1.5-5倍。辅助电流极的位置应选取土壤较为平坦、植物覆盖较少且无地下管道的开阔区域，采用矩形布置方式布置辅助电流极并连接地极。如图4所示，为本发明实施例提供的一种辅助电流极的结构示意图，辅助电流极采用四根接地极，设置四个电极的并联辅助电流极，构成到接地网的形心为1m的正方形接地极。在辅助电流极之间设置电流引线，构成测量回路，电压极的设置则选取与测量回路垂直的方向，如距离辅助电流极3m-10m的位置，间隔1m设置电压极，测量电压差值，而在距离辅助电流极10m-20m的位置，间隔2m设置电压极，测量电压差值。同时，在布置电压极时，测量出沿路电位降曲线，采用单根接地极接地、注入电流，从而计算等效土壤电阻率。步骤S200，测量所述电压极与所述辅助电流极之间的距离以及所述电压极与接地网之间的电位差。测量方法为三极法，即在接地网引下线处布置测量电流注入点，在远离接地网对角线长度4-5倍的等效距离处布置辅助电流极，采用测试电缆构成电流回路。如此测量，可使得在该区域辅助电流极的电位分布曲线是完整无损的，从而使得测量结果更加准确。步骤S300，根据该距离与电位差，采用最小二乘法求得解析函数的最优参数。具体的，采用最小二乘法求得解析函数的最优参数的步骤包括：步骤S301，将每一组电位差与距离均带入解析函数y＝k/x+b中，其中，y为电位差，x为电压极到辅助电流极中心的距离。以解析函数y＝k/x+b为目标方程，将每一组电位差与距离均带入目标方程中，即可得到一系列的方程。步骤S302，采用最小二乘法求得每一组电位差与距离对应的参数k与b的值。将该一系列方程采用最小二乘法求得其所对应的参数k和b的值。步骤S303，计算每一组参数k和b的值对应的偏差平方和，并判断该参数k和b的值对应的偏差平方和是否最小。其中，计算每一组参数k和b的值所对应的偏差平方和，包括，将每一组电位差与距离以及对应的参数k和b的值带入偏差平方和函数计算得出偏差平方和，偏差平方和函数为其中，y为电位差，x为电压极到辅助电流极的中心的距离。步骤S304，当参数k和b的值对应的偏差平方和最小时，确定参数k和b的值为最优参数。当参数k和b的值所对应的偏差平方和最小时，此时，k和b的值即为所求解析函数的最优参数。步骤S400，利用最优参数和解析函数计算接地电阻值。具体的，当得到最优参数k和b之后，即可得到解析函数，利用解析函数可计算接地网的电位升，通过R＝U/I，即可根据电位升计算得到接地网的接地电阻值。针对以上测量方法，下面从测量原理对其进行详细说明。在进行发、变电站接地网的接地电阻测量试验时，普遍采用三极法测量原理进行试验布线和测量。即在接地网引下线处布置测量电流注入点，在远离接地网4-5D(D为接地网对角线的长度)等效直径距离布置辅助电流极，采用测试电缆构成电流回路。由于在测试电流注入接地网的同时，有同样大小的测试电流流出辅助电流极，根据电路原理将其等效为等值负电流流入。故测试电流通过接地网和辅助电流极向地中散流时，以各自为中心形成了两个电位极性相反的高电位区域，并且随到接地装置中心的距离呈指数规律下降。大量实验数据和理论分析得到，在距离接地网1.5D-2D范围以外，接地网产生的电位梯度很低，地表电位呈缓慢下降趋势，在其附近30-50m范围地表电位可以等效为恒定值c。因此，将辅助电流极设置在距离接地网1.5D-2D范围处，此时地表电位分布的情况即为在辅助电流极电位曲线基础上叠加一恒定电位。进而在该区域测量辅助电流极的电位分布曲线是完整无损的。由于三极法的地表电位分布为接地网电位和辅助电流极电位的叠加，因此通过对地表电位分布的测量，如果能够还原出其中一条电位分布曲线，就可以找到接地电阻测量的零电位点和准确的接地网地电位升高电压，从而求得准确的接地网接地电阻值不同的接地网形状和设计参数差别很大，因此很难找到满足准确度要求的通用的电位计算解析公式。但是辅助电流极为操作人员现场布置，因此布置解析公式确定的标准辅助电流极，其电位分布计算值即和实际的电位分布情况一一对应。对实际的电位分布情况进行测量，并采用电位分布解析公式进行最优化参数计算，可以得到准确的辅助电流极电位分布解析函数，实现对辅助电流极电位曲线的还原。由之前的理论分析可以得到，1.5D-2D处的由接地网散流产生的电位化缓慢，小范围内电位可看作常数c，故还应对其进行补偿。根据电磁场的互易性定理，两接地装置之间的互阻抗为恒定，因此相同电流下，接地网在辅助电流极处的电位与辅助电流极在接地网引起的电位降落相等。故电位c为接地网的地电位升的一部分，对其进行修正，即可得到接地网的实际地电位升高电压。从而得到补偿了辅助电流极影响的准确接地电阻值。标准辅助电流极的布置方式及其解析公式至关重要。工程中经常采用圆棒电极如镀锌钢、钢筋作为接地极。长度为0.6m-2m。将半径为r，长度为l的圆棒形接地极垂直埋入地中，且棒的上端与地面齐平。根据镜像法原理，可计算出地面上任意点的电位为：uN=ρI2πl∫0ldzz2+r2=ρI2πllnl+l2+r2r.]]>当圆棒形辅助电流极长度为0.6-2m时，他们的电位分布与点电源的电位分布曲线基本是完全重合的。由于工程测量中所使用的圆棒形辅助电流极长度一般都不超过2m，因此可以选取点电源作为辅助电流极等效模型，以此进行分析和计算，即同时，在进行接地电阻测量时，为了降低辅助电流极的接地电阻，往往需要采用多根垂直接地极并联的方式进行布置。同样采用仿真分析计算可得，在多根接地极并联入地的情况下，相距一米，夹角90度布置四根接地极同样可用上述公式进行计算。辅助电流极散流产生的地表电位分布公式为：x是观测点距离辅助电流极的距离，令利用电压极测量的数据都是电压，考虑接地网在辅助电流极附近产生的电位c，因此辅助电流极处的实际电位为：且现场电压引线两端的电位差是以注入点电位为u10+u20零参考点的电压差，其中u10为接地网单独散流时的电位升，u20为辅助电流极电流在接地网产生的电位。根据电磁场互易性定理，接地网和回流极之间互阻抗相等，所以二者单独散流时彼此在对方所在位置产生的电位大小相等，符号相反。即l为测量电流引线总长度。因此现场电压极两端实际测量电压为：现场测量时，如在辅助电流极附近布置电压极测量点1、2、3、4、5…n等。测量得到电位差Δu1，Δu2，Δu3，Δu4，Δu5…Δun，假设上述测量点对于无穷远处的实际电位为u1，u2，u3，u4，u5…un，则Δun＝un-(u10+u20)，通过现场测量获得n组测量值(n＝1,2,3…N)，x为电压极到辅助电流极中心的距离，y为测量电压，使用其解析函数公式作为目标方程。采用最小二乘法进行解析函数最优参数求解。在最小二乘法意义下，确定参数k和b使偏差平方和最小：令k＝k(0)+Δk；b＝b(0)+Δb。k(0)、b(0)为k、b的预设初值。将f(k,b)在k(0)、b(0)展开为泰勒级数，略去二次以上的高阶项得：f(k,b)=f(k(0),b(0))+∂f(k(0),b(0))∂kΔk+∂f(k(0),b(0))∂bΔb]]>令使Q在最小二乘意义下取最小，分别对k(0)、b(0)求偏导，令其为零，即得：Σn=1N∂f(xn,k(0),b(0))∂k·∂f(xn,k(0),b(0))∂kΔk+Σn=1N∂f(xn,k(0),b(0))∂b·∂f(xn,k(0),b(0))∂kΔb=Σn=1N(yn-f(xn,k(0),b(0)))·∂f(xn,k(0),b(0))∂k]]>当近似值k(0)、b(0)，观测值yn给定时，可以解出Δk、Δb，从而求出k(1)、b(1)。当Δk、Δb不满足精度要求时，采用当前的k(1)、b(1)重复上述计算，如此反复迭代直到Δk、Δb满足计算的允许误差，此时的k(t)、b(t)即为所求解析函数的最优参数(k(t)、b(t)为第t次重复时参数k和b的值)。求得参数后，令x＝0.5l即可得到接地网补偿了辅助电流极影响的真实地电位升高，从而得到接地网的接地电阻其中由以上技术方案可见，本发明实施例提供的接地网接地电阻的测量方法，通过测量辅助电流极电位分布，结合辅助电流极电位的解析计算公式，采用最小二乘法进行拟合结果的误差分析和参数选择，确定辅助电流极实测电位分布曲线，同时，在测量曲线中补偿出辅助电流极电位对待测接地网电位的降落，获得接地网地电位升的准确数值，从而能够求得更加准确的接地电阻。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页1 2 3