本发明涉及电力技术领域，特别是涉及接地网不等间距优化布置方法。
背景技术：
接地网的优化设计顾名思义，就是通过对接地网中均压带、垂直接地体等进行位置、数量和参数的调整，以达到当故障电流通过接地网泄流的时候，地表的电位分布均匀，使得每一部分的接地网充分发挥作用，降低地面电位梯度值，降低变电站内的接触电压和跨步电压，达到相关要求，从而保证变电站内的工作人员人身安全，设备正常工作。通过大量的研究表明：当均压带均匀分布的时候，变电站接地网边角地带的接触电压会比中心地带的接触电压高出很多，导致了变电站接地网没有充分利用，没有起到保护设备和人身安全的作用，本发明主要针对这个问题进行一系列的研究。
针对均压带的布置方案，总体研究分为两个方向，一个是利用遗传算法，另一个是利用分布公式。两种方法各有优缺点，遗传算法虽然精度高且影响因素考虑全面，但是有的影响因素是此消彼长的关系，不可能用一个目标函数达到两个因素都最佳的状态，所以在计算上要有所取舍，只能达到相对最佳的状态。并且计算起来计算数据量大，编程困难，比较难以实现。利用分布公式的方法虽然简便适用，现在广泛用于变电站的设计和建设中，但是广泛应用的純指数布置方案存在衰减较快的缺点。
大多数变电站接地系统一般采用水平接地网。在以往的接地网设计中，通常采用等间距布置，即接地导体之间的间距基本相等。等间距布置的接地网因中间导体受到屏蔽作用，使得中间导体利用率低，散流电流密度较小，从而引起较大的地表电位梯度。
因此希望有一种接地网不等间距优化布置方法，以解决现有技术中存在的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种接地网不等间距优化布置方法，该方法能够均匀泄漏电流，从而均匀地表电位分布，有效降低接触电压和跨步电压。
本发明提供一种接地网不等间距优化布置方法，所述优化布置方法包括以下步骤：
步骤1：推导拟合函数：使用矩形的接地网，建模并移动均压带，得到优化后均压带的位置，通过函数拟合得出优化函数；
步骤2：分析优化函数在不同的土壤反射系数、上层土壤厚度和接地网面积对优化系数的影响；
步骤3：将拟合函数应用到非均匀土壤下矩形接地网的优化中。
优选地，所述步骤1中的推导拟合函数具体步骤包括：进行正方形地网的优化，n根垂直于边长的均压带将接地网的一边分为n-1段，增加接地网每边的导体数量，并调整导体位置，假设每个网孔的最大接触电压为Umax，记录下每个网孔Umax相等时每段接地体占接地网边长总长的占比，定义第i段所占比为Mi，经过拟合得到公式(1)：
当改变接地网面积和均压带的数量时，进行拟合，最优拟合公式为公式(2)：
优选地，最优参数值、所述步骤2中的上层土壤厚度以及反射系数的关系为：
所述上层土壤反射系数为定值且大于零时，最优参数值随所述土壤厚度的增大而增大，当所述土壤厚度达到一定值时最优参数值达到最大值，然后随所述土壤厚度的增大最优参数值减小；
所述上层土壤反射系数为定值且小于零时，最优参数值随所述土壤厚度的增大而减小，当所述土壤厚度达到一定值时最优参数值达到最大值，然后随所述土壤厚度的增大最优参数值减小；
当所述上层土壤反射系数趋近于零时，最优参数值受所述上层土壤厚度的影响越小。
优选地，最优参数值与所述步骤2中的上层土壤反射系数的关系为：
当所述上层土壤厚度一定时，所述最优参数值随所述上层土壤反射系数的增大而减小，即所述土壤上层厚度为定值时，下层土壤电阻率越大的土壤情况，变电站接地网的布置越不均匀；
当所述上层土壤反射系数为负数时，接地网水平接地体比所述上层土壤反射系数为正数时均匀，即下层土壤电阻率小于上层土壤电阻率时的水平接地体布置比下层土壤电阻率大于上层土壤电阻率时的水平接地体布置均匀。
优选地，所述步骤3利用神经网络拟合方法，将所述土壤反射系数、上层土壤厚度和接地网面积三个参数设为自变量，将三个参数分别设为三维坐标点，设函数为b＝f(h,k,L)进行拟合，以确定最优参数值，得到公式(3)：
b＝a+c×h+d×L+e×k (3)。
本发明公开的一种接地网不等间距优化布置方法，该方法在同样的安全水平的要求下，按不等间距布置的接地网不仅能提高导体利用率，还可以节约工程材料，通常比等间距布置的接地网节约材料达20～35％。另一方面，采用等间距布置的接地网，为了降低接触电压，纯粹地依靠增加接地导体数的方法有时根本达不到预期目标，而采用不等间距布置则可实现。
附图说明
图1是拟合函数和最优压缩比布置接地网示意图。
图2是均匀土壤下拟合函数与最优压缩比布置方法对角线接触电压分布示意图。
图3是拟合公式方法布置接地网全站接触电压示意图。
图4是最优压缩比方法布置接地网全站接触电压示意图。
图5是不等间距分布接地网示意图。
图6是L＝100时最优参数值与上层土壤厚度的曲线图。
图7是L＝100m时最优参数值与反射系数的曲线图。
图8是k＝-0.3时最优参数值与接地网边长的曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以一个尺寸为长为120m，宽为80m的矩形接地网为例，采用封闭型接地网，中间铺设水平五根，竖直八根均压带，整体埋深0.5m，接地体半径为0.08m，电导率为107S/m，上层土壤电阻率为185.714Ω·m，厚度为2m，下层土壤电阻率为100Ω·m，入地电流为1kA。分别利用最优压缩比优化方法(方法一)和拟合函数法(方法二)进行布置。
由于没有针对非均匀土壤环境下的矩形接地网优化方法，所以按照通用的指数分布优化接地网作为比较对象。分别按照最优压缩比方法(方法一)与拟合函数方法(方法二)的接地网布置方式如图1所示。
由图1及图2可以看出，相较于方法一，方法二布置的接地网减小了边缘网孔的尺寸，增大了中心网孔的尺寸。
经过拟合，利用最优压缩比布置接地网的最大接触电压为155V，利用拟合公式布置接地网的最大接触电压为138V，降低了12.1％。由图3及图4可得两种方法全站接触电压分布图，拟合公式方法布置接地网全站接触电压整体效果优于最优压缩比方法。
如图5所示，接地网不等间距优化布置方法首先考虑正方形地网的优化，即a＝b的情况，设a＝b＝100m，n根垂直于边长的均压带将接地网一边分为n-1段，每段从左至右分别编号，定义(i＝1，2……，n-1)为第i段接地体占接地网边长总长的占比。
增加每边上导体的数量，调整导体的位置，假设每个网孔的最大接触电压为Umax，记录下每个网孔Umax相等时候的每段所占百分比如表1所示。定义第i段所占比为Mi，经过拟合得到：
当改变接地网面积和均压带的数量时，进行拟合，发现公式中只有指数幂位置中的分母变化，所以假设最优拟合公式为：
可以将b视为为参数，只要得到最优的b值，就可得到接地网的最优的布置方案。
表1当分段数不同时最优布置方案
最优参数值与上层土壤厚度h及反射系数k的关系如图6所示：
反射系数k为定值且大于零时，b随土壤厚度h的增大而增大，当h达到一定值时(约为9m)时b达到最大值，然后随h的增大而减小；反射系数k为定值且小于零时，b随土壤厚度h的增大而减小，当h达到一定值时(约为7m)时b达到最大值，然后随h的增大而减小；当反射系数趋近于零时，最优b值受上层土壤厚度h的影响越小。
由图7最优b值与上层土壤的反射系数关系图可以看出：
当上层土壤厚度h一定时，b值随k的增大而减小，即土壤上层厚度为定值时，下层土壤电阻率越大的土壤情况，变电站接地网的布置越不均匀；
；接地网水平接地体当k为负数时总比k为正数时均匀，即下层土壤电阻率小于上层土壤电阻率时的水平接地体布置比下层土壤电阻率大于上层土壤电阻率时的水平接地体布置均匀。
反射系数k＝-0.3时，最优b值与接地网边长L的关系如图8所示。上层土壤厚度在大于10m和小于10m的时候b-L曲线呈现不同变化趋势。
当上层土壤厚度小于10m时，随着边长的增大，b的值随之减小，当边长增大到180m时，最优b值趋于稳定；当上层土壤厚度大于10m时，随着边长的增大，最优b值随之减小，当增大到180m时，最优b值随之稳定。
根据上述结果，在拟合最优b值的公式时应当分为h＜10m和h≥10m两种情况讨论。
计算最优b值的拟合公式，由于优化参数和土壤厚度，反射系数和接地网面积有关，所以利用神经网络拟合方法，将三个参数设为自变量，将每个数据看成一个三维坐标点，设函数为b＝f(h,k,L)进行拟合，以确定最优b值。得到：
b＝a+c×h+d×L+e×k (3)
针对不同接地网土壤厚度边长对应的各系数如下表所示。
表2拟合公式中的系数取值
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。