一種大地土壤立體電阻網絡模型的建立方法
【專利摘要】本發明涉及一種大地土壤立體電阻網絡模型的建立方法，該方法包括下列步驟：將大地土壤簡化成多個土壤網格；獲取大地土壤的地質條件；根據大地土壤的地質條件構建有限元計算模型；根據有限元計算模型計算大地土壤中電流電場分布；根據電流電場分布，計算土壤網格徑向的法向平面平均電位Ur以及法向電流矢量和根據平均電位和電流矢量和，計算土壤網格對應的徑向等值電阻Rr、幅向等值電阻Rθ以及縱深向等值電阻Rd；根據徑向等值電阻Rr、幅向等值電阻Rθ以及縱深向等值電阻Rd，將土壤網格抽象為立體電阻網絡，建立立體電阻網絡模型。與現有技術相比，本發明具有計算量小以及計算準確度高等優點。
【專利說明】
-種大地±壤立體電阻網絡模型的建立方法
技術領域
[0001] 本發明設及直流偏磁研究和變壓器運行技術領域，尤其是設及一種大地±壤立體 電阻網絡模型的建立方法。
【背景技術】
[0002] 在直流系統調試、檢修或發生故障的情況下，高壓直流輸電會采用單極大地回路 的運行方式，巨大的直流電流經直流接地極流入大地，并在較大范圍內造成地電位的明顯 變化，使得變電站地電位發生偏移，引起直流偏磁電流。目前對直流偏磁電流的計算方法主 要有兩種：一種及監理在表征恒流源場的泊松方程上的，利用商業軟件CDEGS，該方法計算 量巨大，計算效率低，能考慮到的電網規模小；另外一種方法是建立區域地下電阻網絡，將 場路結合的計算簡化為"路"的計算，計算量小，計算速度快，考慮到的電網規模大，但目前 該方法將多層的大地±壤等值為單層電阻網絡，沒有考慮到±壤分層W及電流的縱向傳播 對計算結果的影響，計算準確度略差。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是針對上述問題提供一種大地±壤立體電阻網絡模型的建立方法。
[0004] 本發明的目的可W通過W下技術方案來實現：
[0005] -種大地±壤立體電阻網絡模型的建立方法，該方法包括下列步驟：
[0006] (1)將大地±壤簡化成多個±壤網格；
[0007] (2)獲取大地±壤的地質條件；
[000引（3)根據步驟(2)中得到的大地±壤的地質條件構建有限元計算模型；
[0009] (4)根據步驟(3)中得到的有限元計算模型計算大地±壤中電流電場分布；
[0010] (5)根據步驟(4)中得到的電流電場分布，計算±壤網格徑向的法向平面平均電位 Ur W及法向電流矢量和if;
[0011] (6)根據步驟(5)中得到的±壤網格徑向的法向平面平均電位UrW及法向電流矢 量和4,計算±壤網格對應的徑向等值電阻Rr、幅向等值電阻ReW及縱深向等值電阻Rd;
[0012] (7)根據步驟(6)中得到的徑向等值電阻Rr、幅向等值電阻ReW及縱深向等值電阻 Rd,將步驟(1)中的±壤網格抽象為立體電阻網絡，建立立體電阻網絡模型。
[0013] 所述大地±壤的地質條件包括分層狀態、地形^及±壤電阻率。
[0014] 所述±壤網格為扇形。
[0015] 所述步驟(5)中，第1個±壤網格的徑向等值電阻Rri的阻值為：
[0016]
[0017] 其甲，Uri、Ur(W)分別為第i個和第1 + 1個±壤網格徑向的法向平面平均電位； /,,、/,.W,分別為第i個和第1 + 1個±壤網格徑向的法向電流矢量和。
[0018] 所述步驟(5)中，第1個±壤網格的幅向等值電阻Rei的阻值為：
[0019]
[0020] 其中，0為±壤網格相對圓屯、的角度，rii、r2汾別為第1個±壤網格的內外半徑。
[0021] 所述步驟(5)中，第1個±壤網格的縱深向等值電阻Rdi的阻值為：
[0022]
[0023] 其中，d為第
1個±壤網格的深度，rii、r2汾別為第1個±壤網格的內外半徑。
[0024] 與現有技術相比，本發明建立一種能考慮大地±壤分層W及電流的多向傳播的直 流電流散流特性分布的便捷計算模型，進而實現大范圍、多電壓等級下變壓器直流偏磁電 流仿真計算，具有W下有益效果：
[0025] 1)本發明建立了大地±壤立體電阻網絡模型，對直流偏磁電流的計算中將場路結 合的計算簡化為"路"的計算，計算量小，計算速度快；
[00%] 2)本發明建立的大地±壤立體電阻網絡模型中，分別考慮了徑向等值電阻、幅向 等值電阻與縱深向等值電阻，與現有技術相比，考慮到了±壤分層與電流的縱向傳播對計 算結果的影響，計算準確度高。
【附圖說明】
[0027]圖1為±壤網格的散流電流特性示意圖；
[002引圖2為立體電阻網絡圖；
[0029] 圖3為獲取立體電阻網絡的流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例W本發明技術方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0031] 如圖1所示，當直流接地極注入電流時，直流電流通過大地散流至遠處，形成W直 流接地極為中屯、的直流電場。大地的地質條件不同，直接影響直流電流散流特性。在某一區 域的±壤中，散流的電流存在徑向分量、切線分量W及垂直向下分量。
[0032] 地中直流其實是W直流接地極為中屯、的恒穩電流場。恒穩電流場中，流入任意包 含電流源的界面的電流等于電流源的總電流，即
[0033]
[0034] J =地
[0035] V=JlE化
[0036] 可W看出，±壤中的電流密度J和電場強度EW及電勢V的分布均只與±壤電阻率。 因此，本發明將±壤簡化成立體電阻網絡，即如圖1中的±壤網格，抽象為如圖2的立體電阻 網絡。立體電阻網絡由多個抽象過的±壤網格組成，立體電阻網絡的每一個角包括由±壤 網格計算出的徑向電阻Rr,幅向電阻ReW及縱深向電阻Rd。
[0037] 立體電阻網絡中的電阻值可經過有限元計算得到，計算中應考慮實際±壤地質條 件，包括分層、地形、±壤電阻率等信息。計算流程如圖3所示，具體為：
[0038] (1)將大地±壤簡化成多個±壤網格；
[0039] (2)獲取大地±壤的地質條件；
[0040] (3)根據步驟(2)中得到的大地±壤的地質條件構建有限元計算模型；
[0041] (4)根據步驟(3)中得到的有限元計算模型計算大地±壤中電流電場分布；
[0042] (5)根據步驟(4)中得到的電流電場分布，計算第1個±壤網格徑向的法向平面平 均電位Uri W及法向電流矢量和4 ;
[0043] (6)根據步驟(5)中得到的平均電位和電流矢量和，計算第1個±壤網格對應的徑 向等值電阻Rri、幅向等值電阻Re擬及縱深向等值電阻Rdi;
[0044] (7)根據(6)中得到的徑向等值電阻Rri、幅向等值電阻ReiW及縱深向等值電阻Rdi, 將（1)中的±壤網格抽象為立體電阻網絡，建立立體電阻網絡模型。
[0045] 步驟(6)中求得的徑向、幅向W及縱深向等值電阻分別為
[0046]
[0047] 式中，Uri、Ur(W)分別為第1個±壤網格的與半徑方向垂直的面上的平均電位；
[004引 4、人<,+1>分別為第i個上壤網格的與半徑方向垂直的面上的法向電流矢量和；
[0049] rii、r2汾別為扇形±壤網格的內外半徑；
[0050] d為該扇形±壤網格的深度。
[0051] 大地±壤的立體電阻網絡模型不僅能模擬分層±壤的散流特性，也可模擬入地直 流電流的多向性，將該電阻網絡模型應用于直流偏磁的計算中，可大大提高計算準確性。
【主權項】
1. 一種大地土壤立體電阻網絡模型的建立方法，其特征在于，該方法包括下列步驟： (1) 將大地土壤簡化成多個土壤網格； (2) 獲取大地土壤的地質條件； (3) 根據步驟(2)中得到的大地土壤的地質條件構建有限元計算模型； (4) 根據步驟(3)中得到的有限元計算模型計算大地土壤中電流電場分布； (5) 根據步驟(4)中得到的電流電場分布，計算土壤網格徑向的法向平面平均電位Ur以 及法向電流矢量和4 (6) 根據步驟(5)中得到的土壤網格徑向的法向平面平均電位Ur以及法向電流矢量和 i,，計算土壤網格對應的徑向等值電阻Rr、幅向等值電阻Re以及縱深向等值電阻Rd; (7) 根據步驟(6)中得到的徑向等值電阻Rr、幅向等值電阻Re以及縱深向等值電阻Rd，將 步驟(1)中的土壤網格抽象為立體電阻網絡，建立立體電阻網絡模型。2. 根據權利要求1所述的大地土壤立體電阻網絡模型的建立方法，其特征在于，所述大 地土壤的地質條件包括分層狀態、地形以及土壤電阻率。3. 根據權利要求1所述的大地土壤立體電阻網絡模型的建立方法，其特征在于，所述土 壤網格為扇形。4. 根據權利要求1所述的大地土壤立體電阻網絡模型的建立方法，其特征在于，所述步 驟(5)中，第i個土壤網格的徑向等值電阻1^的阻值為：其中，Uri、Ur(1+1)分別為第i個和第i+Ι個土壤網格徑向的法向平面平均電位；/"、/,. (,+υ 分別為第i個和第i+1個土壤網格徑向的法向電流矢量和。5. 根據權利要求4所述的大地土壤立體電阻網絡模型的建立方法，其特征在于，所述步 驟(5)中，第i個土壤網格的幅向等值電阻Re 1的阻值為：其中，Θ為土壤網格相對圓心的角度，ril、r2l分別為第i個土壤網格的內外半徑。6. 根據權利要求4所述的大地土壤立體電阻網絡模型的建立方法，其特征在于，所述步 驟(5)中，第i個土壤網格的縱深向等值電阻1^的阻值為：其中，d為第i個土壤網格的深度，rii、r2i分別為第i個土壤網格的內外半徑。
【文檔編號】G06F17/50GK106021652SQ201610301434
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】趙丹丹, 傅晨釗, 蘇磊, 司文榮
【申請人】國網上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司