计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法技术

本发明专利技术涉及一种计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法，该方法在考虑多根金属管道自身纵向电阻及管道杂散电流与接地网散流间互相影响的基础上，对接地网的地表电位分布进行计算分析，以得到变电站接地网地表电位分布全面、准确的结果。与现有技术相比，本发明专利技术具有提高变电站接地网地表电位分布计算的准确性、减小计算量等优点。

Calculation method of ground surface potential distribution in substation grounding grid considering multiple metal pipes

The invention relates to a meter and a plurality of metal pipes of the substation grounding grid surface potential distribution calculation method, the method in consideration of a plurality of metal pipe longitudinal resistance and stray current and grounding grid based mutual influence between bulk flow, calculation and analysis of surface potential distribution of grounding grid, in order to get the surface potential distribution of grounding grid in substation comprehensive and accurate results. Compared with the existing technology, the invention has the advantages of improving the accuracy of the calculation of the surface potential distribution of the grounding grid of the substation and reducing the amount of calculation.

【技术实现步骤摘要】
计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法
本专利技术涉及变电站接地网
，尤其是涉及一种计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法。
技术介绍
接地网是变电站的重要组成部分，其可靠性对电力系统的安全稳定运行具有重大意义。为保证接地网的安全可靠运行，如何准确有效发现接地网的潜在故障进而有针对性地采取防护措施已成为电力行业运行维护工作中最为突出的问题。基于地表电位分布的接地网故障诊断方法是目前应用较多的手段之一。但是，变电站现场环境较为复杂，地下金属管道的存在会对接地网地表电位及其故障诊断结果的准确性产生影响。因此，有必要通过分析研究地下金属管道对变电站接地网地表电位分布的影响，从而为接地网故障的有效诊断提供依据。国内外学者对变电站接地网地表电位分布的研究主要分为两类：数值计算与现场测试。其中，数值计算主要是根据接地网结构对其地表电位分布进行计算分析，常用的方法如有限差分法、有限元法、模拟电荷法、边界元法等。现场测试主要是研究如何对变电站的实际接地网地表电位分布进行更为准确的测试。但是，目前变电站接地网地表电位的计算分析大多是根据接地网设计图纸进行计算。此外，在对变电站接地网现场测试结果进行分析时，认为测试结果只与接地网状态和土壤结构有关，忽略了变电站地下金属管道对地表电位所造成的影响，从而导致所得到的相关测试结果难以反映变电站接地网地表电位分布的实际状况。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法，包括以下步骤：1)获取接地网注入电流iset；2)建立接地网与多根管道的电位关系表达式：U0＝R00I0+RA0I1+RB0I2+…+RK0IK＝R00I+RA0TAU1+RB0TBU2+…+RK0TKUKUA＝R0AI0+RAAI1+RBAI2+…+RKAIK＝R0AI+RAATAU1+RBATBU2+…+RKATKUKUB＝R0BI0+RABI1+RBBI2+…+RKBIK＝R0BI+RABTAU1+RBBTBU2+…+RKBTKUKUK＝R0KI0+RAKI1+RBKI2+…+RKKIK＝R0KI+RAKTAU1+RBKTBU2+…+RKKTKUK式中：R00为接地网自身的电阻系数矩阵；U0,U1,…,UK为接地网和多根金属管道的电位；I0,I1,…,IK为接地网和多根金属管道的散流分布；T1,T2,…,TK为多根金属管道的等效电路矩阵；RIJ为接地网和多根金属管道对自身及彼此影响的电阻系数矩阵，I,J＝0,1,…,K；K为金属管道总根数；将所述电位关系表达式写成矩阵形式为：式中：RT＝[RA0TARB0TB…RK0TK]；RP＝[R0AR0B…R0K]；Em为m阶单位阵；m为所有金属管道总的剖分段数；I为接地网散流分布；IA＝[I1I2…IK]为K根金属管道的杂散电流分布；UAT＝[U1UB…UK]为K根金属管道电位；U0为接地网电位。3)应用反对称迭代算法求解所述电位关系矩阵方程，获得I、IA、UAT和U0；4)根据步骤3)计算获得变电站接地网上方任一点的电位，变电站接地网上方任一点的电位定义为接地网散流和金属管道杂散电流在该点产生的电位之和。所述金属管道的等效电路矩阵采用微元法计算获得。第i根金属管道的等效电路矩阵表达式为：其中，i＝1,…,K，ZL(j-1)为第i根金属管道的第j分段的纵向电阻，j＝1,2,…,a-1；a为第i根金属管道的分段数。所述步骤3)中，应用反对称迭代算法求解所述电位关系矩阵方程的步骤如下：3a)给定一个任意的矩阵X1，其行数和列数均等于矩阵[IIAU0UAT]T的列数，令i＝1，上标T表示矩阵的转置；3b)按照下述等式分别计算W1、P1和Q1，计算公式为3c)若W1＝0，或者W1≠0且Q1＝0，则停止计算，否则i＝i+1，转步骤3d)；3d)按照下述等式分别计算Wi+1、Pi+1和Qi+1，计算公式为式中，||Wk||表示矩阵Wk的范数；＜·＞表示矩阵的内积；3e)若Wi+1＝0，或者W1≠0且Q1＝0，则停止计算，转入步骤3f)，否则转步骤3d)；3f)令Xk+1＝[IIAU0UAT]T，即可得到I、IA、UAT和U0。所述步骤2)中，建立关系矩阵方程时，以接地网视作等位体。所述金属管道总根数K≥1。所述金属管道总根数K＝0时，建立的关系矩阵方程替换为式中，u0为接地网电位；求解上述关系矩阵方程获得不含金属管道时的接地网电位及散流分布向量。与现有技术相比，本专利技术考虑变电站地下金属管道对接地网的影响，可以尽可能真实地反映出变电站接地网地表电位分布状况，能够为基于地表电位分布的接地网故障诊断方法提供重要依据，具有以下有益效果：(1)可以较准确、全面地计算出变电站接地网地表电位分布。(2)考虑金属管道自身纵向电阻及管道杂散电流与接地网散流间互相影响，提高了变电站接地网地表电位分布计算的准确性。(3)采用微元法获得金属管道的等效电路矩阵，提高了变电站接地网地表电位分布计算的准确性。(4)将接地网视作等位体，并应用反对称迭代算法求解电位关系矩阵方程，减小了计算量。(5)可以适应于接地网附近存在多根金属管道的情况，提高了变电站接地网地表电位分布计算的全面性。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2为不存在金属管道时计算得到的接地网的地表电位分布；图3为存在金属管道时计算得到的接地网的地表电位分布；图4为测量得到的接地网地表电位分布；图5为金属管道通过的导体的地表电位计算及测量结果。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例提供一种计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法，包括以下步骤：1)获取接地网注入电流iset；2)以接地网视作等位体，建立接地网与多根管道的电位关系表达式：U0＝R00I0+RA0I1+RB0I2+…+RK0IK＝R00I+RA0TAU1+RB0TBU2+…+RK0TKUKUA＝R0AI0+RAAI1+RBAI2+…+RKAIK＝R0AI+RAATAU1+RBATBU2+…+RKATKUKUB＝R0BI0+RABI1+RBBI2+…+RKBIK＝R0BI+RABTAU1+RBBTBU2+…+RKBTKUKUK＝R0KI0+RAKI1+RBKI2+…+RKKIK＝R0KI+RAKTAU1+RBKTBU2+…+RKKTKUK式中：R00为接地网自身的电阻系数矩阵；U0,U1,…,UK为接地网和多根金属管道的电位；I0,I1,…,IK为接地网和多根金属管道的散流分布；T1,T2,…,TK为多根金属管道的等效电路矩阵；RIJ(I,J＝0,1,…,K)为接地网和多根金属管道对自身及彼此影响的电阻系数矩阵；K为金属管道总根数。将所述电位关系表达式写成矩阵形式为：式中：RT＝[RA0TARB0TB…RK0TK]；RP＝[R0AR0B…R0K]；Em为m阶单位阵；m为所有金属管道总的剖分段数；I为接地网散流分布；IA＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取接地网注入电流iset；2)建立接地网与多根管道的电位关系表达式：U0＝R00I0+RA0I1+RB0I2+…+RK0IK＝R00I+RA0TAU1+RB0TBU2+…+RK0TKUKUA＝R0AI0+RAAI1+RBAI2+…+RKAIK＝R0AI+RAATAU1+RBATBU2+…+RKATKUKUB＝R0BI0+RABI1+RBBI2+…+RKBIK＝R0BI+RABTAU1+RBBTBU2+…+RKBTKUK

【技术特征摘要】
1.一种计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取接地网注入电流iset；2)建立接地网与多根管道的电位关系表达式：U0＝R00I0+RA0I1+RB0I2+…+RK0IK＝R00I+RA0TAU1+RB0TBU2+…+RK0TKUKUA＝R0AI0+RAAI1+RBAI2+…+RKAIK＝R0AI+RAATAU1+RBATBU2+…+RKATKUKUB＝R0BI0+RABI1+RBBI2+…+RKBIK＝R0BI+RABTAU1+RBBTBU2+…+RKBTKUKUK＝R0KI0+RAKI1+RBKI2+…+RKKIK＝R0KI+RAKTAU1+RBKTBU2+…+RKKTKUK式中：R00为接地网自身的电阻系数矩阵；U0,U1,…,UK为接地网和多根金属管道的电位；I0,I1,…,IK为接地网和多根金属管道的散流分布；T1,T2,…,TK为多根金属管道的等效电路矩阵；RIJ为接地网和多根金属管道对自身及彼此影响的电阻系数矩阵，I,J＝0,1,…,K；K为金属管道总根数；将所述电位关系表达式写成矩阵形式为：式中：RT＝[RA0TARB0TB...RK0TK]；RP＝[R0AR0B…R0K]；Em为m阶单位阵；m为所有金属管道总的剖分段数；I为接地网散流分布；IA＝[I1I2…IK]为K根金属管道的杂散电流分布；UAT＝[U1UB…UK]为K根金属管道电位；U0为接地网电位。3)应用反对称迭代算法求解所述电位关系矩阵方程，获得I、IA、UAT和U0；4)根据步骤3)计算获得变电站接地网上方任一点的电位，变电站接地网上方任一点的电位定义为接地网散流和金属管道杂散电流在该点产生的电位之和。2.根据权利要求1所述的计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法，其特征在于，所述金属管道的等效电路矩阵采用微元法计算获得。3.根据权利要求2所述的计及多根金属管道的变电站接地网地表电位分布计算方法，其特征在于，第i根金属管道的等效电路矩阵表达式为：其中，i＝1,…,K，ZL(j-1)为第i根金属管道的第j分段的纵向电阻，j＝1,2,…,a-1；a为第...

【专利技术属性】
技术研发人员：施会，王丰华，盛连军，茅晓亮，周超杰，朱李超，黄建勇，孟琦斌，吕佩佩，吴顺超，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31