一种基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法，属于输变电设备运行与管理技术领域，包括步骤：S1：选择不同波形参数的雷电流波形，研究经过周期延拓后雷电流的频谱特性和能量特性，得到雷电流的频谱图和能量谱图，确定雷电流幅值和能量的集中频率范围和测量频率点；S2：研究接地极在该频率范围内的阻抗响应，得到接地极端部电势在不同频率下的数值大小；S3：提出含有未知特征参数的接地极端部电势时域响应表达式，并对时域响应表达式进行正向傅里叶变换，得到含有未知参量的阻抗响应表达式，根据待定系数法确定表达式中的特征参数。本发明专利技术能更准确地测量冲击接地电阻值，降低了计算量，有效实现了杆塔冲击接地电阻的准确高效测量。确高效测量。确高效测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法


[0001]本专利技术属于输变电设备运行与管理
，涉及一种基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法。

技术介绍

[0002]准确测量接地装置的冲击接地电阻对输电线路杆塔有效防雷有着重要的工程意义。雷电冲击电流流经杆塔接地装置时会和周围土壤环境产生复杂的电磁暂态过程，难以采用通用的表达式对接地性能进行评估。因此，冲击接地电阻的准确测量一直是接地领域的重要问题。
[0003]目前，国内外针对冲击电流流经接地极时周围空间复杂的电磁暂态过程进行了大量研究。B.R.Gupta提出了一种计算方形接地网中心接地网和角接地网电感的经验公式和方法，并通过模型试验验证了分析方法的有效性。R.Velazquez通过编制相关计算机程序，从数值分析的角度来评估接地极的冲击特性。M.I.Lorentzou建立了考虑接地系统导体间相互耦合效应的电磁暂态程序，研究了导体相互耦合效应对系统响应产生的影响。R.Visacro提出了一种测定土壤电阻率和介电常数在典型雷电电流频率分量范围内变化的方法，对土壤电阻率和介电常数的取值进行了修正。M.Ramamoorty采用复电阻率的概念，通过矩量法数值计算方法研究了对地电容率对接地网高频暂态性能的影响。A.Hablanic对埋在均匀或非均匀土壤中的简单接地系统和复杂接地系统进行仿真建模，针对接地系统周围土壤的电离现象，提出了一种基于有限元方法的仿真模型。G.Ala采用麦克斯韦方程组和时空变电阻率函数，提出的时域有限差分数值的计算方法可以较为准确地描述冲击电流作用下接地极的瞬态过程。A.C.Liew建立了描述多个集中接地非线性浪涌电流特性的动态模型，可以较为准确地描述高频率冲击电流作用下土壤的波动行为，为试验过程浪涌抑制因子的提出提供了理论基础。何金良团队考虑了接地极周围土壤电离的动态和非线性效应，搭建雷电冲击作用下接地极瞬态特性分析模型，提出接地极冲击有效长度的计算公式。曹晓斌团队研究了雷电流波形表达式的傅里叶形式，将分解后的正弦波作为激励加载在接地装置上，提出了将瞬态雷电冲击响应转化为稳态响应的思路。
[0004]上述研究主要集中于雷电冲击作用下接地极周围土壤的电磁暂态过程和雷电流正向傅里叶变化的过程，并未解决雷电流分解后频率范围的选择和接地装置时频响应转化的问题。现有的冲击接地电阻测量方法主要有冲击系数法和现场测量法，冲击系数法并不能准确反映雷击作用下杆塔接地极的冲击特性，容易导致计算结果不准确等问题；现场测量法则要求工作人员携带冲击电流源，过大的电源设备和复杂的地形环境为杆塔冲击接地电阻的准确测量增加难度和人力成本。
[0005]因此，提出计算量小、测量精度高及环境适应性高的冲击接地电阻测量方法成为了亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于通过对雷电流波形周期延拓后进行正向傅里叶变换及能量分析，得到表征雷电流幅值和能量特性的窄频范围和少量测量频率点，测量接地极在该窄频范围内的阻抗响应，结合含有未知参量的接地极端部电势时域表达式，采用待定系数法确定表达式中的特征参量，提出一种基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法，进而得到较为准确的冲击接地电阻值。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法，包括以下步骤：
[0009]S1：选择不同波形参数的雷电流波形，研究经过周期延拓后雷电流的频谱特性和能量特性，得到雷电流的频谱图和能量谱图，确定雷电流幅值和能量的集中频率范围和测量频率点；
[0010]S2：研究接地极在该频率范围内的阻抗响应，得到接地极端部电势在不同频率下的数值大小；
[0011]S3：提出含有未知特征参数的接地极端部电势时域响应表达式，并对时域响应表达式进行正向傅里叶变换，得到含有未知参量的阻抗响应表达式，根据待定系数法确定表达式中的特征参数。
[0012]进一步，选择土壤电阻率为150Ω
·
m，接地极长度为10m，埋深0.8m，接地极半径0.006m进行分析。
[0013]进一步，所述步骤S1具体包括以下步骤：
[0014]S11：选择波形参数为2.6/50μs、幅值为10kA的雷电流，得到表征该波形参数的双指数函数并进行周期延拓，得到计算模型；
[0015]S12：根据计算模型，得到雷电流函数周期和基波频率；对经过周期延拓的双指数函数进行正向傅里叶变换，得到雷电流函数的离散频谱图；
[0016]S13：根据帕斯瓦尔功率守恒定理，得到不同频率点下雷电能量的大小并求其不同频率范围的能量比例分布；根据雷电流频谱图和能量占比图，确定雷电流幅值和能量的集中频率范围和少量测量频率点。
[0017]进一步，步骤S11所述波形参数的双指数函数为：
[0018]I(t)＝10474
×
(e
‑
14790t
‑
e
‑
1877833t
)
ꢀꢀꢀ
(1)。
[0019]进一步，步骤S12中，对经过周期延拓的双指数函数进行正向傅里叶变换，得到连续周期双指数函数直流分量及n次谐波分量的表达式：
[0020][0021][0022]其中I
m
＝1
×
104,α＝
‑
147900,β＝
‑
1877833，带入公式(2)(3)得到雷电流的离散频谱图；随着谐波频率kf0增大，幅度频谱不断衰减并最终趋于零，即频率越高，电流幅值越趋于零。
[0023]进一步，步骤S13中，雷电流的总能量为：
[0024][0025]将α、β和M的值带入式(4)得到雷电流的总能量：W＝3.62
×
103，将不同的频率值带入得到不同频率的能量大小，进而得到不同频率范围的能量比例分布。
[0026]进一步，通过步骤S1所得的雷电流频谱图和能量占比图中，雷电流的振幅主要集中在低频部分；2.6/50μs的雷电流能量主要集中在0～10kHz，其中0kHz～10kHz频率范围内雷电流的能量最多，占雷电流总能量的90％；
[0027]根据基波频率在0～10kHz的低频范围内仅测量频率点为f0～f3的接地极的频率响应，从而达到准确获得接地极端部时域响应表达式的目的。
[0028]进一步，步骤S2具体包括以下步骤：
[0029]将得到的测量频率范围和测量频率点，采用三极法测量接地极在不同测量频率点下的阻抗响应，得到接地极端部电势在测量频率点下的数值大小。
[0030]进一步，步骤S2中，接地极长度为L＝10m，电位测量极P离杆塔塔基的直线距离L
PG
＝2.5L＝25m，电流极C离杆塔塔基的直线距离L
CG
＝4L＝40m；
[0031]以无穷远处为参考点，接地极的电位应为：
[0032][0033]则接地体电流I在接地极G与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：选择不同波形参数的雷电流波形，研究经过周期延拓后雷电流的频谱特性和能量特性，得到雷电流的频谱图和能量谱图，确定雷电流幅值和能量的集中频率范围和测量频率点；S2：研究接地极在该频率范围内的阻抗响应，得到接地极端部电势在不同频率下的数值大小；S3：提出含有未知特征参数的接地极端部电势时域响应表达式，并对时域响应表达式进行正向傅里叶变换，得到含有未知参量的阻抗响应表达式，根据待定系数法确定表达式中的特征参数。2.根据权利要求1所述的基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法，其特征在于：选择土壤电阻率为150Ω
·
m，接地极长度为10m，埋深0.8m，接地极半径0.006m进行分析。3.根据权利要求2所述的基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：S11：选择波形参数为2.6/50μs、幅值为10kA的雷电流，得到表征该波形参数的双指数函数并进行周期延拓，得到计算模型；S12：根据计算模型，得到雷电流函数周期和基波频率；对经过周期延拓的双指数函数进行正向傅里叶变换，得到雷电流函数的离散频谱图；S13：根据帕斯瓦尔功率守恒定理，得到不同频率点下雷电能量的大小并求其不同频率范围的能量比例分布；根据雷电流频谱图和能量占比图，确定雷电流幅值和能量的集中频率范围和少量测量频率点。4.根据权利要求3所述的基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法，其特征在于：步骤S11所述波形参数的双指数函数为：I(t)＝10474
×
(e
‑
14790t
‑
e
‑
1877833t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)。5.根据权利要求4所述的基于异频阻抗的冲击接地电阻测量方法，其特征在于：步骤S12中，对经过周期延拓的双指数函数进行正向傅里叶变换，得到连续周期双指数函数直流分量及n次谐波分量的表达式：分量及n次谐波分量的表达式：其中I
m
＝1
×
104,α＝
‑
147900,β＝
‑
1877833，带入公式(2)(3)得到雷电流的离散频谱图；随着谐波频率kf0增大，幅度频谱不断衰减并最终...

【专利技术属性】
技术研发人员：张占龙，李一釥，旦乙画，叶华睿，邓军，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：