本發(fā)明涉及接地電阻短距測量
技術領域：
，特別是涉及一種接地網(wǎng)接地電阻的測量方法。
背景技術：
：發(fā)電廠、變電站的接地電阻是指入地電流經(jīng)變電站接地導體網(wǎng)絡流入到大地中時，接地導體網(wǎng)絡所呈現(xiàn)的電阻。接地電阻反映了電力系統(tǒng)防雷接地、保護接地及工作接地的水平和能力，直接關系到電力系統(tǒng)的安全可靠運行。對接地電阻的測量能夠對發(fā)電廠、變電站接地網(wǎng)接地電阻的設計指標、工程建設、運行狀況進行驗收和評估，確保電力系統(tǒng)的安全可靠運行。因此，對接地電阻的測量是電力系統(tǒng)中一項重要的測量試驗。現(xiàn)有技術中，對于變電站接地電阻的測量通常采用長距離接地電阻的測量方法，由于長距離接地電阻測量方法中引線過長容易導致測量工作量大、電源功率要求較高等問題，目前一般采用短距離接地電阻測量方法。短距離接地電阻測量方法即采用兩點法測量地中總電阻、采用三級法測量輔助電極的接地電阻，并用地中總電阻減去輔助電流極的接地電阻，從而得到接地網(wǎng)的接地電阻的一種測量方法。然而，在接地網(wǎng)周邊進行回流極接地電阻的測量時，容易受到接地網(wǎng)不平衡入地電流和接地網(wǎng)金屬導體阻性耦合的影響，使得測量結果不準確，此外，由于輔助電流極的降阻能力有限，一般輔助電流極的接地電阻遠大于接地網(wǎng)的接地電阻，從而使得輔助電流極接地電阻的測量誤差嚴重影響待測接地網(wǎng)接地電阻測量結果的準確性。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明實施例中提供了一種接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，以解決現(xiàn)有技術中的短距測量結果準確性較低的問題。為了解決上述技術問題，本發(fā)明實施例公開了如下技術方案：本發(fā)明提供了一種接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，包括以下步驟：設置測量回路、電壓極和輔助電流極；測量所述電壓極與所述輔助電流極之間的距離以及所述電壓極與接地網(wǎng)之間的電位差；根據(jù)所述距離與所述電位差，采用最小二乘法求得解析函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)；利用所述最優(yōu)參數(shù)和解析函數(shù)計算接地電阻值。優(yōu)選地，所述采用最小二乘法求得解析函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，包括：將每一組所述電位差與距離均帶入解析函數(shù)y＝k/x+b，其中，y為電位差，x為距離；采用最小二乘法求得每一組電位差與距離對應的參數(shù)k和b的值；計算每一組所述參數(shù)k和b的值對應的偏差平方和，并判斷所述參數(shù)k和b的值對應的偏差平方和是否最??；當所述參數(shù)k和b的值對應的偏差平方和最小時，確定所述參數(shù)k和b的值為最優(yōu)參數(shù)。優(yōu)選地，所述利用所述最優(yōu)參數(shù)和解析函數(shù)計算接地電阻值，包括：根據(jù)所述解析函數(shù)計算接地網(wǎng)電位升；根據(jù)所述電位升計算所述接地電阻值。優(yōu)選地，所述計算每一組所述參數(shù)k和b的值對應的偏差平方和，包括：將每一組所述電位差與距離以及對應的參數(shù)k和b的值帶入偏差平方和函數(shù)計算得出所述偏差平方和，所述偏差平方和函數(shù)為其中，y為電位差，x為距離。優(yōu)選地，所述設置測量回路、電壓極和輔助電流極，包括：選取設定距離設置四個電極的并聯(lián)輔助電流極，其中每個所述輔助電流極距離接地網(wǎng)的形心均為1m；在所述輔助電流極之間設置電流測量引線，構成測量回路；選取與所述測量回路垂直的方向設置電壓極。優(yōu)選地，所述輔助電流極與所述接地網(wǎng)的距離為所述接地網(wǎng)對角線長度的1.5-5倍。由以上技術方案可見，本發(fā)明實施例提供的接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，通過測量輔助電流極電位分布，結合輔助電流極電位的解析計算公式，采用最小二乘法進行擬合結果的誤差分析和參數(shù)選擇，確定輔助電流極實測電位分布曲線，同時，在測量曲線中補償出輔助電流極電位對待測接地網(wǎng)電位的降落，獲得接地網(wǎng)地電位升的準確數(shù)值，從而能夠求得更加準確的接地電阻。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的一種接地網(wǎng)接地電阻的測量方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的另一種接地網(wǎng)接地電阻的測量方法的流程示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的一種接地網(wǎng)接地電阻的測量裝置結構示意圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的一種輔助電流極的結構示意圖；圖示說明：1-接地網(wǎng)，2-輔助電流極。具體實施方式為了使本
技術領域：
的人員更好地理解本發(fā)明中的技術方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。參見圖1、圖2、圖3和圖4，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種接地網(wǎng)接地電阻的測量方法的流程示意圖，圖2為本發(fā)明實施例提供的另一種接地網(wǎng)接地電阻的測量方法的流程示意圖，圖3為本發(fā)明實施例提供的一種接地網(wǎng)接地電阻的測量裝置結構示意圖，圖4為本發(fā)明實施例提供的一種輔助電流極的結構示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，包括以下步驟：步驟S100，設置測量回路、電壓極和輔助電流極。具體的，如圖3所示，為本發(fā)明實施例提供的一種接地網(wǎng)接地電阻的測量裝置結構示意圖，其中，1為接地網(wǎng)，2為輔助電流極。設置的方法可根據(jù)現(xiàn)場條件布置測量回路，電流測量回路的長度一般選擇接地網(wǎng)對角線長度的1.5-5倍。輔助電流極的位置應選取土壤較為平坦、植物覆蓋較少且無地下管道的開闊區(qū)域，采用矩形布置方式布置輔助電流極并連接地極。如圖4所示，為本發(fā)明實施例提供的一種輔助電流極的結構示意圖，輔助電流極采用四根接地極，設置四個電極的并聯(lián)輔助電流極，構成到接地網(wǎng)的形心為1m的正方形接地極。在輔助電流極之間設置電流引線，構成測量回路，電壓極的設置則選取與測量回路垂直的方向，如距離輔助電流極3m-10m的位置，間隔1m設置電壓極，測量電壓差值，而在距離輔助電流極10m-20m的位置，間隔2m設置電壓極，測量電壓差值。同時，在布置電壓極時，測量出沿路電位降曲線，采用單根接地極接地、注入電流，從而計算等效土壤電阻率。步驟S200，測量所述電壓極與所述輔助電流極之間的距離以及所述電壓極與接地網(wǎng)之間的電位差。測量方法為三極法，即在接地網(wǎng)引下線處布置測量電流注入點，在遠離接地網(wǎng)對角線長度4-5倍的等效距離處布置輔助電流極，采用測試電纜構成電流回路。如此測量，可使得在該區(qū)域輔助電流極的電位分布曲線是完整無損的，從而使得測量結果更加準確。步驟S300，根據(jù)該距離與電位差，采用最小二乘法求得解析函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)。具體的，采用最小二乘法求得解析函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)的步驟包括：步驟S301，將每一組電位差與距離均帶入解析函數(shù)y＝k/x+b中，其中，y為電位差，x為電壓極到輔助電流極中心的距離。以解析函數(shù)y＝k/x+b為目標方程，將每一組電位差與距離均帶入目標方程中，即可得到一系列的方程。步驟S302，采用最小二乘法求得每一組電位差與距離對應的參數(shù)k與b的值。將該一系列方程采用最小二乘法求得其所對應的參數(shù)k和b的值。步驟S303，計算每一組參數(shù)k和b的值對應的偏差平方和，并判斷該參數(shù)k和b的值對應的偏差平方和是否最小。其中，計算每一組參數(shù)k和b的值所對應的偏差平方和，包括，將每一組電位差與距離以及對應的參數(shù)k和b的值帶入偏差平方和函數(shù)計算得出偏差平方和，偏差平方和函數(shù)為其中，y為電位差，x為電壓極到輔助電流極的中心的距離。步驟S304，當參數(shù)k和b的值對應的偏差平方和最小時，確定參數(shù)k和b的值為最優(yōu)參數(shù)。當參數(shù)k和b的值所對應的偏差平方和最小時，此時，k和b的值即為所求解析函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)。步驟S400，利用最優(yōu)參數(shù)和解析函數(shù)計算接地電阻值。具體的，當?shù)玫阶顑?yōu)參數(shù)k和b之后，即可得到解析函數(shù)，利用解析函數(shù)可計算接地網(wǎng)的電位升，通過R＝U/I，即可根據(jù)電位升計算得到接地網(wǎng)的接地電阻值。針對以上測量方法，下面從測量原理對其進行詳細說明。在進行發(fā)、變電站接地網(wǎng)的接地電阻測量試驗時，普遍采用三極法測量原理進行試驗布線和測量。即在接地網(wǎng)引下線處布置測量電流注入點，在遠離接地網(wǎng)4-5D(D為接地網(wǎng)對角線的長度)等效直徑距離布置輔助電流極，采用測試電纜構成電流回路。由于在測試電流注入接地網(wǎng)的同時，有同樣大小的測試電流流出輔助電流極，根據(jù)電路原理將其等效為等值負電流流入。故測試電流通過接地網(wǎng)和輔助電流極向地中散流時，以各自為中心形成了兩個電位極性相反的高電位區(qū)域，并且隨到接地裝置中心的距離呈指數(shù)規(guī)律下降。大量實驗數(shù)據(jù)和理論分析得到，在距離接地網(wǎng)1.5D-2D范圍以外，接地網(wǎng)產(chǎn)生的電位梯度很低，地表電位呈緩慢下降趨勢，在其附近30-50m范圍地表電位可以等效為恒定值c。因此，將輔助電流極設置在距離接地網(wǎng)1.5D-2D范圍處，此時地表電位分布的情況即為在輔助電流極電位曲線基礎上疊加一恒定電位。進而在該區(qū)域測量輔助電流極的電位分布曲線是完整無損的。由于三極法的地表電位分布為接地網(wǎng)電位和輔助電流極電位的疊加，因此通過對地表電位分布的測量，如果能夠還原出其中一條電位分布曲線，就可以找到接地電阻測量的零電位點和準確的接地網(wǎng)地電位升高電壓，從而求得準確的接地網(wǎng)接地電阻值不同的接地網(wǎng)形狀和設計參數(shù)差別很大，因此很難找到滿足準確度要求的通用的電位計算解析公式。但是輔助電流極為操作人員現(xiàn)場布置，因此布置解析公式確定的標準輔助電流極，其電位分布計算值即和實際的電位分布情況一一對應。對實際的電位分布情況進行測量，并采用電位分布解析公式進行最優(yōu)化參數(shù)計算，可以得到準確的輔助電流極電位分布解析函數(shù)，實現(xiàn)對輔助電流極電位曲線的還原。由之前的理論分析可以得到，1.5D-2D處的由接地網(wǎng)散流產(chǎn)生的電位化緩慢，小范圍內電位可看作常數(shù)c，故還應對其進行補償。根據(jù)電磁場的互易性定理，兩接地裝置之間的互阻抗為恒定，因此相同電流下，接地網(wǎng)在輔助電流極處的電位與輔助電流極在接地網(wǎng)引起的電位降落相等。故電位c為接地網(wǎng)的地電位升的一部分，對其進行修正，即可得到接地網(wǎng)的實際地電位升高電壓。從而得到補償了輔助電流極影響的準確接地電阻值。標準輔助電流極的布置方式及其解析公式至關重要。工程中經(jīng)常采用圓棒電極如鍍鋅鋼、鋼筋作為接地極。長度為0.6m-2m。將半徑為r，長度為l的圓棒形接地極垂直埋入地中，且棒的上端與地面齊平。根據(jù)鏡像法原理，可計算出地面上任意點的電位為：uN=ρI2πl∫0ldzz2+r2=ρI2πllnl+l2+r2r.]]>當圓棒形輔助電流極長度為0.6-2m時，他們的電位分布與點電源的電位分布曲線基本是完全重合的。由于工程測量中所使用的圓棒形輔助電流極長度一般都不超過2m，因此可以選取點電源作為輔助電流極等效模型，以此進行分析和計算，即同時，在進行接地電阻測量時，為了降低輔助電流極的接地電阻，往往需要采用多根垂直接地極并聯(lián)的方式進行布置。同樣采用仿真分析計算可得，在多根接地極并聯(lián)入地的情況下，相距一米，夾角90度布置四根接地極同樣可用上述公式進行計算。輔助電流極散流產(chǎn)生的地表電位分布公式為：x是觀測點距離輔助電流極的距離，令利用電壓極測量的數(shù)據(jù)都是電壓，考慮接地網(wǎng)在輔助電流極附近產(chǎn)生的電位c，因此輔助電流極處的實際電位為：且現(xiàn)場電壓引線兩端的電位差是以注入點電位為u10+u20零參考點的電壓差，其中u10為接地網(wǎng)單獨散流時的電位升，u20為輔助電流極電流在接地網(wǎng)產(chǎn)生的電位。根據(jù)電磁場互易性定理，接地網(wǎng)和回流極之間互阻抗相等，所以二者單獨散流時彼此在對方所在位置產(chǎn)生的電位大小相等，符號相反。即l為測量電流引線總長度。因此現(xiàn)場電壓極兩端實際測量電壓為：現(xiàn)場測量時，如在輔助電流極附近布置電壓極測量點1、2、3、4、5…n等。測量得到電位差Δu1，Δu2，Δu3，Δu4，Δu5…Δun，假設上述測量點對于無窮遠處的實際電位為u1，u2，u3，u4，u5…un，則Δun＝un-(u10+u20)，通過現(xiàn)場測量獲得n組測量值(n＝1,2,3…N)，x為電壓極到輔助電流極中心的距離，y為測量電壓，使用其解析函數(shù)公式作為目標方程。采用最小二乘法進行解析函數(shù)最優(yōu)參數(shù)求解。在最小二乘法意義下，確定參數(shù)k和b使偏差平方和最?。毫頺＝k(0)+Δk；b＝b(0)+Δb。k(0)、b(0)為k、b的預設初值。將f(k,b)在k(0)、b(0)展開為泰勒級數(shù)，略去二次以上的高階項得：f(k,b)=f(k(0),b(0))+∂f(k(0),b(0))∂kΔk+∂f(k(0),b(0))∂bΔb]]>令使Q在最小二乘意義下取最小，分別對k(0)、b(0)求偏導，令其為零，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]]>當近似值k(0)、b(0)，觀測值yn給定時，可以解出Δk、Δb，從而求出k(1)、b(1)。當Δk、Δb不滿足精度要求時，采用當前的k(1)、b(1)重復上述計算，如此反復迭代直到Δk、Δb滿足計算的允許誤差，此時的k(t)、b(t)即為所求解析函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)(k(t)、b(t)為第t次重復時參數(shù)k和b的值)。求得參數(shù)后，令x＝0.5l即可得到接地網(wǎng)補償了輔助電流極影響的真實地電位升高，從而得到接地網(wǎng)的接地電阻其中由以上技術方案可見，本發(fā)明實施例提供的接地網(wǎng)接地電阻的測量方法，通過測量輔助電流極電位分布，結合輔助電流極電位的解析計算公式，采用最小二乘法進行擬合結果的誤差分析和參數(shù)選擇，確定輔助電流極實測電位分布曲線，同時，在測量曲線中補償出輔助電流極電位對待測接地網(wǎng)電位的降落，獲得接地網(wǎng)地電位升的準確數(shù)值，從而能夠求得更加準確的接地電阻。需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。以上所述僅是本發(fā)明的具體實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現(xiàn)本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。當前第1頁1 2 3