【文章內(nèi)容簡介】 為視在土壤電阻率；R為所測電阻；a為電極間距；b為電極深度?，F(xiàn)場通常b≤，則可取b＝0，上式簡化為深度a處的視在土壤電阻率：圖51 溫納法測土壤電阻率傳統(tǒng)的土壤電阻率測試是采用接地?fù)u表完成，測量表層土壤電阻率由于放線比較短，測量準(zhǔn)確性是可以保證的，但涉及到放線較長的深層土壤電阻率（最深需要測到400m，相應(yīng)地放線要其3倍的距離），由于測量線之間的互感影響將很大，導(dǎo)致深層土壤電阻率測量值失真，而接地網(wǎng)中電流的擴散主要通過深層土壤實現(xiàn)的，因此深層土壤電阻率的準(zhǔn)確測量尤其重要。目前使用的接地?fù)u表乃至紅相的接地測量系統(tǒng)，都是采用交流電流原理（頻率異于工頻），均無法擺脫測量線之間互感的影響，而采用直流測量又將帶來極化效應(yīng)，采用交變直流電源的法國IRIS公司生產(chǎn)的SYSCAL型土壤分析儀（圖52）則可以有效解決這個問題，即通過以周期反向的直流電流作為激勵源，避免因交流電流激勵條件下測試線間的互感給測試結(jié)果帶來的影響。圖52 SYSCAL型土壤分析儀 測量和計算結(jié)果 變電站站址分層視在土壤電阻率測試結(jié)果根據(jù)500kV硯都變電站的現(xiàn)場情況測試線路選在變電站內(nèi)預(yù)留擴建部分場地和站外圍墻邊（測短距）和站外大路（測長距），測試結(jié)果見表51。表51 肇慶局500kV硯都變電站站址視在土壤電阻率測試結(jié)果極間距（m）信號電壓（mV）注入電流（mA）視在土壤電阻率（Ωm）1020305075100150200250300350400450500 土壤分層結(jié)構(gòu)計算結(jié)果CDEGS軟件的RESAP模塊可根據(jù)土壤電阻率的測試結(jié)果計算土壤分層結(jié)構(gòu)，具體即：選定測試方法——溫納(Wenner)法；輸入電極間距（a）、電極入地深度（b）和視在電阻率測試值（ρ）計算。實用中，通常b≤，軟件采用簡化計算方法（Ignore Probe Depth），只需輸入輸入電極間距（a）和視在電阻率測試值（ρ）即滿足計算條件。500kV硯都變電站站址土壤電阻率計算結(jié)果見圖52及表52，為水平四層結(jié)構(gòu)。表52 500kV硯都變電站站址土壤分層結(jié)構(gòu)計算數(shù)據(jù)深度（m）土壤電阻率（Ωm）infinite圖52 土壤分層結(jié)構(gòu)計算結(jié)果 結(jié)論對500kV硯都變電站站址的不同間距的視在土壤電阻率現(xiàn)場測試，結(jié)合CDEGS（電流分布、電磁干擾、接地和土壤結(jié)構(gòu)分析）軟件的RESAP模塊計算，得到變電站站址的土壤結(jié)構(gòu)為表52所示的水平四層的分層結(jié)構(gòu)。500kV硯都變電站站址的深層土壤電阻率總體水平比較高，土壤條件比較差。六 基于CDEGS軟件的變電站接地網(wǎng)狀態(tài)數(shù)值評估 前言 CDEGS軟件的簡介CDEGS是Curret Distribution、Electromagnetic Field、Grounding and Soil Structure Analysis（電流分布，電磁場，接地和土壤結(jié)分布）的縮寫，它是由加拿大SES公司（Safe Engineering Servicesamp。Technologies Itd．安全技術(shù)工程服務(wù)有限公司）出品。該軟件為接地、電磁場、交直流電磁兼容，以及陰極保護(hù)等問題服務(wù)，具有多種組件高度集成以及多功能的通用軟件工具，它可以計算在正常運行、故障、雷擊，以及操作暫態(tài)條件下，任意由地上或地下的帶電導(dǎo)體所組成網(wǎng)絡(luò)中的電流和電磁場，其中土壤結(jié)構(gòu)可以是非均勻的多種類型的土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體可以是裸導(dǎo)體、帶絕緣層的管道或在管道中的電纜。目前CDEGS軟件包具有RESAP、MALT、MAIZ、SPLITS、TRALIN、HIFREQ、 FCDIST、FFTSES共計8個功能模塊。（1）RESAP（R233。sistivit233。 Apparente，電阻率分析）RESAP主要功能即土壤電阻率計算和土壤結(jié)構(gòu)分析。通過測量所得的視在土壤電阻率，計算得到等效的土壤結(jié)構(gòu)，包括不同層的厚度和該層相應(yīng)的土壤電阻率。輸入數(shù)據(jù)是采用四極法測量所得的視在土壤電阻率和相應(yīng)的極間距，必要時還可以輸入電極入地深度。根據(jù)土壤結(jié)構(gòu)的具體特點，RESAP可以將土壤等效為水平分層、垂直分層以及經(jīng)常在輸電線路參數(shù)計算中用到的土壤電阻率隨深度指數(shù)變化的指數(shù)分層土壤結(jié)構(gòu)。（2）MALZ（Mise 224。 La Zerre接地計算和分析）MALZ的主要功能即高頻條件下的接地計算和分析。通過對接地網(wǎng)的頻域特性分析得到：空間電磁場分布、導(dǎo)體與土壤電位分布、導(dǎo)體中的電流分布。適合于分析那些與較大導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)相鄰的且有外護(hù)層的管道之間的相互作用, 此時整個導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)不能簡單地看作是等電位。還可以用于分析接地網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)特性以及導(dǎo)體的陰極保護(hù)研究。MALZ的輸入數(shù)據(jù)包括：土壤結(jié)構(gòu)；接地極和其它地下敷設(shè)的金屬裝置的尺寸（圓柱體或等效圓柱體）、位置，以及護(hù)層的尺寸和電阻率；注入電流的幅值、波形（頻率、相位），以及電流注入點的位置。（3）SPLITS（ Simulation of Power Lines，Interconnections and Terminal Stations，線路和所相連的變電站回路模擬）詳細(xì)模擬變電站和連接變電站的線路，進(jìn)行平衡或不平衡(包括短路)條件下不同導(dǎo)體的電流分布計算。對線路的模擬包括線路桿塔接地電阻，對變電站的模擬包括母線、接地裝置和變壓器，就變壓器而言，可以模擬單相、三相變壓器，可考慮繞組接線方式。繞組可以是雙繞組或三繞組，并可模擬自耦變壓器。（4）TRALIN （TRAnsmission LINes，輸電線路）對電力載流導(dǎo)體(包括地面以上的導(dǎo)線、地面以下的電纜和管線)的電氣參數(shù)，進(jìn)行靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)的分析計算，并且可以計算靜電電位和電位梯度。計算任意條不同規(guī)格的輸電線路或配電線路，不同導(dǎo)體的空間位置可以任意布置，在所計算的情況中，可以同時存在電纜、管線、多股導(dǎo)線組成的導(dǎo)體；對于裸導(dǎo)體，有絕緣層的導(dǎo)體，在地面以上的、或在土壤中的導(dǎo)體情況均可以計算；同時可以考慮土壤結(jié)構(gòu)不均一的特性。（5）HIFREQ（High Frequence，高頻分析）計算地面以上和地中導(dǎo)體的電流分布，根據(jù)導(dǎo)體電流分布結(jié)果進(jìn)行地面以上空間和地中由軟件使用者指定區(qū)域的電場、磁場和電位(包括導(dǎo)體的電位)。其中電源的模擬可以采用電壓源或電流源，而且可以采用外部電場的方式；另外，可以模擬電阻、電感和電容等集中參數(shù)；HIFREQ的計算頻率可以從0Hz到幾十MH2；可以定義導(dǎo)體處于無限大介質(zhì)，或敷設(shè)于均一或兩層土壤中；空氣、土壤和導(dǎo)體的電阻率、介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率可以是任意值。（6）FCDIST （Fault Current Distribution，故障電流分布）主要功能和SPLITS基本相同，模擬變電站和連接變電站的線路，進(jìn)行不同導(dǎo)體的電流分布計算。其特點是模擬相對簡化，例如采用單相等值參數(shù)和地線模擬實際的帶地線的三相線路，線路檔距、桿塔接地電阻在同一個算例中必須一樣。這樣處理的結(jié)果是和實際情況有一定差距，但在滿足工程需要的基礎(chǔ)上減少了工作量，提高了研究、解決問題的速度。（7） FFTSES（Fast Fourier Transform SES，SES中的FFT變換）FFTSES是MALT、SPLITS和HIFREQ等頻域相關(guān)模塊的輔助模塊。在FFTSES中通過傅立葉變化和傅立葉反變換，幫助用戶進(jìn)行頻域的暫態(tài)分析，以及實現(xiàn)頻域和時域的轉(zhuǎn)換。對于具體的工程實際問題，可能要運用以上8個模塊中的一個或幾個，以取得滿意的分析結(jié)果。 CDEGS軟件在變電站接地網(wǎng)狀態(tài)數(shù)值評估中的應(yīng)用變電站接地網(wǎng)狀態(tài)數(shù)值評估主要是基于CDEGS軟件，根據(jù)實際接地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，采用測量分析得到的分層土壤模型，分析分層土壤模型下接地系統(tǒng)的電氣參數(shù)。主要內(nèi)容包括：（1）對運行變電站接地阻抗測試結(jié)果以及分流對運行變電站接地阻抗測試結(jié)果的影響的影響進(jìn)行詳細(xì)計算研究，通過軟件計算和實測結(jié)果對照，驗證CDEGS軟件仿真模型的可信性，給出變電站接地阻抗值；（2）確定變電站最大入地故障電流及其分布情況；（3）以整個變電站場區(qū)為研究對象，計算實際接地系統(tǒng)在接地短路時地網(wǎng)接地導(dǎo)體的電位升高，是否滿足二次設(shè)備安全的要求；（4）計算變電站跨步電壓Us和接觸電壓Ut分布情況，對比測試結(jié)果和跨步電壓Us和接觸電壓Ut的限值，判斷變電站Us、Ut的分布情況，分析和評估在地表產(chǎn)生的接觸電壓和跨步電壓是否滿足人身安全要求。軟件變電站接地網(wǎng)狀態(tài)數(shù)值評估中應(yīng)用的基本流程如圖61，箭頭方向指數(shù)據(jù)的輸入方向，括號內(nèi)的字符串指計算所要采用的模塊。圖61 CDEGS軟件在評估中應(yīng)用的基本流程 接地網(wǎng)接地阻抗仿真計算與測量結(jié)果的比對驗證 接地網(wǎng)接地阻抗仿真計算根據(jù)500kV硯都變電站接地網(wǎng)設(shè)計圖，利用CDEGS軟件中的MALZ（接地網(wǎng)分析）模塊和第五章中的土壤分層計算結(jié)果，對接地網(wǎng)的接地阻抗進(jìn)行了計算。根據(jù)地網(wǎng)竣工圖建立的地網(wǎng)導(dǎo)體矩陣拓?fù)鋱D如圖62所示。圖中，主地網(wǎng)面積近60000m2，共使用Φ22熱鍍鋅圓鋼18000m，∠50505的熱鍍鋅角鋼250根。基建時由于接地電阻難以達(dá)標(biāo)，向站外共增設(shè)了39根延長接地線（其中兩根沿進(jìn)站道路兩邊敷設(shè)至200m外），同時在主接地網(wǎng)邊緣的四周以地面夾角25176。向外低洼方向打了11口斜井，每口斜井長度約120m，在每口井內(nèi)均勻放置4套DK—AC電解離子接地極。（a）俯視圖（b） 450角俯視圖（c） 剖面?zhèn)纫晥D圖62 500kV硯都變電站接地網(wǎng)示意圖MALZ模塊的地網(wǎng)導(dǎo)體矩陣要求導(dǎo)體是圓柱體，故需要對地網(wǎng)導(dǎo)體做等效，見表61，等效方法參見解廣潤著《電力系統(tǒng)接地技術(shù)》。表61 地網(wǎng)導(dǎo)體等效結(jié)果原始參數(shù)等效參數(shù)水平接地導(dǎo)體熱鍍鋅圓鋼，約18000m，Φ22mm，熱鍍鋅圓鋼，約18000m，Φ22mm，垂直接地極角鋼，250根，50505 mm ，圓柱體鋼棒，250根，、Φ54mm用CDEGS軟件附帶SESCAD模塊中輸入導(dǎo)體參數(shù)和土壤結(jié)構(gòu)，直觀畫出地網(wǎng)導(dǎo)體的拓?fù)鋱D。 仿真計算與測量結(jié)果的比對驗證，分析以上數(shù)據(jù)差距的主要原因有以下幾個方面：（1）考慮出線地線分流，第二章的測試值比真實值要小。根據(jù)實測出線地線分流系數(shù)后，剔除分流影響后的接地阻抗算術(shù)換算值（只考慮模，不考慮分流與注入電流的相角差，因為500kV變電站現(xiàn)場與出線避雷線有金屬連接的構(gòu)架多達(dá)近百根，相角差測量不現(xiàn)實，且流過構(gòu)架的電流存在部分自環(huán)流，不能全部反映避雷線的分流），(%)=，與計算得到的接地阻抗（）%；%（），與實測的分流系數(shù)（%）%，從地網(wǎng)的接地阻抗值和地線分流值兩個方面驗證了CDEGS軟件仿真模型的可信性。（2）土壤電阻率測量中的誤差，導(dǎo)致土壤分層計算中土壤結(jié)構(gòu)與實際情況可能存在差別，使計算出的接地阻抗值與實際值有差別?？紤]現(xiàn)場測試有眾多干擾因素，而CDEGS模擬計算對土壤水平分層結(jié)構(gòu)等效，能更好反映地網(wǎng)的真實情況，該值超過變電站設(shè)計和運行要求值（）。 單相接地短路電流計算 調(diào)度短路電流計算結(jié)果500kV硯都變電站各線路的線路參數(shù)和短路電流情況以及架空地線參數(shù)分別如表63和64所示（單相接地短路電流由廣東電網(wǎng)電力調(diào)度中心計算得到）。表中I50