基于CDEGS的离子接地深井模拟方法探讨
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第27卷第6期 2{}14年6月 广东电力 GUANGD0NG ELECIRIC POWER Voll 27 NO.6 Jun.20l4 doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2014.06.021 基于CD EGS的离子接地深井模拟方法探讨 居一峰 ,肖磊石 ,周菲 (1.海南电网公司海口供电局,海南海口570206;2.广东电网公司电力科学研究院,广东广州51o()8()) 摘要:为了正确评价离子接地深井降阻措施的降阻效果,并用以指导设计,需要对离子接地深井进行正确模拟。 基于CDEGS软件,提出了一种工程上较为合理的离子接地深井模型模拟方法,并结合一个工程实际应用,通过 现场测试与仿真结果验证了该模拟方法的可行性,解决了离子接地深井的合理模拟问题,对接地网设计阶段的 安全性分析起到了进一步完善的作用。 关键词:接地网;离子接地深井;模拟方法;CDEGS软件 中图分类号:TM862 文献标志码:A 文章编号:1007.29Ox(2()14)()6.0096.04 Discussion on Ion Grounding Deep Well Simulation Method Based on CDEGS JU Yifeng ,XIAO Leishi ,ZHOU Fei (1.Haikou Power Supply Bureau of Hainan Power Grid Corporation,Haikou,Hainan 570206,China;2.Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Corporation,Guangzhou,Guangdong 510080,China) Abstract:In high soil resistivity region,resistance reducing measure of ion grounding deep well is gradually applied in resist— ance reducing engineering of substation grounding grid.For correctly estimate resistance reducing effect and guiding specific design,it is required to carry on correct simulation on ion grounding deep wel1.Based on CDEGS software,this paper propo— ses a kind of reasonable simulation method of ion grounding deep well mode1.Combining with a practical engineering applica- tion and by field testing and simulating results,it verifies feasibility of this method which is able to solve reasonable simula— tion problem of ion grounding deep well and play a further complete role in analyzing safety of grounding grid design stage. Key words:grounding grid;ion grounding deep well;simulation method;CDEGS software 在高土壤电阻率地区,降低接地网的接地阻抗 是一个世界范围内的难题,目前尽管对其长效性存 在争议,但离子接地深井这种降阻措施在变电站接 地网降阻中的应用依然有逐渐增多的趋势。该降阻 措施通过向地表纵深方向泄放离子来改善原接地网 随着接地网设计水平向更高的理论层次迈进,越来 越多地指导了变电站接地网的设计,已达到技术经 济的最优化l3 ]。 对于采用离子接地深井降阻措施的接地网,在 进行准确的接地网设计或安全性分析之前,必须对 外一定范围内的土壤导电性能,以实现降阻 ]。 接地网安全性分析主要是借助于接地分析软件 的数值分析方法,通过现场实测和理论计算相结合 的办法,能够准确给出接地网入地故障电流、接地 离子接地深井(以下简称深井)进行正确的仿真模拟 分析。而工程上缺乏与离子接地深井有关的实际数 据,因此提出一种工程上合理实用的深井方法有重 要的意义。 阻抗、接触电压、跨步电压和地网电位分布等参数 的现时状态,并在此基础上分析接地网的安全性。 1深井工作原理 深井主要是由电解离子接地极埋于深井内构 收稿日期:2013.1().11 成,缝隙中填充有降阻剂。电解离子接地极通常由 若干节铜管组成,作为释放电解质的载体,铜管上 第6期 居一峰,等:基于CDEGS的离子接地深井模拟方法探讨 有呼吸排泄孔。铜管内填无毒化合物晶体,铜管埋 于地下,铜管上的呼吸孔吸收土壤中的水分,使化 学晶体变为电解质溶液,从该孑L中排泄出。这些溶 液在特殊回填料的吸取作用下,均匀流入土壤,在 土壤中形成导电率良好的电解离子土壤。特别是在 砂土、岩石等地质结构的地下,电解液可向砂质粘 土的纵深方向渗透,使原来导电率极差的砂岩地质 结构形成一个良好的电解质导电通道[5]。 通过向地表纵深方向泄放离子来改善原接地网 外一定范围内的土壤接地阻抗率,减少了接地极与 周围土壤之间的泄流电阻,从而达到降低接地阻抗 值的目的。图1和图2为某厂家生产的深井工作原 理图和现场布置图_6J。 一 图1 离子接地极工作原理 图2深井布放实景 2基于CDEGS的深井模拟 本文结合某220 kV变电站的工程实例,对其 采用深井法进行仿真与测试对比,最后提出一个模 拟方法。该变电站采用深井进行降阻,每口垂直深 井深度为30 m,直径为150 mm,每口深井内敷设 2套9 m长的电解离子接地极,并填充降阻剂,电 阻率为0.5~1 Q・m。 2.1模拟方法 电解离子接地极的降阻机理是通过改善周围土 壤的导电性来达到降阻目的。由于土壤介质的变化 非常复杂,直接模拟这种复杂的土壤结构几乎不可 行,因而将深井模拟成附有涂层的圆钢来进行分 析。这种模拟思路主要考虑的是涂层电阻率和涂层 厚度这2个参数的影响,从而模拟改善后接地极周 围的土壤。由于工程上缺乏与深井有关的实际数 据,因此本文主要探讨涂层厚度d和涂层电阻率』D 这2个参数,并提出一个工程上较为合理的深井模 型。根据这种模拟思路,用附有涂层的直径为 22 mm的圆钢模型进行深井模拟。 2.2涂层参数对深井接地阻抗的影响 分别对厚度d在1~15 m之间变化,电阻率l0 在1~15 Q・m之间变化时,在变电站站址所处的 土壤环境下,进行单口深井仿真模型接地阻抗计 算。涂层电阻率不同时深井接地阻抗与涂层厚度之 间的变化关系,以及涂层厚度不同时深井接地阻抗 与涂层电阻率之间的变化关系如图3和图4所示。 1—4分别为电阻率为15 n・m、10 Q・m、5 n・m、1 Q・m时的 接地电阻曲线。 图3 P不同时深井接地阻抗与d之间的变化关系 从上到下凸线依次表示涂层厚度为1 m、2 m、3 m、4 m、5 m、 6 m、7 m、8 m、9 m、lO m、15 m时的接地电阻曲线。 图4 d不同时深井接地阻抗与P之间的变化关系 由仿真结果可以看出: a)随着涂层厚度的增大,深井接地阻抗仿真 结果逐渐减小,并且这种减小的速率逐渐减缓。通 过曲线趋势可以判断,涂层厚度逐渐增大时,模型 的仿真结果将趋于某一定值。在不同的涂层电阻率 下,当涂层厚度由1 m增至15 m时,深井接地阻 抗降低了55.1()%~9.40%。 b)相同涂层厚度下,当涂层电阻率逐渐增大, 深井接地阻抗值也基本上为线性增大,但是这种变 化很小。在不同的涂层厚度下,当涂层电阻率由 1 Q・m增至15 Q・m时,深井接地阻抗增加了 广东电力 第27卷 3.51%~15.35%。 c)比较图3和图4,可以发现涂层厚度对模型 接地阻抗值的影响更大。该计算同时也说明模型的 涂层厚度(即等效渗透范围)是这种接地装置的一个 重要技术指标。 2.3工程实例中深井模型参数的确定 为了得到深井仿真模型的涂层参数,对该220 kV变电站已经敷设好的未与主接地网连接的单口 深井进行接地阻抗测试,结果为5.09 Q。考虑 ±10%的误差,取接地阻抗在4.58~5.60 Q之间 变化。 图4中,当涂层厚度在1~15 m之间变化且涂 层电阻率由1 Q・m增至30 Q・m时,单口深井仿 真计算结果几乎是线性增大的。由于接地阻抗在 4.58~5.60 Q之间变化,这种变化范围在图4中 只能覆盖某种范围内不同涂层厚度时的变化曲线。 涂层厚度为4 m时进行曲线拟合,单口深井 接地阻抗与涂层电阻率的曲线关系为R=0.02p+ 5.59,当接地阻抗在4.58~5.6()0之间变化时, l()的变化范围为O~0.5 Q・m,恰好能覆盖部分范 围;涂层厚度为10 m时进行曲线拟合,单口深井 接地阻抗与涂层电阻率的曲线关系为R:0.03p+ 3.77。当接地阻抗在4.58~5.6()Q之间变化时, lD的变化范围为27 ̄61 Q・m,此时涂层电阻率取 值已偏大。因此,可以认为该变电站所采用的深井 等效渗透范围在4~10 m之间。 在实际工程里,深井中降阻剂的电阻率很小, 只有().5~1 Q・m,而且离子接地极向土壤中渗透 电解液,这些因素均导致深井等效渗透范围内的电 阻率很小。因此,在仿真分析中,深井模型的涂层 参数应取厚度在4~10 m之间变化,而涂层电阻 率的取值范围应为1~1()Q・m。 2.4模型验证 对已经敷设完成的变电站接地网进行接地阻抗 测量。目前该变电站仍处于建设阶段,线路避雷线 和20 kV电缆进线未敷设至站内,测量时无需考 虑避雷线和电缆外护套的分流影响。测量时电流线 和电压线的布线长度约为4倍接地网对角线距离, 电流极一接地网边缘连线(电流线)与电压极一接地 网边缘连线(电压线)夹角为165。。根据DL/T 475—2()()6《接地装置特性参数测量导则》有关公式 计算,接地网接地阻应为测量值乘以修正系数 1/o.813,采用类工频(接近50 Hz的类工频)小电 流法测量,所加测试电流为3~10 A,接地阻抗测 量结果平均值为0.935 n。表1为测量结果。 表1测量结果 当深井模型的涂层参数中厚度的变化范围为 4~10 m,涂层电阻率变化范围为1~10 Q・m时, 该变电站接地网接地阻抗的仿真计算结果为 0.978 ̄1.099 Q。对比仿真结果和测试结果发现, 二者的误差为4.59%~17.54%。结果进一步验证 了深井仿真模型是满足误差要求的。 3结束语 在高土壤电阻率地区,变电站接地网在设计时 会考虑深井这种降阻措施,在利用CDEGS进行接 地网设计或安全性分析时,深井模型可以用附有涂 层的圆钢来分析,其中涂层厚度和涂层电阻率是深 井模型的2个重要参数。通过对一个22{)kV基建 变电站设计方案中采用的深井在仿真建模探讨和施 工实测中的验证,证明综合考虑深井涂层厚度和涂 层电阻率,因地制宜地选择这2个参数取值,可以 实现深井的合理模拟,进一步指导接地网降阻设计 和安全性评价。 参考文献: [1]李谦.电力系统接地网特性参数测量及其应用[M].北京:中 国电力出版社,2(}13. E23李谦,饶章权.城区变电站接地网降阻改造效果评价的初步探 讨_J].广东电力,2()1(),23(2):30—33. LI Qian,RAO Zhangquan Effect Evaluation of Resistance— reducing Transformation for Ground Grid of Urban Substation _J].Ouangdong Electric Power,2010,23(2):30.33 [3]张辰,周立行.对离子接地极在变电站接地网改造中的应用探 索[J].计算技术与自动化,2011,30(3):62—65. ZHANG Chen,ZHOU Lixing.Discussion on the Application of Ion Earthing Rod in the Substation Earthing Grid Recon— struction[J].Computing Technology and Automation,201 1, 3()(3):62.65. [43张春华,王雪梅.220 kV变电站接地系统设计【_J].东北电力技 第6期 术,2OlO,31(5):38—40. 居一峰,等:基于CDEGS的离子接地深井模拟方法探讨 Grid in SubstationsLJj.Process Automation Instrumentation, 2010,31(4):77-78. ZHANG Chunhua,WANG Xuemei Designing of Grounding System for 220 kV Substation[J].Northeast Electric Power Technology,2010,3l(5):38—40 Elo]陆德琳.接地模块在降低变电站接地电阻中的应用IJ].电气 技术,2012,(1):107—109. LU Delin.Applications of Grounding Model Used in Reduc- ing the Substation Grounding Resistance.2012,(1):107・ E5]郑小川,达伟改进型离子接地装置的研究EJ].陕西电力, 2()12,(4())8:42—45. ZHENG Xiaochuan。DA Wei Study on Improved Ion 1()9. Grounding Device[J].Shanxi Electric Power,2012,(40)8: 42.45. [11]张曾,文习山.任意块状结构土壤中接地的边界元法分析[J]. 电网技术,2010,34(9):17()一174. ZHANG Zeng,WEN Xishan.Bound ̄y Element Analysis on E6]陈海宏,郑庆阳,吴德峰IEA电解离子接地系统的应用EJ]. 电瓷避雷器,2007(5):33—35 CHEN Haihong.ZHENG Qingyang,WU Defeng.The Appli- Grounding Systems in Soil with Arbitrary Massive Texture EJ]. Power System Technology,2010,34(9):170-174. cation of Ionic Earthing Array[J.Insulators and Surge Arrest- ers,2007,(5):33—35. [12]刘文勋.直流单极运行情况下的地表电位计算分析[D].上 海:上海交通大学,2007. [7]徐崇浩,张晓春.高土壤电阻率地质条件下接地技术探讨EJ]. 气象科技,2007,35(s1):71—74 XU Chonghao,ZHANG Xiaochun.Grounding Techniques in High Soil—resistivity Environment EJ].Meteorological Science and Technology,2007,35(S1):71-74 作者简介: 居一峰(1989),男,湖北黄冈人。工学硕士,主要从事电力生 产技术工作。 Es]贾彦龙.高土壤电阻率变电站接地降阻实现[J].电力建设, 2()09,30(7):43—46. 儿A Yanlong.Realizing Grounding Resistance in the Substa- 肖磊石(1987),男,湖北钟祥人。工程师,工学硕士,主要从 事过电压与绝缘配合及防雷接地技术工程和研究。 tion of the High Soil Resistivity[J].Electric Power Construc— tion,2009,311(7):43-46. 周菲(1977),女,浙江宁波人。助理工程师,主要从事接地网 评估计算分析工作。 [9]骆炫忠,吕正劝.变电站主接地网的改造[J].自动化仪表, 201(),31(4):77—78. LUO Xuanzhong,LU Zhengquan.Retrofit of Grounding (编辑查黎) 仝S 舍 仝:仝:舍:舍0仝 仝: 舍:全:全 仝0仝 仝0 0仝 仝 / 一舍 仝 仝0仝 仝 仝 仝 :/;\ 仝5仝 仝0仝 仝0仝 仝 仝 (上接第59页) E6]广东省电力调度中心.广东省电力系统继电保护反事故措施 2007版Ez]广州:广东省电力调度中心,2007 [7]广东省电力调度中心.广东省电力系统继电保护反事故措施及 释义(2007版)Ez].广州:广东省电力调度中心,2007. [8]中国南方电网电力调度控制中心 220 kV及以上系统变压器 回路的现状进行分析、总结,梳理出目前存在的问 题,制定规范、统一的失灵保护回路,提出了防止 失灵保护回路不正确动作的反事故措施。经过现场 的实际运行证明,采取反事故措施后,因各种原因 造成失灵保护误动作的问题得到解决,确保了电网 安全运行。 参考文献: [1]高永昌.电力系统继电保护下册[M].北京:水利电力出版 社,1990. 开关失灵联跳各侧回路反事故措施实施方案[z].广州:中国 南方电网电力调度控制中心,2011 [9]中国南方电网电力调度控制中心.中国南方电网公司继电保护 反事故措施汇编Ez]广州:中国南方电网电力调度控制中心, 2008 [1()]广东电网公司电力调度通信中心 广东电网公司继电保护检 验规程Is]广州:广东电网公司电力调度通信中心,2() [2]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M]. 2版.北京:中国电力出版社,2()(11. E3]孙成宝.继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005. E42深圳南瑞科技有限公司.BP一2B微机母线保护装置技术说明 作者简介: 屈贤君(1972),女,广东汕头人。工程师,从事电网继电保护 运行维护与安装调试工作。 书[z].深圳:深圳南瑞科技有限公司,2005. [5]中国南方电网电力调度控制中心 关于明确220 kV及以上系 统变压器开关失灵联跳各侧回路有关反事故措施要求的通知 Ez].广州:中国南方电网电力调度控制中心,2011. (编辑彭艳)