一种计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估方法与流程

1.本发明涉及接地网土壤测评领域，特别是一种计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估方法。


背景技术：

2.接地网对变电站的正常运转发挥着重要作用。变电站接地网能够降低电气设备绝缘上所承受的电压，从而降低对设备绝缘水平的要求，减少电气设备的生产成本。此外，发生雷击时能够及时的泄放高幅值的雷电流，以保护设备以及人员在发生雷电灾害时的安全。因此变电站接地网的安全稳定可靠直接与电力系统的安全运行相关联。而变电站接地网周围的土壤与接地网的性能有直接关系，土壤孔隙率、电阻率、含水量都会影响接地网接地导体的散流性能，因此继续开展变电站接地网土壤特性评估方法研究。
3.目前国内外对于接地网的相关研究大都是针对接地电阻，以及地面的接触电压、跨步电压，而未见有接地网土壤特性评估方法研究，尤其是计及土壤孔隙率的接地网土壤性能测评。因此本发明专利搭建了一个计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估平台，并基于此平台提出了一种计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估方法，可准确的针对变电站接地网土壤特性进行测评，提升电力系统安全稳定性。


技术实现要素：

4.为了准确的解析化评估变电站接地网土壤特性，本发明提供一种计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估方法。实现本发明目的的技术方案如下：
5.第一步：搭建计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估平台，该平台包括核心控制主机、直流工作电压发生器、接地极1、接地极2、数据采集器、直流工作电压发生控制器、开关、土壤箱、信号电缆、钢针1、钢针2、土壤孔隙率检测传感器1、土壤孔隙率检测传感器2、直流工作电流传感器、输入电缆、开关输出电缆、回流电缆、接地网、接地网外接引出端口1、接地网外接引出端口2、其他接地网外接引出端口；
6.所述直流工作电压发生器的输出端通过输入电缆连接开关，开关通过开关输出电缆连接接地网外接引出端口1，接地网外接引出端口1与接地网连接；接地网外接引出端口2一端与回流电缆相连，另一端与接地网连接；
7.所述接地网放置在土壤箱里，土壤箱内填充土壤，土壤箱与接地极2相连；
8.所述直流工作电压发生器与直流工作电压发生控制器连接，直流工作电压发生控制器与核心控制主机连接，直流工作电压发生器接地端与接地极1相连；
9.所述直流工作电流传感器套在开关输出电缆上，直流工作电流传感器信号输出端通过信号电缆连接到数据采集器，数据采集器与核心控制主机相连；
10.所述土壤孔隙率检测传感器1经钢针1通过信号电缆连接到数据采集器；土壤孔隙率检测传感器2经钢针2通过信号电缆连接到数据采集器；所述土壤孔隙率检测传感器1、土壤孔隙率检测传感器2布置在当前细分段导体轴向方向的垂直平分线上，且与轴心线的距
离为r；
11.所述当前细分段导体为接地网外接引出端口1、接地网外接引出端口2之间的接地网的接地导体；
12.所述其他接地网外接引出端口)包含m个单独的接地网外接引出端口；
13.所述土壤孔隙率检测传感器1、土壤孔隙率检测传感器2、接地网置于土壤箱内，接地网外接引出端口1、接地网外接引出端口2、其他接地网外接引出端口都半插在土壤箱内；
14.第二步：开展计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估：
15.s1：通过土壤孔隙率检测传感器1、土壤孔隙率检测传感器2对当前细分段导体周围的土壤孔隙率进行测量，分别得到细分段导体的土壤局部孔隙率值m1、m2；
16.s2：调节开关使开关接通，通过核心控制主机控制直流工作电压发生控制器设定直流工作电压发生器输出幅值为u的电压；同时，直流工作电流传感器测量接地网当前细分段导体的直流工作电压响应hs，并通过信号电缆将该响应传输至数据采集器，最终传输至核心控制主机中；
17.s3：调整开关输出电缆、回流电缆所连接的接地网外接引出端口，并重复进行步骤s1、s2，得到n段细分段导体的直流工作电压响应实测值及其土壤局部孔隙率值；
18.所述调整开关输出电缆(、回流电缆所连接的接地网外接引出端口的具体方法为：从其他接地网外接引出端口、接地网外接引出端口1中任选两个距离为d的接地网外接引出端口，分别与开关输出电缆(、回流电缆连接，且每一次连接情况不重复；
19.s4：由下式计算基于土壤孔隙率的导体周围土壤劣化特性评估因子j：
[0020][0021]
式中m为细分段导体的土壤局部孔隙率，且m＝(m1 m2)/2；hz为细分段导体的直流电压响应基准值，α是误差系数，η为积分变量；
[0022]
s5：采用粒子群优化算法对导体周围土壤劣化特性评估因子计算公式进行优化建模，步骤如下：
[0023]
1)生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体，设置停止条件；
[0024]
2)按照式(2)计算每个粒子位置的目标函数值：
[0025][0026]
式中，f(α)表示目标函数，h
si
表示第i段细分段导体的直流工作电压响应实测结果，ji表示第i段细分段导体周围土壤劣化特性评估因子，n为细分段导体的段数；
[0027]
3)更新每个粒子的个体历史最优位置与整个群体的最优位置；
[0028]
4)更新每个粒子的速度和位置；
[0029]
5)若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果；否则返回第2)步；
[0030]
6)根据优化得出最优值α0代入以下式(3)，为优化后的理论公式：
[0031][0032]
式中jr表示优化后的导体周围土壤劣化特性评估因子，α0为误差系数最优值；
[0033]
s6：计算接地网土壤特性综合评估因子k0：
[0034][0035]
式中，li表示第i段细分段导体的权重修正因子，式中j
ri
表示优化后的第i段细分段导体周围土壤劣化特性评估因子；
[0036]
当k0∈(0，3]时，表征接地网土壤危害特性良好；当d∈(3，7.9]时，表征接地网土壤危害特性一般；当d∈(7.9， ∞)时，表征接地网土壤危害特性严重。
[0037]
本发明的有益效果在于：
[0038]
1)搭建了一个计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估平台，该平台可以有效测量变电站接地网土壤局部孔隙率，并测量接地导体直流工作电压响应；
[0039]
2)可通过上位机完成智能化的操作与控制，采集数据方便且高效；
[0040]
3)可计及土壤孔隙率因素，有效评估变电站接地网土壤特性，并提出检修意见，进一步提高电力系统安全稳定性。
附图说明
[0041]
为了更清楚的说明申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1为本技术示出的一种计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估平台示意图；
具体实施方式
[0043]
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。一种多重雷击放电下瓷外套避雷器能量吸收性能测评方法具体实施方式包括以下步骤：
[0044]
第一步：搭建计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估平台，该平台包括核心控制主机(1)、直流工作电压发生器(2)、接地极1(31)、接地极2(32)、数据采集器(4)、直流工作电压发生控制器(6)、开关(8)、土壤箱(10)、信号电缆(12)、钢针1(131)、钢针2(132)、土壤孔隙率检测传感器1(141)、土壤孔隙率检测传感器2(142)、直流工作电流传感器(15)、输入电缆(161)、开关输出电缆(163)、回流电缆(162)、接地网(17)、接地网外接引出端口1(181)、接地网外接引出端口2(182)、其他接地网外接引出端口(183)；
[0045]
所述直流工作电压发生器(2)的输出端通过输入电缆(161)连接开关(8)，开关(8)通过开关输出电缆(163)连接接地网外接引出端口1(181)，接地网外接引出端口1(181)与接地网(17)连接；接地网外接引出端口2(182)一端与回流电缆(162)相连，另一端与接地网(17)连接；
[0046]
所述接地网(17)放置在土壤箱(10)里，土壤箱(10)内填充土壤，土壤箱(10)与接地极2(32)相连；
[0047]
所述接地网(17)为模拟的变电站部分接地网，形状为正方形，边长为10m，且划分为16个等面积的小正方形；
[0048]
所述直流工作电压发生器(2)与直流工作电压发生控制器(6)连接，直流工作电压发生控制器(6)与核心控制主机(1)连接，直流工作电压发生器(2)接地端与接地极1(31)相连；
[0049]
所述直流工作电流传感器(15)套在开关输出电缆(163)上，直流工作电流传感器(15)信号输出端通过信号电缆(12)连接到数据采集器(4)，数据采集器(4)与核心控制主机(1)相连；
[0050]
所述土壤孔隙率检测传感器1(141)经钢针1(131)通过信号电缆(12)连接到数据采集器(4)；土壤孔隙率检测传感器2(142)经钢针2(132)通过信号电缆(12)连接到数据采集器(4)；所述土壤孔隙率检测传感器1(141)、土壤孔隙率检测传感器2(142)布置在当前细分段导体轴向方向的垂直平分线上，且与轴心线的距离为r，r的值取为0.1m；
[0051]
所述当前细分段导体为接地网外接引出端口1(181)、接地网外接引出端口2(182)之间的接地网的接地导体；
[0052]
所述其他接地网外接引出端口(183)包含m个单独的接地网外接引出端口，m的值取为8；
[0053]
所述土壤孔隙率检测传感器1(141)、土壤孔隙率检测传感器2(142)、接地网(17)置于土壤箱(10)内，接地网外接引出端口1(181)、接地网外接引出端口2(182)、其他接地网外接引出端口(183)都半插在土壤箱(10)内；
[0054]
第二步：开展计及土壤孔隙率的变电站接地网土壤特性评估：
[0055]
s1：通过土壤孔隙率检测传感器1(141)、土壤孔隙率检测传感器2(142)对当前细分段导体周围的土壤孔隙率进行测量，分别得到细分段导体的土壤局部孔隙率值m1、m2；
[0056]
s2：调节开关(8)使开关(8)接通，通过核心控制主机(1)控制直流工作电压发生控制器(6)设定直流工作电压发生器(2)输出幅值为u的电压；同时，直流工作电流传感器(15)测量接地网(17)当前细分段导体的直流工作电压响应hs，并通过信号电缆(12)将该响应传输至数据采集器(4)，最终传输至核心控制主机(1)中；
[0057]
s3：调整开关输出电缆(163)、回流电缆(162)所连接的接地网外接引出端口，并重复进行步骤s1、s2，得到n段细分段导体的直流工作电压响应实测值及其土壤局部孔隙率值；
[0058]
所述调整开关输出电缆(163)、回流电缆(162)所连接的接地网外接引出端口的具体方法为：从其他接地网外接引出端口(183)、接地网外接引出端口1(181)中任选两个距离为d的接地网外接引出端口，分别与开关输出电缆(163)、回流电缆(162)连接，且每一次连接情况不重复；所述d的值取为接地网(17)边长的1/4；
[0059]
s4：由下式计算基于土壤孔隙率的导体周围土壤劣化特性评估因子j：
[0060]
[0061]
式中m为细分段导体的土壤局部孔隙率，且m＝(m1 m2)/2；hz为细分段导体的直流电压响应基准值，α是误差系数，η为积分变量；
[0062]
s5：采用粒子群优化算法对导体周围土壤劣化特性评估因子计算公式进行优化建模，步骤如下：
[0063]
1)生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体，设置停止条件；
[0064]
2)按照式(6)计算每个粒子位置的目标函数值：
[0065][0066]
式中，f(α)表示目标函数，h
si
表示第i段细分段导体的直流工作电压响应实测结果，ji表示第i段细分段导体周围土壤劣化特性评估因子，n为细分段导体的段数；
[0067]
3)更新每个粒子的个体历史最优位置与整个群体的最优位置；
[0068]
4)更新每个粒子的速度和位置；
[0069]
5)若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果；否则返回第2)步；
[0070]
6)根据优化得出最优值α0代入以下式(7)，为优化后的理论公式：
[0071][0072]
式中jr表示优化后的导体周围土壤劣化特性评估因子，α0为误差系数最优值；
[0073]
s6：计算接地网土壤特性综合评估因子k0：
[0074][0075]
式中，li表示第i段细分段导体的权重修正因子，式中j
ri
表示优化后的第i段细分段导体周围土壤劣化特性评估因子；
[0076]
当k0∈(0，3]时，表征接地网土壤危害特性良好；当d∈(3，7.9]时，表征接地网土壤危害特性一般；当d∈(7.9， ∞)时，表征接地网土壤危害特性严重。