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發(fā)電廠接地網(wǎng)土壤模型構(gòu)建及其安全性評估

文檔作者：李冠男車傳強王瓊文惠君趙晨文檔來源：內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月18日
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2013年第31卷第6期
內(nèi)蒙古電力技術(shù)
INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER 13
doi：10．3969／j．issn．1008—6218．2013．06．020
發(fā)電廠接地網(wǎng)土壤模型構(gòu)建及其安全性評估
李冠男，車傳強，王瓊。文惠君，趙晨
(內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010020)
摘要：利用CDEGS軟件對內(nèi)蒙古地區(qū)某電廠接地網(wǎng)所處地區(qū)的土壤進行建模計算，分析
接地網(wǎng)的安全性。由于該電廠處于我國北方嚴(yán)寒地區(qū)，春冬季受地表覆蓋冰雪的影響，土
電阻率與夏秋季節(jié)差異較大，因此構(gòu)建了凍土環(huán)境下的接地網(wǎng)仿真模型。結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀髼l
件，利用接地阻抗、接觸電壓和跨步電壓等電氣量分析全年不同季節(jié)土壤條件下接地網(wǎng)的安
全性。分析結(jié)果表明：借助接地電阻值的實際測量值，利用CDEGS軟件進行模擬，可有效彌
補由現(xiàn)場測量中土壤電阻率信息不全所帶來的深層土壤模型構(gòu)建的缺陷；在內(nèi)蒙古地區(qū)，凍
土模型的引入是實現(xiàn)接地網(wǎng)綜合評估不可或缺的環(huán)節(jié)。
關(guān)鍵詞：接地系統(tǒng)；CDEGS軟件；土壤模型；土壤電阻率；接地電阻；安全性能
文獻標(biāo)志碼：B 中圖分類號：TM835
文章編號：1008—6218(2013)06—00013—05
Ground Soil Model Building and Its Safety Assessment on
Power Plant Grounding Grid
Li Guannan，Che Chuanqiang，
(Inner Mongolia Electric Power Science&amp;amp;
Wang Qiong，Wen Huijun，Zhao Chen
Research Institute，Inner Mongolia Hohhot 010020)
Abstract：Building a model to calculate the soil of the grounding grid area of a power
plant in Inner Mongolia by CDEGS software， analysis the safety of grounding grid． It is
impo~ant to build a grounding grid simulation model under the permafrost environment，
because the inflHence of SHOW—covered surface in spring and winter in northern China cold
area， soil resistivity iS quite different from summer and autumn． The safety status of
grounding grid for a power plant was evaluated by electrical quantities，such as，grounding
resistance， contact voltage and step voltage in frozen soil environment，which should be
combined with local meteorological conditions．This research showed that：the defects of
deep soil model construction caused by the incomplete inform ation of soil resistivity in the
in-situ measurement，which could be effectively compensated values of grounding resistance
by the actual measured； Believed that the permafrost model was an indispensable step to
achieve the comprehensive assessment of grounding d in Inner Mongolia．
Key words：grounding system； CDEGS software；soil model； soil resistivity； grounding
resistance；safty perform ance
【收稿日期】2013—10—20
【作者簡介】李冠男(1982一)，女，內(nèi)蒙古人，碩士，助理工程師，從事高電壓技術(shù)研究工作。
[基金項目】內(nèi)蒙古電力(集團)有限責(zé)任公司201 1年第一批科技項目
了壤
l4 內(nèi)蒙古電力技術(shù)
0 引言
目前，在基于CDEGS軟件的接地網(wǎng)研究過程
中，測量發(fā)電廠或變電站接地網(wǎng)參數(shù)時，由于沒有
全面考慮發(fā)電廠、變電站地理位置和環(huán)境因素，導(dǎo)
致測量區(qū)域內(nèi)土壤電阻率信息不全，難以利用
CDEGS軟件構(gòu)建深層土壤模型。尤其對于內(nèi)蒙古
地區(qū)而言，冬季地表覆蓋的冰雪在春季消融滲人土
壤后，會出現(xiàn)土壤受潮、結(jié)冰現(xiàn)象，土壤電阻率變化
較大。若在夏秋季節(jié)開展土壤電阻率測量工作，則
測量結(jié)果難以表征春冬季節(jié)凍土條件下發(fā)電廠、變
電站接地網(wǎng)的真實情況。在此基礎(chǔ)上進行的接地
網(wǎng)設(shè)計和改造，常會出現(xiàn)部分接地網(wǎng)設(shè)計方案欠合
理或多次改造仍不滿足要求等情況。
針對上述問題，以內(nèi)蒙古某電廠接地網(wǎng)為研究
實例，分析在利用CDEGS軟件構(gòu)建接地網(wǎng)初始模型
時土壤電阻率信息不足的情況下，如何利用接地阻
抗、接觸電壓、跨步電壓以及年平均氣溫、最大凍土
深度等參數(shù)，構(gòu)建接地網(wǎng)深層土壤模型的問題。以
便正確評估該電廠接地網(wǎng)的真實狀況，為接地網(wǎng)設(shè)
計和改造工作提供參考依據(jù)。
1 接地網(wǎng)評估方法
1．1 測量和評估方法
目前，接地網(wǎng)測量和評估主要是利用CDEGS軟
件進行仿真分析。傳統(tǒng)的反復(fù)試算法由于參數(shù)較
多，計算工作量大，導(dǎo)致設(shè)計的接地網(wǎng)難以滿足實
際需求。CDEGS軟件則彌補了傳統(tǒng)算法缺陷，具有
計算準(zhǔn)確、通用性強等特點，被廣泛應(yīng)用于接地系
統(tǒng)研究和設(shè)計領(lǐng)域，并已經(jīng)成為接地網(wǎng)設(shè)計、狀態(tài)
評估和降阻改造的可靠下具” 。
在實際接地網(wǎng)的設(shè)計和評估過程中，CDEGS軟
件可根據(jù)所輸入的土壤結(jié)構(gòu)、接地網(wǎng)區(qū)域幾何尺
寸、流入故障電流等多項數(shù)據(jù)信息，結(jié)合規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)
中給出的上述各值的最大允許值 ，實現(xiàn)對接地網(wǎng)
的計算模擬和評估分析。其中，該軟件的RESAP模
塊的功能是通過實際測量的視在土壤電阻率經(jīng)計
算得出等效的土壤結(jié)構(gòu)模型，即不同厚度層及該層
相應(yīng)的土壤電阻率。但是，該模塊在構(gòu)建模型時，
需要具備較全面的視在土壤電阻率數(shù)據(jù)信息，否則
構(gòu)建的模型會因不完整而無法進行接地網(wǎng)評估。
MALZ模塊用于建立接地系統(tǒng)的3D模型，模型中的
接地系統(tǒng)埋深、導(dǎo)體布置、接地體材料等均按照現(xiàn)
場實際情況考慮。該模型用來計算整個接地系統(tǒng)
的接地阻抗、接觸電壓、跨步電壓和地電位升(GPR)
等參數(shù)，并評估接地網(wǎng)的安全性能。
1．2 研究對象的基本情況
本文選取內(nèi)蒙古呼和浩特市某電廠接地網(wǎng)為
研究對象，進行接地網(wǎng)安全性評估。該廠廠區(qū)分為
煤堆場、油罐區(qū)、升壓站、主廠房、污水處理等區(qū)域，
長約700 m、寬300 m、最大對角線約750 1TI。全廠接
地網(wǎng)示意圖如圖1所示。
圖1 內(nèi)蒙古某電廠接地網(wǎng)示意圖
2 土壤模型的構(gòu)建
2．1 土壤模型的初步建立
利用溫納四極法對該電廠接地網(wǎng)視在土壤電
阻率進行了實地測量，為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，
以電廠升壓站南路為起始點，通過3條不同路線來
驗證該電廠的反演土壤模型是否為均勻土壤。測
量結(jié)果見表1所示。
圖2為不同路徑下的反演土壤模型，可以看出，
3種路徑下的反演土壤模型均為均勻土壤，平均土
壤電阻率約為32 n·m(土壤層)。
2．2 土壤模型的完善
根據(jù)RESAP模塊建模要求，構(gòu)建該電廠土壤模
型的最大間距必須達到廠區(qū)最大對角線距離的一
半以上，約為325 131。但是，由于該電廠地處城市近
郊，利用四極法進行土壤電阻率測量時受周邊建筑
的阻礙限制，使得土壤電阻率數(shù)據(jù)難以滿足RESAP
模塊的構(gòu)建需求。在實地土壤電阻率測量過程中，
最大測量間距為30 1TI(見表1)，該距離條件僅滿足

16 內(nèi)蒙古電力技術(shù) 2013年第31卷第6期
表2 基準(zhǔn)土壤結(jié)構(gòu)模型參數(shù)(夏、秋季)
3 考慮凍土條件下的接地網(wǎng)綜合評估
3．1 凍土條件下接地網(wǎng)模型的構(gòu)建
該電廠所處地區(qū)的氣候特點為中溫帶大陸性
季風(fēng)氣候，冬季漫長嚴(yán)寒，夏季短暫炎熱；最冷月平
均氣溫一l2．7～16．1℃ 、最熱月平均氣溫l7
22．9 ，平均年較差為34．4～35．7℃ 、平均日較差為
13．5 l3．7℃，極端氣溫最高38．5 cC、最低一41．5 。
由此可見，該電廠夏、冬兩季的溫差較大。此外，北
方嚴(yán)寒地區(qū)冬季和早春時節(jié)土壤常被冰雪覆蓋而
存在冰凍現(xiàn)象，土壤電阻率隨水分和土壤溫度的變
化較大，因此有必要按照季節(jié)劃分對該電廠分別構(gòu)
建土壤模型，以便更好地完成對該廠接地網(wǎng)的全面
評估 。
利用CDEGS軟件的Soil Model Manager模塊，
在考慮年平均氣溫、最大凍土深度、解凍深度等參
數(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建該電廠冬季和早春的土壤結(jié)構(gòu)模
型，得到不同土壤層的電阻率，結(jié)果見表3所示。
表3 冬季和早春季節(jié)土壤結(jié)構(gòu)模型參數(shù)
表2、表3中各層土壤的厚度和電阻率數(shù)據(jù)表
明：基準(zhǔn)土壤模型和早春、冬季的土壤結(jié)構(gòu)模型土
壤分層結(jié)構(gòu)不同，各層土壤的電阻率差異較大，說
明后續(xù)的接地網(wǎng)評估工作需要按夏秋、早春和冬季
3種氣溫、環(huán)境條件分別進行計算分析。
3．2 凍土條件下的接地網(wǎng)評估及結(jié)果驗證
3．2．1 評估標(biāo)準(zhǔn)及方法

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