本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)安全評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種確定深層土壤等效土壤電阻率的方法。

背景技術(shù)：

接地系統(tǒng)是保證發(fā)變電站安全運(yùn)行不可或缺的重要組成，其性能好壞直接影響到發(fā)變電站內(nèi)外人員、設(shè)備的安全和防護(hù)水平。目前，衡量接地系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)是接地電阻值，在各類標(biāo)準(zhǔn)(如GB/T50065-2011“交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范”)中對(duì)接地電阻限值有著嚴(yán)格的明確要求。

影響接地系統(tǒng)接地電阻值的主要因素接地系統(tǒng)所在位置的土壤結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的土壤電阻率數(shù)值。先前，在進(jìn)行接地電阻計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)者和研究者多按照均勻土壤結(jié)構(gòu)考慮，即大范圍內(nèi)土壤的電阻率均為相同。近年來，隨著大家的認(rèn)識(shí)和計(jì)算分析手段的提高，在進(jìn)行接地電阻計(jì)算和分析時(shí)多按照水平分層土壤結(jié)構(gòu)考慮。如圖1為典型的水平三層土壤結(jié)構(gòu)示意圖。現(xiàn)階段，對(duì)于深層區(qū)域的等效土壤電阻率值多按照獲得的表層土壤電阻率延伸至深層考慮，此方法存在了很大的不確定性，準(zhǔn)確度較低。

為了得到準(zhǔn)確的接地系統(tǒng)接地電阻值，就要獲得當(dāng)?shù)赝寥澜Y(jié)構(gòu)信息,即得到各層的土壤電阻率和各層的厚度。目前，獲得土壤結(jié)構(gòu)信息的主要方法包括WENNER四極法、取樣分析法(即通過深井獲取深層土壤土壤，然后至實(shí)驗(yàn)室測(cè)量其土壤電阻率值，從而確定深層土壤結(jié)構(gòu)和電阻率值)等方式。對(duì)于表層或者不太深層的土壤區(qū)域來說，通過WENNER四極法或取樣分析法可以獲取該區(qū)域的等效土壤電阻率信息和數(shù)值。但是對(duì)于距離表層較遠(yuǎn)，即較深區(qū)域，如地表下100米及以下深層區(qū)域的土壤信息，由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)地形、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量可用區(qū)域、設(shè)備可達(dá)深度、儀器測(cè)量功能、人工物力成本的限制，很難或者需要投入很大成本才能得到此區(qū)域的等效土壤電阻率信息。如，要獲得地下100米及以下區(qū)域的土壤信息，對(duì)于WENNER四極法，此時(shí)需要的側(cè)線長(zhǎng)度約要接近1公里及以上；對(duì)于取樣法，需要取樣鉆機(jī)深入到地下100米及以下區(qū)域。

深層土壤的電阻率會(huì)直接影響到接地系統(tǒng)的接地電阻值以及故障電流的分布，如深層土壤其電阻率高，則接地系統(tǒng)的接地電阻值就大，故障電流就會(huì)主要在靠近表層的土壤散流；反之，則接地系統(tǒng)的接地電阻值就小，故障電流就會(huì)通過深層土壤散流。所以，確定深層土壤區(qū)域的電阻率值對(duì)于接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及安全性分析具有重要的意義。同時(shí)確定了某區(qū)域深層土壤電阻率信息后，對(duì)于此區(qū)域相關(guān)接地工程的設(shè)計(jì)和分析也可以提供理論依據(jù)和工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種確定深層土壤等效土壤電阻率的方法。為相關(guān)接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析提供準(zhǔn)確的深層土壤電阻率信息

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種確定深層土壤等效土壤電阻率的方法，包括以下步驟：

S1、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量部分；

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量部分分為已有接地系統(tǒng)接地電阻測(cè)量和當(dāng)?shù)赝寥离娮杪蕼y(cè)量?jī)刹糠帧?/p>

S11、已有接地系統(tǒng)接地電阻測(cè)量；

在欲確定深層土壤等效土壤電阻率的區(qū)域，利用已建的接地系統(tǒng)(可為已有的建成接地系統(tǒng)或者為此次測(cè)量搭建的臨時(shí)接地系統(tǒng))，采用電壓降法進(jìn)行該接地系統(tǒng)的接地電阻值測(cè)量。通過測(cè)量得到的電壓極數(shù)值與注入電流的比值，確定該接地系統(tǒng)的接地電阻值，即為接地系統(tǒng)接地電阻測(cè)量值。

S12、現(xiàn)場(chǎng)土壤結(jié)構(gòu)測(cè)量；

在欲確定深層土壤等效土壤電阻率的區(qū)域，采用WENNER四極法或取樣分析法確定地表下100米以內(nèi)范圍內(nèi)的土壤結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的土壤電阻率數(shù)值。對(duì)于100米以下區(qū)域的土壤信息，不需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，從而可以節(jié)省了大量的深層土壤測(cè)量成本并降低了測(cè)量難度。此測(cè)量獲得的結(jié)果可以作為地表下深度100米以上區(qū)域的土壤結(jié)構(gòu)和相應(yīng)土壤電阻率數(shù)據(jù)基準(zhǔn)。

S2、計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算部分；

此部分采用計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行接地系統(tǒng)性能計(jì)算，并得到其接地電阻計(jì)算結(jié)果。具體包括以下子步驟：

S21、首先，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，使用計(jì)算機(jī)分析軟件創(chuàng)建現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的接地系統(tǒng)計(jì)算模型。模型中的接地系統(tǒng)埋深、導(dǎo)體型號(hào)和尺寸等按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況考慮。

S22、隨后，確定模型中使用的土壤結(jié)構(gòu)信息。此時(shí)模型中使用的土壤結(jié)構(gòu)，將會(huì)由測(cè)量值和估算初始值兩部分構(gòu)成。對(duì)于地表下100米以內(nèi)的土壤結(jié)構(gòu)和電阻率值信息，將使用土壤電阻率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)。對(duì)于100米以下的深層區(qū)域，由于未進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，所以最開始使用一個(gè)待定的假設(shè)值。通過此方式，從而創(chuàng)建了整個(gè)大范圍區(qū)域的土壤結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的土壤電阻率數(shù)值。此土壤結(jié)構(gòu)信息為初始土壤結(jié)構(gòu)，即地表下100米范圍內(nèi)的土壤電阻率數(shù)據(jù)為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量獲得，為現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，而地表下100米以下范圍內(nèi)的土壤電阻率數(shù)據(jù)為初始假設(shè)值。

S3、計(jì)算流程；

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)接地系統(tǒng)信息和土壤電阻率測(cè)量步驟以及得到的結(jié)果，使用計(jì)算機(jī)分析軟件創(chuàng)建計(jì)算機(jī)接地電阻計(jì)算模型和相應(yīng)的初始土壤結(jié)構(gòu)模型，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算可以得到接地系統(tǒng)接地電阻計(jì)算值。

隨后將該接地電阻計(jì)算值與接地電阻現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值進(jìn)行比較。如果兩者數(shù)值吻合度滿足誤差要求，即認(rèn)為初始土壤結(jié)構(gòu)模型中使用的深層區(qū)域(100米及以下區(qū)域)土壤電阻率數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相吻合，此時(shí)即可認(rèn)為此區(qū)域深層土壤的等效土壤電阻率數(shù)值即為初始土壤結(jié)構(gòu)中使用的深層區(qū)域土壤電阻率數(shù)據(jù)。

如果接地電阻計(jì)算值與測(cè)量值數(shù)據(jù)差別較大，則說明選取的初始土壤結(jié)構(gòu)不符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。此時(shí)，將根據(jù)接地電阻計(jì)算值與測(cè)量值的差進(jìn)行調(diào)整。如果接地電阻計(jì)算值大于測(cè)量值，則將深層土壤的等效土壤電阻率數(shù)值降低；反之，將數(shù)值增大。隨后，再次使用計(jì)算機(jī)計(jì)算接地系統(tǒng)的接地電阻，并比較接地電阻計(jì)算值與測(cè)量值之間的差。按照此種方式，直至接地電阻計(jì)算值與測(cè)量值之間的差值滿足要求。

如果接地電阻計(jì)算值與測(cè)量值吻合度較好，則可以認(rèn)為計(jì)算模型中使用的深層土壤電阻率數(shù)據(jù)較好的反映了實(shí)際中深層土壤的等效土壤電阻率信息。

隨后，從計(jì)算模型中提取出深層土壤的電阻率值，該數(shù)值就是測(cè)量區(qū)域深層土壤的等效電阻率數(shù)值。

所述的步驟S21和步驟S3中的計(jì)算機(jī)分析軟件為CDEGS軟件、ANASYS軟件或EMTP軟件。接地系統(tǒng)計(jì)算模型、計(jì)算得到接地系統(tǒng)接地電阻值等數(shù)值和結(jié)果，主要采用此類計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行，這些軟件主要采用電磁場(chǎng)法、鏡像法等理論進(jìn)行計(jì)算。

所述的深層土壤等效土壤電阻率為地下100米及以下土壤區(qū)域的等效土壤電阻率。

本發(fā)明可以準(zhǔn)確的確定地表下100米及以下區(qū)域的等效土壤電阻率數(shù)值，為相關(guān)埋地系統(tǒng)地設(shè)計(jì)和分析提供理論依據(jù)，從而確定了測(cè)量區(qū)域的深層土壤等效土壤電阻率，該數(shù)值可為后續(xù)的接地系統(tǒng)，包括交、直流接地系統(tǒng)以及相關(guān)領(lǐng)域埋地設(shè)施的測(cè)量和設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

通過本發(fā)明可以基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算相結(jié)合的方式，可以準(zhǔn)確的確定地表下100米及以下區(qū)域的等效土壤電阻率數(shù)值，可以不需要對(duì)深層區(qū)域的土壤電阻率進(jìn)行測(cè)量即可確定該區(qū)域的等效土壤電阻率數(shù)值，從而大大降低了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的難度，快捷簡(jiǎn)單，節(jié)省了大量的人力物力，為接地系統(tǒng)接地電阻的設(shè)計(jì)和分析提供理論依據(jù)，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

基于已有接地系統(tǒng)接地電阻測(cè)量值、土壤電阻率測(cè)量值和計(jì)算機(jī)計(jì)算共同確定深層土壤區(qū)域的等效土壤電阻率數(shù)值，從而可以在無需獲得深層土壤電阻率測(cè)量值和信息的前提下，確定深層區(qū)域的等效土壤電阻率值。

通過此方法可以降低測(cè)量成本和測(cè)量難度，避免了因土壤結(jié)構(gòu)信息獲取不足，造成施工后接地電阻不滿足要求而要重新改造和施工的情況。該方法采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合的方法?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量包括已有接地系統(tǒng)接地電阻測(cè)量和土壤電阻率測(cè)量；計(jì)算機(jī)模擬包括不同土壤結(jié)構(gòu)下的接地系統(tǒng)接地電阻計(jì)算值。

附圖說明

圖1為典型的水平三層土壤結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述：

在某區(qū)域已存在一個(gè)變電站接地系統(tǒng)A?，F(xiàn)在該區(qū)域擬建一個(gè)更高等級(jí)的變電站，該變電站的接地系統(tǒng)B的尺寸約為300×300平方米。按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需要確定該新建接地系統(tǒng)的接地電阻值，如果擬設(shè)計(jì)的300×300平方米無法滿足接地電阻要求值，就需要調(diào)整設(shè)計(jì)方案。要得到接地系統(tǒng)B的接地電阻值，就需要獲得深層土壤區(qū)域的等效土壤電阻率數(shù)值。

為了獲得深層土壤區(qū)域的等效土壤電阻率值，如圖2所示，首先，采用電壓降法進(jìn)行了現(xiàn)有接地系統(tǒng)A的接地電阻測(cè)量，接地電阻測(cè)量結(jié)果為0.48歐姆。同時(shí)，采用現(xiàn)場(chǎng)取樣的方式確定了當(dāng)?shù)氐耐寥澜Y(jié)構(gòu)，最大取樣深度為地下100米處。通過對(duì)獲取的土樣電阻率進(jìn)行分析，確定該區(qū)域的土壤結(jié)構(gòu)按照水平兩層土壤結(jié)構(gòu)考慮。其中靠近地表的第一層土壤厚度為25米，土壤電阻率約為20歐姆·米。第二層土壤電阻率為210歐姆·米，范圍自地下25米處起至理論上無窮深處。

基于現(xiàn)有的接地電阻和土壤結(jié)構(gòu)信息，使用計(jì)算機(jī)分析軟件創(chuàng)建了接地系統(tǒng)接地電阻計(jì)算模型和相應(yīng)的初始土壤結(jié)構(gòu)模型。接地系統(tǒng)模型按照實(shí)際的接地系統(tǒng)信息確定，計(jì)算模型中的土壤結(jié)構(gòu)首先按照測(cè)量獲得的土壤結(jié)構(gòu)考慮，即按照水平兩層土壤結(jié)構(gòu)考慮，第一層土壤厚度為25米，電阻率為20歐姆·米。第二層土壤電阻率為210歐姆·米，范圍自地下25米處起至理論上無窮深處。所述的步驟S21和步驟S3中的計(jì)算機(jī)分析軟件為CDEGS軟件、ANASYS軟件或EMTP軟件。

按照此土壤結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算獲得接地系統(tǒng)接地電阻計(jì)算值為0.37歐姆，小于接地電阻測(cè)量值，說明地表下100米及以下深度的土壤電阻率數(shù)值大于先前使用的210歐姆.米。隨后修改調(diào)整了計(jì)算模型中使用的土壤結(jié)構(gòu)形式。土壤結(jié)構(gòu)調(diào)整為水平三層土壤結(jié)構(gòu)，第一層土壤厚度和電阻率值保持不變；第二層土壤電阻率選為測(cè)量確定的210歐姆·米，厚度選為75米；此時(shí)增加了第三層土壤，厚度自地下100米至理論無窮深處，此土壤層的電阻率大于先前使用210歐姆·米。隨后，基于新建立的土壤結(jié)構(gòu)再次計(jì)算接地系統(tǒng)接地電阻值。經(jīng)過幾次嘗試，最后得到第三層土壤電阻率選取為433歐姆·米時(shí)，接地系統(tǒng)的接地電阻計(jì)算值為0.478歐姆，與測(cè)量值吻合良好。從而可以確定此區(qū)域深層土壤(地表下100米及以下土壤區(qū)域)的等效電阻率可以按照433歐姆·米考慮，為接地系統(tǒng)B的設(shè)計(jì)和分析提供了理論依據(jù)。