本文關(guān)鍵詞： 格林函數(shù) 土壤參數(shù)反演 網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差 優(yōu)化方法 跨步/接觸電勢(shì) 優(yōu)化布置 接地網(wǎng)腐蝕 導(dǎo)通電阻　出處：《武漢大學(xué)》2014年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：接地網(wǎng)在變電站安全運(yùn)行中起著極為重要的作用,隨著變電站規(guī)模的日益增大,變電站接地網(wǎng)尺寸也在不斷擴(kuò)大,而且結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜,變電站接地網(wǎng)電位升高、接觸電勢(shì)和網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差超標(biāo)、接地網(wǎng)導(dǎo)體腐蝕等問(wèn)題也日益突出,已成為電力系統(tǒng)電磁兼容的重要研究課題之一。優(yōu)化接地的目的是為了適應(yīng)目前我國(guó)電力系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)和運(yùn)行的需要,充分發(fā)揮已有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件,在可行范圍內(nèi)盡量通過(guò)土壤電阻率測(cè)量反演、接地網(wǎng)的優(yōu)化配置和腐蝕狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷,以取得更好的應(yīng)用效果服務(wù)于接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)和運(yùn)行。 層狀土壤是接地仿真中最常用的不均勻電阻率媒質(zhì),過(guò)往的層狀土壤格林函數(shù)推導(dǎo)局限于5層以內(nèi)的土壤,其數(shù)值計(jì)算方法繁瑣且容易出錯(cuò)。為了突破目前格林函數(shù)的理論瓶頸,取得足夠精度的數(shù)值解,本文提出了層狀土壤格林函數(shù)的智能推導(dǎo)和計(jì)算方法,實(shí)現(xiàn)了格林函數(shù)的多分辨率采樣和自動(dòng)控制精度的復(fù)鏡像擬合,并通過(guò)算例說(shuō)明了本文方法的正確性和優(yōu)勢(shì)。 過(guò)往的研究忽略了具體故障電流分布對(duì)網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差的影響,只是單一的考慮入地電流造成的網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差。為了修正這一理論錯(cuò)誤,本文指出了網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差由散流網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差和導(dǎo)通網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差構(gòu)成,研究了接地網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差的計(jì)算模型和計(jì)算方法,分析了不同情況下接地網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差的變化規(guī)律。土壤電阻率越低網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差越��；網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差隨土壤電阻率/接地電阻的增加而增加,而且存在飽和趨勢(shì),地網(wǎng)面積越大,飽和趨勢(shì)越明顯；一般情況下,當(dāng)土壤電阻率大于100Ω-m或者接地電阻大于0.3Ω時(shí),可以近似認(rèn)為網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差己進(jìn)入飽和區(qū)。在大型變電站接地設(shè)計(jì)的初始階段,電纜承受網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差可以按網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差的一半考慮,建議網(wǎng)內(nèi)電勢(shì)差超過(guò)1.4kV時(shí)在電纜溝中與二次電纜平行布置一根雙端接地的扁銅或銅絞線以降低電纜屏蔽層承受電壓從而防止電纜屏蔽層燒毀。 針對(duì)接地網(wǎng)導(dǎo)體的腐蝕問(wèn)題提出了一種可以模擬接地導(dǎo)體截面積減少和導(dǎo)體表面覆蓋涂層的計(jì)算模型,模型可以考慮接地網(wǎng)不同位置不同程度腐蝕情況下接地阻抗、地表電位分布和導(dǎo)通電阻受腐蝕程度的影響,為接地網(wǎng)腐蝕診斷提供了詳細(xì)準(zhǔn)確的仿真模型。涂層對(duì)大中型接地網(wǎng)的接地電阻影響并不明顯,從理論上證明了鐵銹對(duì)接地網(wǎng)接地阻抗影響不明顯。在接地網(wǎng)的腐蝕仿真過(guò)程中可以忽略鐵銹對(duì)接地參數(shù)的影響。 為建立水平多層土壤參數(shù)反演目標(biāo)函數(shù)的理論基礎(chǔ),本文先對(duì)目標(biāo)函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)進(jìn)行理論推導(dǎo),然后再進(jìn)行復(fù)鏡像法求解。本文方法可以滿足所有直接搜索法和梯度法的反演應(yīng)用需求。首先使用多種經(jīng)典優(yōu)化方法進(jìn)行土壤反演的算例研究,對(duì)比均方根誤差、迭代次數(shù)、CPU時(shí)間的性能差異。土壤反演是高度非線性優(yōu)化問(wèn)題,大多數(shù)的優(yōu)化方法會(huì)陷入局部較優(yōu)解。在眾多方法中,最小二乘法和信賴(lài)域法是性能表現(xiàn)最好的兩種方法,它們的數(shù)值穩(wěn)定性和反演精度較佳。 為了提高反演結(jié)果的一致性,避免不合理的反演結(jié)果,提出了帶約束的最小二乘法和信賴(lài)域法進(jìn)行土壤反演。權(quán)重約束反演可以避免電阻率出現(xiàn)過(guò)大或者過(guò)小,有效地保證了表層土壤參數(shù)和深層土壤參數(shù)與測(cè)量值的一致性,故采用在接地設(shè)計(jì)時(shí)選用帶權(quán)重的最小二乘約束反演方法保證接地參數(shù)設(shè)計(jì)值的有效性。為了準(zhǔn)確重現(xiàn)視在電阻率曲線,提出了1：1.5左右的極距配置形式,該配置形式可以完全滿足視在電阻率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的應(yīng)用需求。 研究了新型群智能優(yōu)化方法在土壤參數(shù)反演中的應(yīng)用,使用算例初步對(duì)比說(shuō)明了粒子群算法、人工螢火蟲(chóng)算法和人工蜂群算法的性能,其中粒子群算法和人工蜂群方法是性能較優(yōu)的方法。群智能方法無(wú)需指定初值,但計(jì)算速度緩慢,容易收斂于局部解；經(jīng)典優(yōu)化方法收斂速度快,但是需要指定初值,有時(shí)反演的結(jié)果與初值設(shè)置相關(guān)。本文提出群智能方法的個(gè)體使用經(jīng)典優(yōu)化方法以增強(qiáng)算法的局部搜索能力和加快算法收斂速度,這些新方法包括信賴(lài)域粒子群算法、最小二乘粒子群算法、信賴(lài)域人工蜂群算法和最小二乘人工蜂群算法,通過(guò)算例說(shuō)明上述方法較普通群智能方法和經(jīng)典優(yōu)化方法具有更高的反演精度和魯棒性,有效地取得了精度更高的反演結(jié)果。 依據(jù)優(yōu)化理論提出了最大跨步電勢(shì)和最大接觸電勢(shì)計(jì)算模型,并使用人工蜂群算法識(shí)別最大跨步電勢(shì)和最大接觸電勢(shì)發(fā)生的精確位置和大小,克服了觀測(cè)面等距離采樣識(shí)別方法的局限性,提高了識(shí)別精度。運(yùn)用本文方法和我國(guó)接地國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)算例作對(duì)比,本文方法可以取得變電站跨步電勢(shì)和接觸電勢(shì)的超標(biāo)區(qū)域,計(jì)算結(jié)果可以為鋪設(shè)高阻層提供參考�；谧R(shí)別最大接觸電勢(shì)的人工蜂群算法,本文引入單純形法進(jìn)行接地網(wǎng)導(dǎo)體優(yōu)化布置的研究工作,并與接地網(wǎng)導(dǎo)體優(yōu)化布置的己有成果作對(duì)比分析。 優(yōu)化布置的具體形式受土壤參數(shù)、電流注入點(diǎn)等因素影響。優(yōu)化布置后,最大接觸電勢(shì)發(fā)生的位置從接地網(wǎng)邊角處轉(zhuǎn)移到接地網(wǎng)中心區(qū)域,大大增大了變電站內(nèi)人員因?yàn)樽畲蠼佑|電勢(shì)觸電的危險(xiǎn)。另外,優(yōu)化布置沒(méi)有考慮電氣設(shè)備的具體位置,可能會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備不能就近接地,嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的安全運(yùn)行,對(duì)引下線的導(dǎo)通特性、耐腐蝕、熱穩(wěn)定和機(jī)械性能方面的要求更高。 優(yōu)化布置方案雖然可以降低最大接觸電勢(shì),但存在較大的局限性,在入地電流較大的情況下會(huì)使接觸電勢(shì)超標(biāo)區(qū)域面積大大增加,增加了變電站內(nèi)人員觸電的風(fēng)險(xiǎn),也增加了鋪設(shè)高阻層的成本,所以接地網(wǎng)的最優(yōu)壓縮比布置方案不具有實(shí)用性。 通過(guò)構(gòu)造接地網(wǎng)導(dǎo)體隨機(jī)腐蝕的統(tǒng)計(jì)過(guò)程,把接地網(wǎng)腐蝕影響導(dǎo)體的等效半徑這一不確定現(xiàn)象作為隨機(jī)性質(zhì)的問(wèn)題。選取接地阻抗、導(dǎo)通電阻和地表電位分布作為統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行接地網(wǎng)腐蝕問(wèn)題的蒙特卡洛仿真,求取地網(wǎng)腐蝕時(shí)的接地電阻、導(dǎo)通電阻和地表電位分布。通過(guò)腐蝕前后的對(duì)比來(lái)判斷診斷物理量的有效性和靈敏度,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量提出有應(yīng)用價(jià)值的建議和參考。 接地阻抗反映接地網(wǎng)腐蝕的靈敏度最低；地表電位可以反映接地導(dǎo)體完全腐蝕的情況但容易受現(xiàn)場(chǎng)因素影響,不具備操作性；導(dǎo)通電阻是目前測(cè)量受干擾較少的方法,但只有靠近測(cè)點(diǎn)的局部嚴(yán)重腐蝕方可引起足夠明顯的導(dǎo)通電阻變化,導(dǎo)通電阻不能反映遠(yuǎn)離測(cè)點(diǎn)的腐蝕且受地上導(dǎo)通網(wǎng)絡(luò)影響較明顯。 提出了導(dǎo)通電阻在線測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)思,通過(guò)在接地網(wǎng)建成后建立的導(dǎo)通電阻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),積累接地網(wǎng)導(dǎo)通電阻隨接地網(wǎng)投運(yùn)的變化數(shù)據(jù),這樣可以總結(jié)接地網(wǎng)導(dǎo)體受腐蝕影響的規(guī)律,及時(shí)對(duì)接地網(wǎng)腐蝕狀態(tài)作出反映。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM862

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