接地网技术分析及仿真模拟探析

2019-03-15张国志赵荣普

电子制作 2019年4期

张国志，赵荣普

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南昆明，650000）

1 接地网技术方案

一般情况下，针对接地网本身的缺陷，其主要指的是接地引下线本身出现的虚接，或者是水平均压导体断裂等一系列的缺陷。为了能够满足检测的要求，还需要落实接地网图纸结构，并且将地下导体的实际位置确定。本项目在进行检测诊断中，主要是：通过接地网两下引导体对于异频正弦波电流实际的注入和抽出，在电磁感应基本原理掌握的前提下，对地表面的磁感应强度分布情况做好合理的测量，按照其实际的变化规律以及分布特征，这样就可以对接地网的结构加以判断，并且将导体位置确定，从而对严重腐蚀段以及断点等具体的缺陷故障进行诊断。为此，就需要将电流频率对于地表面磁感应强度带来的影响加以确定，落实其强度分布的对应特征，然后了解土壤本身的实际构成可能会对地表面磁感应强度带来怎样的影响，最后，掌握腐蚀变细、接地网断点等一系列缺陷可能引发的变化特征[1]。

2 接地网仿真计算模拟分析

2.1 计算模型

基于接地网模型作为案例，在x与y方向上拥有接地导体11根，并且每一根导体直径为20mm，长100m，每一段10m，一共拥有10段；相对的磁导率为200；接地导体电阻率为1.78´10-7Ω×m；埋深达到0.8m，假如只有1层土壤，那么土壤电阻率为80Ωm[2]。

2.2 激励电流频率影响

对于电流和激励信号要求的明确，就需要考虑到两者对于地表面磁感应强度会带来怎样的影响。在图1中主要是从接地体P直接注入10A电流强度的正弦波信号，然后从接地体Q将其抽出，将F的位置上的地标x方向磁感应强度Bx作为案例，这一位置的输入信号频率与地标磁感应强度关系见图2所示。因为土壤阻抗与接地网导体对于信号频率带来的影响，考虑到土壤之中不同频率信号的实际衰减程度，就图2来看，在2kHz频段中，存在较强的磁感应强度，大概在200-250nT之间，当处于几千赫兹的时候，会迅速降低磁感应强度，其实际测量处于20-2000Hz范围之中，就可以考虑到信号工作频率的合理选择。

图1 仿真计算模型

图2 信号频率的影响

基于毕奥－萨法尔定律计算地表面磁感应强度，由于同激励电流强度类似于线性关系，注入的电流较高，会提升信噪比，这样就可以直接的进行检测，同时，对于激励源本身的要求较高。为了能够有效的检测地表面磁感应强度，按照接地网大小，再配合上磁感应强度测量系统本身的灵敏度，就可以进行激励电流的合理选择，一般来说，2-50A的电流就可以达到检测需求[3]。

2.3 土壤结构对地表磁感应强度的影响

为了分析地表磁感应强度随土壤结构性质不同而变化的规律，假设在从图1接地体P(53,0)处注入10 A、410 Hz的正弦波信号，从接地体Q(50, 94)处抽出，按4种土壤模型进行仿真计算。以地表面x方向磁感应强度分量Bx在x＝0～55 m，y＝55 m的区域分布为例，计算结果如图3所示。计算发现4种模型下地表磁感应强度的最大相对差值约为4%，从图3中可看出，当直接从接地体注入和抽出电流时，由于接地导体的电阻率远小于土壤的电阻率，土壤结构对地表磁感应强度的影响并不明显。

图3 不同土壤结构下磁感应强度的比较

2.4 地表面磁感应强度的分布特征

分析诊断方式的可行性，主要是对应实际的分布特征来进行具体的阐述。依旧选择图1之中的P与Q，进行10A、410Hz正弦波信号的注入与抽出。X为40m，y=40-70m的感应强度为例，最后的计算结果见图4所示，其中的Bx、By、Bz分别代号表了沿着3个直角坐标方向的磁感应强度分量。不难看出，在垂直于电流方向上的分量是较大的，达到100nT，所以，在实际的检测中，最好是选择这一个方向的进行测量。

图4 地表磁感应强度分量的比较

X方向地标磁感应强度Bx的分布在区域之中的仿真计算结果，具体见图5（a）所示，图5（b）、图5（c）代表了By和Bz。针对地表面的实际情况，当处于x=40m和y=0-100m以及y=60m和x=0-100m的Bx分布见图6所示。

图5 地表面磁感应强度实际的分布

图6 Bx的局部情况

从图6可以看出，Bx分布规律性较强，但是By和Bz分布规律较弱：

第一，针对于电流相互靠近的注入与抽出地表相互靠近的区域，Bx值较大；第二，沿着垂直方向，其Bx分布变化属于波浪式的模式，导体上都有峰值的出现；第三，沿着注入与抽出电流方向导体地标Bx变化属于平缓趋势。一般来说，都不会有明显的跌落或者是突变情况出现[4]。

图7 沿边缘导体注入抽出电流时Bx的分布情况

当接地网局部导体有断点或者是严重腐蚀变细的问题，因为电流出现了变化，这样就会引发邻近区域地标磁感应强度的跌落或者是变化，这样就会对分布特征加以改变，为后续的诊断提供参考。基于这一分析，就可以选择矩形探测全对地标磁感应强度分布情况进行测量。通过多次的注入与抽出位置的该比啊你，如图1之中的I、K与G、H，在图7之中，按照边缘导体来实现电流的注入与抽出，呈现出地表面磁感应强度的Bx分量分布。这就好比对于整个接地网的分条诊断以及分片诊断。基于现场实际的导体位置分析，这样也可以方便后续的诊断，通过激励电流的注入与抽出点的合理选择，就需要与某一根导体的两端尽可能的靠近。