接地網(wǎng)影響下土壤水平分層結(jié)構(gòu)建模研究.pdf

1、接地是電力系統(tǒng)最基礎(chǔ)的安全措施之一，各種保護(hù)裝置必須配合良好的接地裝置才能有效的將雷電流或故障電流泄放入大地，起到保護(hù)作用。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，用電需求大增，變電站短路容量增大，對(duì)接地網(wǎng)要求更高，一些重要的變電站接地網(wǎng)需要重新進(jìn)行評(píng)估甚至改造。其中準(zhǔn)確的獲取站址的土壤結(jié)構(gòu)參數(shù)是開展上述工作的基礎(chǔ)，將獲取的土壤結(jié)構(gòu)參數(shù)帶入數(shù)值計(jì)算方法中來計(jì)算接地網(wǎng)的接地參數(shù)，從而其性能進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而提出合理的改造方案。在進(jìn)行土壤電阻率的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，接

2、地網(wǎng)的存在會(huì)降低被測(cè)量的土壤的視在電阻率值，從而導(dǎo)致計(jì)算的土壤結(jié)構(gòu)參數(shù)偏低，影響到地網(wǎng)評(píng)估和改造。故亟需一種針對(duì)接地網(wǎng)附近測(cè)量得到視在電阻率，進(jìn)行土壤結(jié)構(gòu)建模的方法。
　　本文在分析了國(guó)內(nèi)外關(guān)于土壤結(jié)構(gòu)建模方法研究的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種通過受接地網(wǎng)影響的視在電阻率測(cè)量值，準(zhǔn)確反算原土壤結(jié)構(gòu)參數(shù)的建模方法。對(duì)于這樣一個(gè)已知視在電阻率求解土壤結(jié)構(gòu)的逆問題，模型中選取的最優(yōu)化算法為遺傳算法（GA），并結(jié)合土壤結(jié)構(gòu)逆問題的求解對(duì)G

3、A做了相應(yīng)的改進(jìn)；關(guān)于土壤視在電阻率的計(jì)算，模型中采用有限元方法（FEM），由于測(cè)線離接地網(wǎng)較近，根據(jù)土壤視在電阻率實(shí)際測(cè)量時(shí)測(cè)線與接地網(wǎng)的相對(duì)位置，建模時(shí)應(yīng)在測(cè)線對(duì)應(yīng)位置加入接地網(wǎng)金屬區(qū)域，還原真實(shí)的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，從而在模型中體現(xiàn)出地網(wǎng)對(duì)視在電阻率的影響；最后，將該方法應(yīng)用于實(shí)際換流站站址土壤結(jié)構(gòu)建模，并對(duì)可能引入的誤差進(jìn)行了分析，證明該方法的有效性。本文的研究工作及結(jié)論如下：
　　①對(duì)于本文的主要研究對(duì)象接地網(wǎng)，從地網(wǎng)存在對(duì)視在電

4、阻率測(cè)量值降低的影響機(jī)制說明了在模型求解中將3D地網(wǎng)簡(jiǎn)化為1D地網(wǎng)的可行性；同時(shí)，引入無窮散流空間的空間變換，推導(dǎo)了空間變換后區(qū)域水平分層土壤分界面的參數(shù)化表達(dá)式；兩者共同作用使有限元計(jì)算時(shí)的網(wǎng)格數(shù)大大減少。
　?、趯?duì)于土壤結(jié)構(gòu)逆問題求解，依據(jù)土壤參數(shù)的工程應(yīng)用，本文分析了土壤結(jié)構(gòu)逆問題求解時(shí)土壤參數(shù)精度的合理設(shè)置，通過合理設(shè)置土壤參數(shù)精度，可以壓縮算法求解時(shí)的解空間規(guī)模，使得計(jì)算結(jié)果更容易收斂到全局最優(yōu)解或適應(yīng)度函數(shù)值更小的局部

5、最優(yōu)解。
　?、垡罁?jù)壓縮解空間的思路，本文提出了變精度的遺傳算法，該方法能通過在迭代過程中改變待求解參數(shù)的精度，控制解空間處于合適規(guī)模，從而使得此類逆問題的求解容易跳出遠(yuǎn)離全局最優(yōu)解的局部解，更為逼近全局最優(yōu)。針對(duì)三層土壤結(jié)構(gòu)這一多參量算例的逆問題求解，表明對(duì)于復(fù)雜的土壤結(jié)構(gòu)，該方法優(yōu)勢(shì)更加明顯。
　?、鼙疚奶岢龅挠邢拊瓦z傳算法結(jié)合的土壤結(jié)構(gòu)建模方法被實(shí)際應(yīng)用于某已建成的換流站土壤結(jié)構(gòu)建模研究；分析了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)測(cè)線與地網(wǎng)相