接地網技術分析及仿真模擬探析

張國志，趙榮普

（云南電網有限責任公司昆明供電局，云南昆明，650000）

1 接地網技術方案

一般情況下，針對接地網本身的缺陷，其主要指的是接地引下線本身出現(xiàn)的虛接，或者是水平均壓導體斷裂等一系列的缺陷。為了能夠滿足檢測的要求，還需要落實接地網圖紙結構，并且將地下導體的實際位置確定。本項目在進行檢測診斷中，主要是：通過接地網兩下引導體對于異頻正弦波電流實際的注入和抽出，在電磁感應基本原理掌握的前提下，對地表面的磁感應強度分布情況做好合理的測量，按照其實際的變化規(guī)律以及分布特征，這樣就可以對接地網的結構加以判斷，并且將導體位置確定，從而對嚴重腐蝕段以及斷點等具體的缺陷故障進行診斷。為此，就需要將電流頻率對于地表面磁感應強度帶來的影響加以確定，落實其強度分布的對應特征，然后了解土壤本身的實際構成可能會對地表面磁感應強度帶來怎樣的影響，最后，掌握腐蝕變細、接地網斷點等一系列缺陷可能引發(fā)的變化特征[1]。

2 接地網仿真計算模擬分析

2.1 計算模型

基于接地網模型作為案例，在x與y方向上擁有接地導體11根，并且每一根導體直徑為20mm，長100m，每一段10m，一共擁有10段；相對的磁導率為200；接地導體電阻率為1.78′10-7Ω×m；埋深達到0.8m，假如只有1層土壤，那么土壤電阻率為80Ωm[2]。

2.2 激勵電流頻率影響

對于電流和激勵信號要求的明確，就需要考慮到兩者對于地表面磁感應強度會帶來怎樣的影響。在圖1中主要是從接地體P直接注入10A電流強度的正弦波信號，然后從接地體Q將其抽出，將F的位置上的地標x方向磁感應強度Bx作為案例，這一位置的輸入信號頻率與地標磁感應強度關系見圖2所示。因為土壤阻抗與接地網導體對于信號頻率帶來的影響，考慮到土壤之中不同頻率信號的實際衰減程度，就圖2來看，在2kHz頻段中，存在較強的磁感應強度，大概在200-250nT之間，當處于幾千赫茲的時候，會迅速降低磁感應強度，其實際測量處于20-2000Hz范圍之中，就可以考慮到信號工作頻率的合理選擇。

圖1 仿真計算模型

圖2 信號頻率的影響

基于畢奧－薩法爾定律計算地表面磁感應強度，由于同激勵電流強度類似于線性關系，注入的電流較高，會提升信噪比，這樣就可以直接的進行檢測，同時，對于激勵源本身的要求較高。為了能夠有效的檢測地表面磁感應強度，按照接地網大小，再配合上磁感應強度測量系統(tǒng)本身的靈敏度，就可以進行激勵電流的合理選擇，一般來說，2-50A的電流就可以達到檢測需求[3]。

2.3 土壤結構對地表磁感應強度的影響

為了分析地表磁感應強度隨土壤結構性質不同而變化的規(guī)律，假設在從圖1接地體P(53,0)處注入10 A、410 Hz的正弦波信號，從接地體Q(50, 94)處抽出，按4種土壤模型進行仿真計算。以地表面x方向磁感應強度分量Bx在x＝0～55 m，y＝55 m的區(qū)域分布為例，計算結果如圖3所示。計算發(fā)現(xiàn)4種模型下地表磁感應強度的最大相對差值約為4%，從圖3中可看出，當直接從接地體注入和抽出電流時，由于接地導體的電阻率遠小于土壤的電阻率，土壤結構對地表磁感應強度的影響并不明顯。

圖3 不同土壤結構下磁感應強度的比較

2.4 地表面磁感應強度的分布特征

分析診斷方式的可行性，主要是對應實際的分布特征來進行具體的闡述。依舊選擇圖1之中的P與Q，進行10A、410Hz正弦波信號的注入與抽出。X為40m，y=40-70m的感應強度為例，最后的計算結果見圖4所示，其中的Bx、By、Bz分別代號表了沿著3個直角坐標方向的磁感應強度分量。不難看出，在垂直于電流方向上的分量是較大的，達到100nT，所以，在實際的檢測中，最好是選擇這一個方向的進行測量。

圖4 地表磁感應強度分量的比較

X方向地標磁感應強度Bx的分布在區(qū)域之中的仿真計算結果，具體見圖5（a）所示，圖5（b）、圖5（c）代表了By和Bz。針對地表面的實際情況，當處于x=40m和y=0-100m以及y=60m和x=0-100m的Bx分布見圖6所示。

圖5 地表面磁感應強度實際的分布

圖6 Bx的局部情況

從圖6可以看出，Bx分布規(guī)律性較強，但是By和Bz分布規(guī)律較弱：

第一，針對于電流相互靠近的注入與抽出地表相互靠近的區(qū)域，Bx值較大；第二，沿著垂直方向，其Bx分布變化屬于波浪式的模式，導體上都有峰值的出現(xiàn)；第三，沿著注入與抽出電流方向導體地標Bx變化屬于平緩趨勢。一般來說，都不會有明顯的跌落或者是突變情況出現(xiàn)[4]。

圖7 沿邊緣導體注入抽出電流時Bx的分布情況

當接地網局部導體有斷點或者是嚴重腐蝕變細的問題，因為電流出現(xiàn)了變化，這樣就會引發(fā)鄰近區(qū)域地標磁感應強度的跌落或者是變化，這樣就會對分布特征加以改變，為后續(xù)的診斷提供參考。基于這一分析，就可以選擇矩形探測全對地標磁感應強度分布情況進行測量。通過多次的注入與抽出位置的該比啊你，如圖1之中的I、K與G、H，在圖7之中，按照邊緣導體來實現(xiàn)電流的注入與抽出，呈現(xiàn)出地表面磁感應強度的Bx分量分布。這就好比對于整個接地網的分條診斷以及分片診斷?；诂F(xiàn)場實際的導體位置分析，這樣也可以方便后續(xù)的診斷，通過激勵電流的注入與抽出點的合理選擇，就需要與某一根導體的兩端盡可能的靠近。

3 結語

總而言之，本文針對接地網技術分析及仿真模擬探析，希望通過合理的仿真模擬，能夠提供對應的數(shù)據(jù)分析，為后續(xù)的接地網研究奠定良好的基礎條件。