变电站接地系统优化设计方法及其应用研究

论文摘要

接地系统是保证电力系统安全运行的根本条件，因此变电站的接地系统研究对于电力系统设计具有重要意义，而接地网的优化设计是接地研究中的重要部分。由于采用等间距设计的变电站接地网地表电位梯度很大、散流不均匀，因此有必要在不等电位模型下研究接地网的不等间距优化布置规律，为接地系统的设计提供理论依据。本文首先介绍了分层均匀土壤中点电流源的格林函数及其快速算法，用复镜像法求解格林函数的待定系数。基于场路结合的思想，建立了变电站接地网不等电位数学模型，对导体的内自阻抗、导体的外自感和互感、互阻抗矩阵都作了详细的说明。在此基础上，提出了一种基于改进的自适应遗传算法的接地网优化设计方法，该方法在不等电位和双层土壤结构模型的基础上，建立最大接触电压值达到最小的目标函数，采用改进的自适应遗传算法求解最佳压缩比，从而得到水平地网的最佳优化设计方案。在此基础上深入研究了垂直接地极和引外接地的效应，通过理论分析与数值计算，探讨了垂直接地极和引外接地的降阻降压效果，为高土壤电阻率地区变电站的接地系统设计提供了有效的优化设计方法。基于本文所提出的接地系统优化设计方法，对某110kV变电站接地系统进行设计，并针对不同的应用场合提出了几种可行的优化设计方案。仿真计算表明：水平接地网均压带采用基于改进自适应遗传算法的不等间距优化布置，与传统的等间距布置方法相比具有更明显的均压效果，可显著降低最大接触电压；水平接地网结合垂直接地极、水平接地网结合引外接地的设计方案更能大幅度的降低接地系统的接地阻抗和最大接触电压，有效提高地网运行的安全水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 选题背景及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本论文的主要研究工作
• 第2章 非均匀土壤中点电流源的格林函数
• 2.1 引言
• 2.2 水平分层土壤中的格林函数
• 2.2.1 多层水平分层土壤中的格林函数
• 2.2.2 两层水平分层土壤中的格林函数
• 2.3 垂直分层土壤中的格林函数
• 2.3.1 两层垂直分层土壤中的格林函数
• 2.3.2 多层垂直分层土壤中的格林函数
• 2.4 复镜像法计算格林函数
• 2.5 本章小结
• 第3章 不等电位接地网数值模拟计算
• 3.1 引言
• 3.2 数学模型
• 3.2.1 电磁场分析
• 3.2.2 电路分析
• 3.2.3 场路结合分析
• 3.3 分层媒质中自阻和互阻的计算
• 3.3.1 两平行导体棒间的互阻系数
• 3.3.2 两垂直导体棒间的互阻系数
• 3.3.3 任意放置的两导体棒间的互阻系数
• 3.3.4 分层媒质中的自阻和互阻
• 3.4 接地网导体内阻抗的计算
• 3.5 接地网导体电感的计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 水平接地网均压带优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 接地系统设计要求
• 4.2.1 设计总要求
• 4.2.2 接地网参数要求
• 4.3 两层土壤中不等间距布置
• 4.3.1 不等间距布置的优点
• 4.3.2 水平接地网优化布置
• 4.3.3 求解最佳压缩比
• 4.3.4 问题分析
• 4.4 基于遗传算法的水平接地网优化
• 4.4.1 遗传算法简介
• 4.4.2 遗传算法实现
• 4.4.3 改进的自适应遗传算法
• 4.4.4 设计原理
• 4.4.5 求解最佳压缩比的算法设计
• 4.5 实例验证
• 4.6 本章小结
• 第5章 垂直接地和引外接地效应研究
• 5.0 引言
• 5.1 添加辅助接地的必要性分析
• 5.2 水平接地网与垂直接地相结合
• 5.2.1 垂直接地极布置方式与数量
• 5.2.2 垂直接地极降阻率与反射系数
• 5.2.3 垂直接地极降阻率与上层土壤厚度
• 5.2.4 垂直接地极降阻率与地网面积
• 5.2.5 垂直接地极的降压效应分析
• 5.2.6 垂直接地极的应用
• 5.3 水平接地网与引外接地相结合
• 5.3.1 引外接地长度的选择
• 5.3.2 引外降阻率与土壤电阻率
• 5.3.3 连接导体的材料和布置方式
• 5.3.4 引外接地的应用
• 5.4 其他优化设计方案分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 优化设计实例及其分析
• 6.1 引言
• 6.2 接地系统优化设计算例仿真
• 6.2.1 不等间距布置水平接地网
• 6.2.2 不等间距水平接地网结合垂直接地
• 6.2.3 不等间距水平接地网结合引外接地
• 6.2.4 接地系统优化设计方案选择
• 6.3 本章小结
• 结论
• 1 主要的研究成果
• 2 后续工作展望
• 参考文献
• 附录A （攻读学位期间发表的学术论文目录）
• 附录B （攻读学位期间参加的科研工作及学术活动）
• 致谢