1、接地系統1、接地裝置不僅為各種電氣設備提供一個公共的參考地，而且在發生故障或雷擊時，能夠將故障電流或雷電流迅速散流，限制地電位的升高，保證人身和設備安全，因此接地是確保電力系統安全穩定運行的重要條件，其可靠性及安全性能一直受到設計和生產運行部門的高度重視1-5。電力系統接地就其目的來說可分為工作接地、防雷接地和保護接地 3 種。工作接地是為了降低電力設備的絕緣水平，如采用中性點接地的方式；防雷接地是為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和線路桿塔等都必須配以相應的接地裝置以便把雷電流導入大地；而電力設備為保證人身安全必須接地的情況則稱為保護接地1,6。2、接地電阻對于小面積接地網或者銅接地網，接地

2、網地電位升與工頻入地電流之間的相位差很小，相應比值稱為接地電阻；對于大面積鋼接地網，接地網地電位升與工頻入地電流之間的相位差較大，相應比值稱為接地阻抗。為降低接地裝置的接地電阻，人們采取了各種各樣的措施。傳統的措施主要在接地網的 2 維方向進行研究，包括擴大接地網面積、引外接地、增加接地網的埋設深度、利用自然接地、局部換土、接地模塊和離子棒等。隨著接地系統降阻要求的逐步提高，新型降阻技術不斷出現，充分利用接地網周圍的地形、地質特性，構建 3 維立體接地網成為趨勢，除垂直接地極外，斜接地極技術、深水井接地技術和深井爆破接地技術施工已經在很多高土壤電阻率地區變電站的接地改造中取得顯著的成效1,7-

3、10。但目前各種降阻措施的研究工作大部分僅針對某一種措施展開，缺乏組合降阻措施的研究，各種降阻措施之間也缺乏系統的比較，實際在降阻措施的選用中存在盲目性。3、桿塔3.1 桿塔建模輸電線路桿塔模型及參數對反擊過電壓的影響很大， 在目前的輸電線路桿塔仿真研究中，常用的兩種桿塔模型為集中電感模型和波阻抗模型。隨著超/特高壓的快速發展，桿塔的高度和幾何尺寸都增大很多， 因此波阻抗模型較集中電感模型更能真實的模擬線路的反擊特性。多波阻抗模型不僅考慮到了波在桿塔上的行進，還考慮到了桿塔的自身結構、不同高度對地電容的變化，所得結果更加符合高桿塔的波阻抗。3.2 桿塔模型多波阻抗模型建立的基礎是基于垂直導體不

4、同高度處的波阻抗不同這一概念。由波阻抗的特性可知，垂直圓柱體的波阻抗僅依賴該圓柱體的半徑和高度，可由經驗公式來描述單根垂直導體的波阻抗。繼而可得n根平行圓柱體組成的系統總的波阻抗為式中n 為圓柱體的數目; 為第 1 根圓柱體的自波阻抗，則第 k 根圓柱體的自波阻抗 和第 k 根與第 l 根之間的互波阻抗 可表示為式中，是第 k 根和第 l 根圓柱體之間的距離。由以上各式可得為多導體的等效半徑。本文介紹的是日本學者 Hara 提出的無損線桿塔模型，將桿塔的塔基、支柱和橫擔分別用無損傳輸線表示，每部分波阻抗大小由公式 3-13-3 求出。現以如下桿塔模型為例來介紹Hara桿塔模型圖 1 桿塔結構圖

5、 圖 2 桿塔的 Hara 等效模型桿塔結構如圖 1所示，其Hara多波阻抗等效模型如圖 2所示。其中，每層桿塔主體部分阻抗為： （3-1）式中 Hara 經過測量得出，每層支柱的波阻抗 為該層桿塔主體波阻抗的 9 倍，即 （3-2）橫擔的波阻抗為： （3-3）式中， 為桿塔主體的高度；為桿塔間豎直支柱的半徑；為桿塔底部支柱半徑；為桿塔主體水平支柱間的距離；為桿塔底部支柱間的距離；為桿塔橫擔與塔柱連接處截面半徑的 1/ 2 。以下為其余桿塔類型的結構圖及 Hara 等效模型。 圖 3 桿塔結構圖 圖 4 桿塔的 Hara 等效模型 圖 5 桿塔結構圖 圖 6 桿塔的 Hara 等效模型4、桿塔

6、接地電阻及其等效電路4.1 建模方法傳統等效電路模型是根據所需建模的器件或設備的尺寸、材料、結構等計算出相關的電阻、電容和電感 (RLC) 等效值，然后根據各元件的電氣連接而建立物理模型。該方法的優點是直觀，每一個元件均有物理意義，在設計時可以通過元件的靈敏度分析從而改變設計，使其滿足設計要求。該方法的缺點是對于某些隨頻率變化的參數，在模型中無法考慮，在高頻情況下，此類模型不準確。黑箱理論是一種純數學的建模方法，其基本思想是：(1) 測量所需建模的器件或設備的阻抗或散射參數； (2) 對測量結果進行有理函數逼近，找出其極點和留數； (3) 對極點和留數進行分類處理，根據不同類別計算出RLC 串

7、并聯等效電路的參數值。該方法的優點是其采用了完全的數學建模方法，考慮了頻關參數的影響，所建立的 RLC 串并聯電路用于電路仿真比較準確。該方法的缺點是 RLC 串并聯電路的元件數與有理函數逼近的階數有關，一個簡單的器件可能會用幾十個元件的串并聯來表示，并且所建立的等效電路的元件沒有物理意義，在實際的電路設計和分析中無法進行靈敏度分析。為了解決以上兩種模型存在的問題，本文提出了基于黑箱理論與傳統等效電路的建模方法。該方法既可以保持傳統等效電路參數的意義，又可以考慮高頻情況下器件的頻變效應。設由測量得到的器件的阻抗為 ，根據傳統等效電路計算得到的阻抗為，黑箱理論所建立模型的阻抗為 ，則三者關系可表

8、示為 (4-1)基于黑箱理論與傳統等效電路的建模流程，如圖 2-1 所示。圖 2-1 基于黑箱理論與傳統等效電路的建模流程4.2阻抗有理函數逼近與建模4.2.1有理函數逼近設閥體器件的阻抗有理函數表示為 （4-2）其中，極點及其對應的留數為實數或為共軛復數對，一次項 e 和常數項 d 為實數， N 為全部的極點數。選取一組已知的初始極點 ，并假設一未知函數 （4-3）該未知函數與相乘可得 （4-4）由式 (4-3) 和式 (4-4) ，可得 （4-5）將測量所得的一系列頻關的離散點及其對應的頻率代入式 (4-4), 整理可得一組線性方程組 （4-6）解方程組 (4-6) ，可求出未知量 e 、

9、 d 、k、res根據所求未知量，進行原函數的零點和極點的求解。4.2.2 有理函數分解式 (4-2) 可分解為常數項和一次項部分、實數極點項部分以及共軛復數極點項部分，即 (4-7)其中 (4-8) (4-9) (4-10)4.2.3 等效電路4.2.3.1 常數項和一次項等效電路 圖 4-3 常數項和一次項等效電路式 (4-8) 可用電阻元件和電感元件的串聯電路進行等效，如圖 4-3 所示。設串聯電路兩端的電壓為U (s) ，流過元件的電流為 I( s) ，則圖 4-3 電路的等效阻抗Z1( s) 為 (4-11)將式 (4-11) 與式 (4-8) 作比對，可得，電阻 R 和電感 L 分

10、別對應常數項和一次項系數，即R=d,L=e.4.2.3.2 實數極點項等效電路4.2.3.3 共軛復數極點項等效電路1 何金良，曾嶸. 電力系統接地技術M. 北京：科學出版社，2007. 2 李景祿，李衛國. 關于大中型接地網降阻措施的經驗J. 高電壓技術，2002，28(9)：55-56. 3 李景祿，鄭瑞臣. 關于接地工程中若干問題的分析和探討J. 高電壓技術，2006，32(6)：122-124. 4 王東燁，董 剛. 大型變電所地網評估若干問題的探討J. 高電壓技術，2001，27(2)：64-65. 5 張瑞強，何 為，李 羿，等. 基于正逆問題分析方法的變電站接地網研究綜述J. 中

11、國電機工程學報，2014，34(21)：3548-3560. 6 中國電力企業聯合會. GB 500652011 交流電氣裝置的接地設計規范S. 北京：中國計劃出版社，2011.7 Meng Q B, He J L, Dawalibi F P, et al. A new method to decrease ground resistances of substation grounding systems in high resistivity regionsJ. IEEE Transactions on Power Delivery, 1999, 14(3): 911-916. 8 He J L, Yu G, Yuan J P, et al. Decreasing grounding resistance of subs-tation by deep-ground-well methodJ.