CDEGS软件在变电站接地网状态评估中的应用研究

TECHNOLOGY AND MARKETVol.18,No.10,2011变电站接地网是保证电力系统安全可靠运行、保障运行人员人身安全的重要措施。

变电站接地网状态评估工作主要是结合现场测试和理论计算，准确分析接地网入地故障电流、接地阻抗、接触电压、跨步电压、地网电位分布、地网完整性、地网金属导体腐蚀情况等现时状态，通过现场实际测试并与CDEGS 软件计算相结合，综合分析接地网的安全性。

1概述CDEGS是Current Distribution、Electromagnetic Field、Gro-unding and Soil Structure Analysis（电流分布，电磁场，接地和土壤结分布）的缩写，它是由加拿大SES公司（Safe Engineering Services&Technologies Itd．安全技术工程服务有限公司）出品。

该软件为接地、电磁场、交直流电磁兼容，以及阴极保护等问题服务，具有多种组件高度集成以及多功能的通用软件工具，它可以计算在正常运行、故障、雷击，以及操作状态条件下，任意由地上或地下的带电导体所组成网络中的电流和电磁场，其中土壤结构可以是非均匀的多种类型的土壤结构，导体可以是裸导体、带绝缘层的管道或在管道中的电缆。

目前，CDEGS 软件包具有RESAP（电阻率分析）、M ALT（接地计算和分析）、M AIZ、SPLITS（线路和所相连的变电站回路模拟）、TRALIN（输电线路）、HIFREQ（高频分析）、FCDIST（故障电流分布）、FFT-SES（SES中的FFT变换）共计8个功能模块。

变电站接地网状态评估主要是基于CDEGS软件，根据实际接地系统的结构，采用测量分析得到的分层土壤模型，分析分层土壤模型下接地系统的电气参数。

主要内容包括：1）对运行变电站接地阻抗测试结果以及分流对运行变电站接地阻抗测试结果的影响进行详细计算研究，通过软件计算和实测结果对照，验证CDEGS软件仿真模型的可信性，给出变电站接地阻抗值；2）确定变电站最大入地故障电流及其分布情况；3）以整个变电站场区为研究对象，计算实际接地系统在接地短路时地网接地导体的电位升高，是否满足二次设备安全的要求；4）计算变电站跨步电压Us和接触电压Ut分布情况，对比测试结果和跨步电压Us和接触电压Ut的限值，判断变电站Us、Ut的分布情况，分析和评估在地表产生的接触电压和跨步电压是否满足人身安全要求。

2接地网接地阻抗仿真计算与测量结果的比对验证2.1接地网接地阻抗仿真计算根据变电站接地网设计图，利用CDEGS软件中的M ALZ （接地网分析）模块和土壤分层计算结果，对接地网的接地阻抗进行了计算。

2.2仿真计算与测量结果的比对验证将变电站带出线避雷线的地网接地阻抗实测值，采用基于实测站址分层土壤电阻率结构分析的CDEGS软件仿真计算结果，与投运前地网接地电阻交接测试结果进行对比分析。

3单相接地短路电流计算利用CDEGS软件的FCDIST模块计算母线单相接地故障时故障电流的分流情况。

计算中要用到各出线的长度、平均档距、杆塔接地电阻值、线路对侧变电站的接地阻抗值以及架空地线参数等。

3.1变电站发生单相接地故障时，地网导体电位升高（GPR）对变电站设备运行和人员安全要求来说，主要是关心发生设备单相接地故障时变电站围墙内场区与一次设备和二次系统接地引下线直接相连的地中金属导体的稳态工频电位差，是否对二次设备（或二次回路）的绝缘造成威胁，其中二次设备（或二次回路）的绝缘水平可参考DL/T621—1997《交流电气装置的接地》和GB/T4703—2001《电容式电压互感器》等相关数据确定（通常取2000V～3000V，1min的范围）。

另一方面，关注设备单相接地故障时，地网金属导体高电位外引是否可能威胁站外人员和设备的安全。

利用M ALZ模块计算变电站内典型位置发生设备单相接地故障时的整个地网系统（包括站内和站外地网）导体电位升高。

3.2变电站发生单相接地故障时跨步电压和接触电压应用M ALZ模块计算变电站地网场区典型位置发生设备单相接地故障时的接触电压和跨步电压分布。

对于跨步电压，主要考察变电站围墙内场区、围墙周围的地网边缘区域和围墙外扩地网延长导体区域；对于接触电压，则主要考察变电站围墙内场区有可能发生单相接地短路故障的设备区域。

4变电站站址土壤结构分析变电站站址的不同间距的视在土壤电阻率现场测试，采用四极法测量得到变电站站址的土壤电阻率随测量极间距变化的曲线，根据视在土壤电阻率现场基础测试数据，利用CDEGS 软件的RESAP（土壤电阻率分析）计算模块，通过优化分析，反演得到变电站站址的土壤实际分层结构模型。

接地网状态准确评估的基础是接地阻抗、土壤电阻率的测（下转第17页）CDEGS软件在变电站接地网状态评估中的应用研究谭永浩（广西桂能科技发展有限公司，广西南宁530007）摘要：通过现场实际测试并与CDEGS软件计算相结合，综合分析了接地网的安全性；准确分析出接地网入地故障电流、接地阻抗、接触电压、跨步电压、地网电位分布、地网完整性、地网金属导体腐蚀情况等现时状态。

关键词：变电站；接地网；状态评估；CDEGS软件；应用研究doi:10.3969/j.issn.1006-8554.2011.10.008技术研发14技术与市场第18卷第10期2011年图2基站分时段的点位误差随时间变化图从表1各基准站分时段的点位误差可以看出，GPS定位误差随观测时段的长短表现出一定差异性。

具体表现在：对于同一个站来说24h观测结果比12h的好，12h的结果要优于8h的；对于相同时段不同站，点位误差分布表现出相似性。

从表2综合统计结果显示24h的点位中误差在1~2cm，12h 点位误差在2.5~3cm，8h的点位误差在3~5cm。

由图2还可以看出24h的点位误差曲线要比12h、8h的曲线更平稳，说明24h的解算结果稳定性和可靠性更高。

3结论与建议3.1结论通过对C001、C004等4个基准站24天数据的分时段的解算，得到了各时段站点的估算坐标，与参考值进行比较，并进行统计分析，初步得出以下结论：（1）24h的点位精度明显要优于12h和8h，约1~2cm；（2）24h的点位精度的稳定性和可靠性高于12、8h，表现在曲线的波动性更趋于缓和(图2)；（3）12h的点位精度略优于8h，但没有显著提高；（4）8h的点位误差在3~5cm内变化；（5）4个基准站都表现出上述的相似特征。

GPS的定位误差是多方面，如钟差、整周模糊度、多路径效应、电离层对流延迟等，观测时段的长短只是其中一方面，所以上述结论都是基于相同的设置参数和模型下得出的。

3.2建议鉴于上述结论，结合实际需求，对今后工作作以下建议：（1）在地形条件比较复杂的区域，为满足3~5cm的点位精度，单个观测时段不应低于8h；（2）对于点位精度要求很高的情况下且观测条件允许的情况下，增加观测时间有利于提高解算的精度和结果的可靠性；（3）观测条件：结合实际情况，在满足有效观测卫星数不应低于5颗的情况下（可结合卫星星历预报），尽量选取开阔、远离高压线的区域；（4）为了在解算过程中使用最终精密星历（通常两周之后发布），所以基准网的观测应考虑在Lidar测量前至少两周进行。

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分层土壤电阻率数据的详细测量是CDEGS软件的应用准确性的基础，而后者直接影响到地网状态评估工作的质量，因此，土壤电阻率数据的准确性非常关键。

5CDEGS软件在评估中应用的基本流程软件变电站接地网状态数值评估中应用的基本流程如图1所示。

箭头方向指数据的输入方向，括号内的字符串指计算所要采用的模块。

6结语CDEGS软件对综合分析接地网的安全性，对接地网状态进行理论分析，结合实际测量对接地网的状态进行系统、准确的评估，对于确保电力系统的安全可靠运行和变电站工作人员的人身安全具有十分重要的意义。

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