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发电厂接地网土壤模型构建及其安全性评估

文档作者：李冠男车传强王琼文惠君赵晨文档来源：内蒙古电力科学研究院		点击数：	更新时间： 2021年07月18日
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2013年第31卷第6期
内蒙古电力技术
INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER 13
doi：10．3969／j．issn．1008—6218．2013．06．020
发电厂接地网土壤模型构建及其安全性评估
李冠男，车传强，王琼。文惠君，赵晨
(内蒙古电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特010020)
摘要：利用CDEGS软件对内蒙古地区某电厂接地网所处地区的土壤进行建模计算，分析
接地网的安全性。由于该电厂处于我国北方严寒地区，春冬季受地表覆盖冰雪的影响，土
电阻率与夏秋季节差异较大，因此构建了冻土环境下的接地网仿真模型。结合当地气象条
件，利用接地阻抗、接触电压和跨步电压等电气量分析全年不同季节土壤条件下接地网的安
全性。分析结果表明：借助接地电阻值的实际测量值，利用CDEGS软件进行模拟，可有效弥
补由现场测量中土壤电阻率信息不全所带来的深层土壤模型构建的缺陷；在内蒙古地区，冻
土模型的引入是实现接地网综合评估不可或缺的环节。
关键词：接地系统；CDEGS软件；土壤模型；土壤电阻率；接地电阻；安全性能
文献标志码：B 中图分类号：TM835
文章编号：1008—6218(2013)06—00013—05
Ground Soil Model Building and Its Safety Assessment on
Power Plant Grounding Grid
Li Guannan，Che Chuanqiang，
(Inner Mongolia Electric Power Science&amp;amp;
Wang Qiong，Wen Huijun，Zhao Chen
Research Institute，Inner Mongolia Hohhot 010020)
Abstract：Building a model to calculate the soil of the grounding grid area of a power
plant in Inner Mongolia by CDEGS software， analysis the safety of grounding grid． It is
impo~ant to build a grounding grid simulation model under the permafrost environment，
because the inflHence of SHOW—covered surface in spring and winter in northern China cold
area， soil resistivity iS quite different from summer and autumn． The safety status of
grounding grid for a power plant was evaluated by electrical quantities，such as，grounding
resistance， contact voltage and step voltage in frozen soil environment，which should be
combined with local meteorological conditions．This research showed that：the defects of
deep soil model construction caused by the incomplete inform ation of soil resistivity in the
in-situ measurement，which could be effectively compensated values of grounding resistance
by the actual measured； Believed that the permafrost model was an indispensable step to
achieve the comprehensive assessment of grounding d in Inner Mongolia．
Key words：grounding system； CDEGS software；soil model； soil resistivity； grounding
resistance；safty perform ance
【收稿日期】2013—10—20
【作者简介】李冠男(1982一)，女，内蒙古人，硕士，助理工程师，从事高电压技术研究工作。
[基金项目】内蒙古电力(集团)有限责任公司201 1年第一批科技项目
了壤
l4 内蒙古电力技术
0 引言
目前，在基于CDEGS软件的接地网研究过程
中，测量发电厂或变电站接地网参数时，由于没有
全面考虑发电厂、变电站地理位置和环境因素，导
致测量区域内土壤电阻率信息不全，难以利用
CDEGS软件构建深层土壤模型。尤其对于内蒙古
地区而言，冬季地表覆盖的冰雪在春季消融渗人土
壤后，会出现土壤受潮、结冰现象，土壤电阻率变化
较大。若在夏秋季节开展土壤电阻率测量工作，则
测量结果难以表征春冬季节冻土条件下发电厂、变
电站接地网的真实情况。在此基础上进行的接地
网设计和改造，常会出现部分接地网设计方案欠合
理或多次改造仍不满足要求等情况。
针对上述问题，以内蒙古某电厂接地网为研究
实例，分析在利用CDEGS软件构建接地网初始模型
时土壤电阻率信息不足的情况下，如何利用接地阻
抗、接触电压、跨步电压以及年平均气温、最大冻土
深度等参数，构建接地网深层土壤模型的问题。以
便正确评估该电厂接地网的真实状况，为接地网设
计和改造工作提供参考依据。
1 接地网评估方法
1．1 测量和评估方法
目前，接地网测量和评估主要是利用CDEGS软
件进行仿真分析。传统的反复试算法由于参数较
多，计算工作量大，导致设计的接地网难以满足实
际需求。CDEGS软件则弥补了传统算法缺陷，具有
计算准确、通用性强等特点，被广泛应用于接地系
统研究和设计领域，并已经成为接地网设计、状态
评估和降阻改造的可靠下具” 。
在实际接地网的设计和评估过程中，CDEGS软
件可根据所输入的土壤结构、接地网区域几何尺
寸、流入故障电流等多项数据信息，结合规程、标准
中给出的上述各值的最大允许值 ，实现对接地网
的计算模拟和评估分析。其中，该软件的RESAP模
块的功能是通过实际测量的视在土壤电阻率经计
算得出等效的土壤结构模型，即不同厚度层及该层
相应的土壤电阻率。但是，该模块在构建模型时，
需要具备较全面的视在土壤电阻率数据信息，否则
构建的模型会因不完整而无法进行接地网评估。
MALZ模块用于建立接地系统的3D模型，模型中的
接地系统埋深、导体布置、接地体材料等均按照现
场实际情况考虑。该模型用来计算整个接地系统
的接地阻抗、接触电压、跨步电压和地电位升(GPR)
等参数，并评估接地网的安全性能。
1．2 研究对象的基本情况
本文选取内蒙古呼和浩特市某电厂接地网为
研究对象，进行接地网安全性评估。该厂厂区分为
煤堆场、油罐区、升压站、主厂房、污水处理等区域，
长约700 m、宽300 m、最大对角线约750 1TI。全厂接
地网示意图如图1所示。
图1 内蒙古某电厂接地网示意图
2 土壤模型的构建
2．1 土壤模型的初步建立
利用温纳四极法对该电厂接地网视在土壤电
阻率进行了实地测量，为保证测量结果的准确性，
以电厂升压站南路为起始点，通过3条不同路线来
验证该电厂的反演土壤模型是否为均匀土壤。测
量结果见表1所示。
图2为不同路径下的反演土壤模型，可以看出，
3种路径下的反演土壤模型均为均匀土壤，平均土
壤电阻率约为32 n·m(土壤层)。
2．2 土壤模型的完善
根据RESAP模块建模要求，构建该电厂土壤模
型的最大间距必须达到厂区最大对角线距离的一
半以上，约为325 131。但是，由于该电厂地处城市近
郊，利用四极法进行土壤电阻率测量时受周边建筑
的阻碍限制，使得土壤电阻率数据难以满足RESAP
模块的构建需求。在实地土壤电阻率测量过程中，
最大测量间距为30 1TI(见表1)，该距离条件仅满足

16 内蒙古电力技术 2013年第31卷第6期
表2 基准土壤结构模型参数(夏、秋季)
3 考虑冻土条件下的接地网综合评估
3．1 冻土条件下接地网模型的构建
该电厂所处地区的气候特点为中温带大陆性
季风气候，冬季漫长严寒，夏季短暂炎热；最冷月平
均气温一l2．7～16．1℃ 、最热月平均气温l7
22．9 ，平均年较差为34．4～35．7℃ 、平均日较差为
13．5 l3．7℃，极端气温最高38．5 cC、最低一41．5 。
由此可见，该电厂夏、冬两季的温差较大。此外，北
方严寒地区冬季和早春时节土壤常被冰雪覆盖而
存在冰冻现象，土壤电阻率随水分和土壤温度的变
化较大，因此有必要按照季节划分对该电厂分别构
建土壤模型，以便更好地完成对该厂接地网的全面
评估 。
利用CDEGS软件的Soil Model Manager模块，
在考虑年平均气温、最大冻土深度、解冻深度等参
数的基础上，构建该电厂冬季和早春的土壤结构模
型，得到不同土壤层的电阻率，结果见表3所示。
表3 冬季和早春季节土壤结构模型参数
表2、表3中各层土壤的厚度和电阻率数据表
明：基准土壤模型和早春、冬季的土壤结构模型土
壤分层结构不同，各层土壤的电阻率差异较大，说
明后续的接地网评估工作需要按夏秋、早春和冬季
3种气温、环境条件分别进行计算分析。
3．2 冻土条件下的接地网评估及结果验证
3．2．1 评估标准及方法

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