一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法与流程

1.本发明属于电气设备接地技术领域，具体地说，涉及一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法。


背景技术：

2.《电力设备接地技术规程》规定，“发电厂、变电所电力设备的接地装置，除利用自然接地体外，不论采用何种人工接地体，如井式接地、深钻式接地、引外接地等，都应敷设以水平接地体为主的人工接地网”。无论是电气设备还是地上建筑都需要通过接地网将电流引流至地下，从而完成放电，以此保护设备安全和人身安全，在电力线路系统中，系统接地、防雷接地、保护接地和电子接地共用一个接地网，接地网是确保人身、设备、系统安全的重要设施。
3.防雷接地电极的接地性能优劣和可靠性，直接影响着电气设备，线路设施的正常有效运行，接地技术对电力系统的安全稳定运行有着重要的影响，而发电机容量的扩大，超高压输电及高压直流输电的推行使得系统电压水平提高，接地电流不断增大，这些都对接地网的安全、可靠、经济、有效等方面提出了更高的要求。接触电压和跨步电压直接关系到站内人员和设备的安全，因此，如何降低接地网电阻，从而降低接触电压和跨步电压一致是研究人员关注的焦点。
4.目前，国内外针对土壤电阻率高的地质环境下实现较低接地电阻值主要方法是增大接地体尺寸和降低土壤电阻率方法来实现，降低土壤电阻率的方法是在大范围内更换低电阻率土壤，以此来降低接地电阻，从工程技术和经济上很难实现，因此，增大接地体尺寸成高土壤电阻率地质环境下降低接地电阻主要方法，增大接地体尺寸方法就是扩大接地网面积、增加接地体材料，由此带来造价高，花费动辄几十万甚至上百万，同时受土地集约使用原则限制，有些项目现场根本无法实现较低接地电阻值，这些问题成为行业痛点，长期无法得到有效解决。


技术实现要素：

5.要解决的问题
6.针对现有降低土壤电阻率的方法是在大范围内更换低电阻率土壤，以此来降低接地电阻，从工程技术和经济上很难实现，扩大接地网面积、增加接地体材料造价高，同时受土地集约使用原则限制，有些项目现场根本无法实现较低接地电阻值的问题，本发明提供一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法。
7.技术方案
8.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
9.一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，包括以下步骤：
10.步骤1、分析影响接地电阻因素和在高土壤电阻率地质环境下传统技术的弊端；
11.步骤2、对待布设矩阵接地网地区的土壤进行检测，得到该地区地层土壤电阻率的
分布情况；
12.步骤3、采用地下立体空间布设结构，将多层接地极层按照地中纵深错层布置安装；
13.步骤4、架设首层连接导体，将首层连接导体与多层接地极层连接；
14.步骤5、测量计算得到矩阵接地网的占地面积和材料消耗；
15.步骤6、将矩阵接地网与传统接地网的占地面积和材料消耗进行计算比较，得到占地面积的减少量和材料节省的量。
16.优选地，所述接地极层纵深分布布置的层数为3-7层。
17.优选地，所述接地极层是根据地层土壤电阻率的分布情况，布置于土壤电阻率相对较低的介质层区。
18.进一步地，所述各个接地极会在低电阻率介质层的接触面积形成纵深方向多个大等效半球接地极。
19.更进一步地，所述接地网布置结构为多个半球接地体并联。
20.再进一步地，每个所述大等效半径接地极对土壤会有一个接地电容，多个大等效半球接地极会生成多个接地电容并联增大整个接地网接地电容。
21.优选地，所述地下立体空间布设结构是在纵向空间拉开各介质层接地极之间的距离来提高接地极的利用系数，降低接地极之间的屏蔽效应，减小接地极散流的相互影响，提高各接地极的利用效率，提升整体接地网的接地效果。
22.进一步地，所述接地极层是通过改变分布，让电磁镜像增加虚拟长度，修改接地材料数量提高接地体电容。
23.更进一步地，同层所述接地极之间的间距大于等于接地极长度的3倍。
24.再进一步地，不同层所述接地极层之间的垂直距离大于等于接地极长度的3倍。
25.一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，通过分析影响接地电阻因素和在高土壤电阻率地质环境下传统技术的弊端，对待布设矩阵接地网地区的土壤进行检测，得到该地区地层土壤电阻率的分布情况，采用地下立体空间布设结构，将多层接地极层按照地中纵深错层布置安装，架设首层连接导体，将首层连接导体与多层接地极层连接，测量计算得到矩阵接地网的占地面积和材料消耗，将矩阵接地网与传统接地网的占地面积和材料消耗进行计算比较，得到占地面积的减少量和材料节省的量，解决了高土壤地质环境下接地网的低接地电阻值建设的技术难题。
26.有益效果
27.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
28.(1)本发明解决了高土壤电阻率地质环境下或受土地集约使用原则限制条件下的建设地土壤电阻率接地网的技术难题，有效节约了建设接地网的占地面积和接地材料的投入成本，提高了土地有限空间及接地材料的利用率。相较于传统接地网，在高土壤电阻率相地质环境下，特定条件接地阻值要求下，接地网占地面积和使用材料都可以大量减少，解决了高土壤地质环境下接地网的低接地电阻值建设的技术难题；
29.(2)本发明矩阵接地网采用地下立体空间布设结构，利用在纵向空间拉开各介质层接地极之间的距离来提高接地极的利用系数，降低接地极之间的屏蔽效应，减小接地极散流的相互影响，提高各接地极的利用效率，提升整体接地网的接地效果，相较于传统接地
网布置结构更趋近于多个半球接地体并联，在特定条件下，矩阵接地网增大接地体电容的效率可以提高数倍，接地电阻值可以降低数倍。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例或示例性中的技术方案，下面将对实施例或示例性描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以按照这些附图示出的获得其他的附图。
31.图1为本发明的步骤流程示意图；
32.图2为本发明的矩阵接地网技术方法示意图；
33.图3为本发明的矩阵接地网技术路线图。
具体实施方式
34.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.实施例1
37.如图1所示，一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，主要流程如下：
38.分析影响接地电阻因素和在高土壤电阻率地质环境下传统技术的弊端，对待布设矩阵接地网地区的土壤进行检测，得到该地区地层土壤电阻率的分布情况，采用地下立体空间布设结构，将多层接地极层按照地中纵深错层布置安装，架设首层连接导体，将首层连接导体与多层接地极层连接，测量计算得到矩阵接地网的占地面积和材料消耗，将矩阵接地网与传统接地网的占地面积和材料消耗进行计算比较，得到占地面积的减少量和材料节省的量。
39.先分析影响接地电阻因素和在高土壤电阻率地质环境下传统技术的弊端，再对待布设矩阵接地网地区的土壤进行检测，得到该地区地层土壤电阻率的分布情况。
40.采用地下立体空间布设结构，将多层接地极层按照地中纵深错层布置安装，架设首层连接导体，将首层连接导体与多层接地极层连接，接地极层纵深分布布置的层数为3-7层。
41.接地极层是根据地层土壤电阻率的分布情况，布置于土壤电阻率相对较低的介质层区，各个接地极会在低电阻率介质层的接触面积形成纵深方向多个大等效半球接地极，接地网布置结构为多个半球接地体并联，每个所述大等效半径接地极对土壤会有一个接地电容，多个大等效半球接地极会生成多个接地电容并联增大整个接地网接地电容。
42.地下立体空间布设结构是在纵向空间拉开各介质层接地极之间的距离来提高接
地极的利用系数，降低接地极之间的屏蔽效应，减小接地极散流的相互影响，提高各接地极的利用效率，提升整体接地网的接地效果，所述接地极层是通过改变分布，让电磁镜像增加虚拟长度，修改接地材料数量提高接地体电容，同层所述接地极之间的间距大于等于接地极长度的3倍，不同层所述接地极层之间的垂直距离大于等于接地极长度的3倍。
43.测量计算得到矩阵接地网的占地面积和材料消耗，将矩阵接地网与传统接地网的占地面积和材料消耗进行计算比较，得到占地面积的减少量和材料节省的量。
44.通过上述描述可知，在本实例中，通过分析影响接地电阻因素和在高土壤电阻率地质环境下传统技术的弊端，对待布设矩阵接地网地区的土壤进行检测，得到该地区地层土壤电阻率的分布情况，采用地下立体空间布设结构，将多层接地极层按照地中纵深错层布置安装，架设首层连接导体，将首层连接导体与多层接地极层连接，测量计算得到矩阵接地网的占地面积和材料消耗，将矩阵接地网与传统接地网的占地面积和材料消耗进行计算比较，得到占地面积的减少量和材料节省的量，在高土壤电阻率相地质环境下，特定条件接地阻值要求下，接地网占地面积和使用材料都可以大量减少。
45.实施例2
46.如图3所示，先分析影响接地电阻因素和在高土壤电阻率地质环境下传统技术的弊端，传统技术是通过增加接地体电容c或降低土壤电阻率ρ，其中增加接地体电容通过增加占地面积和增加接地材料来实现，降低土壤电阻率则需要大范围换土，工程量大。
47.对待布设矩阵接地网地区的土壤进行检测，得到该地区地层土壤电阻率的分布情况。
48.采用地下立体空间布设结构，将多层接地极层按照地中纵深错层布置安装，架设首层连接导体，将首层连接导体与多层接地极层连接。
49.接地极层纵深分布布置的层数为3-7层，以此减少占地面积，如图2所示，图2中的
①
为首层连接导体，
②
为纵深错层布置的接地极及接地层，
③
为不同深度相对电阻率介质层。
50.接地极层是根据地层土壤电阻率的分布情况，布置于土壤电阻率相对较低的介质层区，各个接地极会在低电阻率介质层的接触面积形成纵深方向多个大等效半球接地极，接地网布置结构为多个半球接地体并联，每个所述大等效半径接地极对土壤会有一个接地电容，多个大等效半球接地极会生成多个接地电容并联增大整个接地网接地电容，不需要大范围换土，减小工程消耗。
51.地下立体空间布设结构是在纵向空间拉开各介质层接地极之间的距离来提高接地极的利用系数，降低接地极之间的屏蔽效应，减小接地极散流的相互影响，提高各接地极的利用效率，提升整体接地网的接地效果，所述接地极层是通过改变分布，让电磁镜像增加虚拟长度，修改接地材料数量提高接地体电容，同层所述接地极之间的间距大于等于接地极长度的3倍，不同层所述接地极层之间的垂直距离大于等于接地极长度的3倍，以此减少接地材料的消耗。
52.测量计算得到矩阵接地网的占地面积和材料消耗，将矩阵接地网与传统接地网的占地面积和材料消耗进行计算比较，在相同地质环境和特定接地电阻值条件下，矩阵接地网可节省占地面积80％，节省材料2/3。
53.以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、分析影响接地电阻因素和在高土壤电阻率地质环境下传统技术的弊端；步骤2：、对待布设矩阵接地网地区的土壤进行检测，得到该地区地层土壤电阻率的分布情况；步骤3、采用地下立体空间布设结构，将多层接地极层按照地中纵深错层布置安装；步骤4、架设首层连接导体，将首层连接导体与多层接地极层连接；步骤5、测量计算得到矩阵接地网的占地面积和材料消耗；步骤6、将矩阵接地网与传统接地网的占地面积和材料消耗进行计算比较，得到占地面积的减少量和材料节省的量。2.根据权利要求1所述的一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，其特征在于：所述接地极层纵深分布布置的层数为3-7层。3.根据权利要求1所述的一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，其特征在于：所述接地极层是根据地层土壤电阻率的分布情况，布置于土壤电阻率相对较低的介质层区。4.根据权利要求3所述的一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，其特征在于：所述各个接地极会在低电阻率介质层的接触面积形成纵深方向多个大等效半球接地极。5.根据权利要求4所述的一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，其特征在于：所述接地网布置结构为多个半球接地体并联。6.根据权利要求5所述的一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，其特征在于：每个所述大等效半径接地极对土壤会有一个接地电容，多个大等效半球接地极会生成多个接地电容并联增大整个接地网接地电容。7.根据权利要求1所述的一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，其特征在于：所述地下立体空间布设结构是在纵向空间拉开各介质层接地极之间的距离来提高接地极的利用系数，降低接地极之间的屏蔽效应，减小接地极散流的相互影响，提高各接地极的利用效率，提升整体接地网的接地效果。8.根据权利要求7所述的一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，其特征在于：所述接地极层是通过改变分布，让电磁镜像增加虚拟长度，修改接地材料数量提高接地体电容。9.根据权利要求8所述的一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，其特征在于：同层所述接地极之间的间距大于等于接地极长度的3倍。10.根据权利要求9所述的一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，其特征在于：不同层所述接地极层之间的垂直距离大于等于接地极长度的3倍。

技术总结
本发明公开了一种在高电阻率土壤环境下矩阵接地网布设方法，属于电气设备接地技术领域，包括分析影响接地电阻因素和在高土壤电阻率地质环境下传统技术的弊端，对待布设矩阵接地网地区的土壤进行检测，得到该地区地层土壤电阻率的分布情况，采用地下立体空间布设结构，将多层接地极层按照地中纵深错层布置安装，架设首层连接导体，将首层连接导体与多层接地极层连接，测量计算得到矩阵接地网的占地面积和材料消耗，将矩阵接地网与传统接地网的占地面积和材料消耗进行计算比较，得到占地面积的减少量和材料节省的量，本发明能使接地网占地面积和使用材料都可以大量减少，矩阵接地网增大接地体电容的效率可以提高数倍，接地电阻值可以降低数倍。阻值可以降低数倍。阻值可以降低数倍。


技术研发人员：张仲 王东明 高源 齐谦 李杨 李如箭 姜秋瑾 霍东晴 李金峰 陆金光 孙莨 刘旭彤 崔雨微 杨连英
受保护的技术使用者：北京万云安德防雷工程有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/1