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AutoGroundDesign


AutoGroundDesign软件包可对任意形状的接地系统进行自动分析和确定符合用户定义的安全标准的经济型接地网方案。由AutoGroundDesign推荐的接地网方案可用于小型接地网设计。



技术说明

作为唯一能够分析和设计接地系统的全自动软件工具,AutoGroundDesign强大的智能功能帮助电气工程师高效地设计达到安全要求的、水平、任意形状的接地装置,在设计阶段之间无需用户干预。

系统设计中采用了多步骤的方法,首先是手动指定与接地系统、土壤和故障电流数据以及安全标准有关的参数。然后开始自动设计过程,从一个由埋在地下的金属板组成的网格开始(它提供最低的接地电阻、接触和跨步电压),以确定是否可以达到所要求的安全阈值。如果可满足安全阈值,便计算包含最少导体的接地系统。从这些结果中,基于SES参考数据库、其他智能规则或者用户手动指定,可以得到一个初步设计。然后,使用基于规则的技术和算法对初始设计进行改进以保证其性能符合安全阈值条件,同时降低接地网的整体费用。详细步骤 如下。

程序中包含了大量预先定义、计算完成的接地系统。程序对搜索策略进行了改进,可以在找到恰当接地系统的同时保证数据库容量最小化。通过使用该自动技术和恰当的数据库,最大限度地减少了设计安全且经济有效的接地系统的时间



软件包的基于集成模块的性质可以满足你的直接需求,例如,计算一个简单接地网的电阻。然后随着你的需求的发展,例如对变电站的复杂接地系统进行完整的安全分析,你可以考虑升级到具有更复杂功能的软件包。

有两个AutoGroundDesign软件包可供选择:

这个软件包可以用来分析水平的任意形状的接地系统,它可以模拟水平两层的土壤结构。它可以计算出接地系统的阻抗和电位升,以及贯穿接地系统区域的土壤电位。同时,它也允许您对地网内外任意位置的接触电压和跨步电压进行全面的安全性分析。该软件包还包括一个强大的模块,可以计算出接地系统和其他金属路径之间的故障电流分布,如:架空地线、屏蔽线、中性线和电缆护套或铠装。该软件包还有一个电阻率测量分析模块,可以根据测量数据得到合适的土壤模型。

该软件包包括上述软件包中的所有内容,并增加了模拟任意水平多层土壤土壤结构的功能。

以上两个软件包均包括实用工具(例如,导体载流量计算模块(SESAmpacity)、绘图软件、文本编辑器等)。


介绍

在得到安全的接地系统前需要进行多次迭加。因此,这可能会相当耗时。因为需要考虑可能会影响接地系统性能的大量参数,例如,接地系统的形状和尺寸、埋深、土壤结构类型和特性,以及接地网导体(水平导体和垂直接地棒等)的材料等。AutoGroundDesign专业软件包具有强大的智能功能,帮助电力设计工程师快速有效设计安全接地系统,在设计的各个阶段中均不需要人为控制。AutoGroundDesign充分考虑了不同的分析策略和技术,从而可以计算和设计任意形状的水平接地系统。

当变电站由于故障级别增加或新的安全标准要求而需要更新时,这是检查、增强和优化大量现有变电站的理想工具。它还可以作为更复杂的设计周期中需要人工干预的第一步。

下图给出了一交互方式定义任意水平接地系统顶点位置的示意图。



功能特性

AutoGroundDesign 具有如下独特的特性:

  • 基于变电站站场的简单描述可进行接地系统设计。具有最少的输入数据:环境设置、土壤数据、接地网区域、接地网的故障入地电流、安全数据以及自动设计参数和控制。
  • 模拟接地系统并评估其特性。只要可忽略接地导体的纵向阻抗,就可以使用AutoGroundDesign进行分析和设计。
  • 可以分析和设计任意形状的接地系统,接地系统中可以包含位于均匀和多层土壤中水平和垂直排列的裸导体。这是通过一种自动网格划分方法实现的,该方法考虑到了任何多边形形状。
  • 提供了良好的用户交互界面,可以方便指定任意水平的接地系统区域。在界面中可以定义并实时显示已定义的区域。通过拖拽可以将每个顶点进行移动,数据网格中的数据也会立即进行更新,反之亦是如此。
  • 可使用多种算法进行自动设计,如自动、中点、线性和用户自定义方法等。这些算法将恰当的定义自动设计过程特性、使用的接地网数据库、优化搜索算法、方法和用户指定的标准和约束条件。
  • 同时提供了其它三种操作模式,即估算器、结构和尺寸预测模式。从而可以快速和精确的估计不同接地系统(如接地网、垂直接地棒的阵列、星形电极和圆环等)的电阻,或分析要达到特定的电阻值需要的接地系统尺寸或结构。
  • 包括来自接地、土壤电阻率和故障电流分布分析的中间结果,是这些结果和自动化设计过程中涉及的所有步骤的一个组成部分--并使人们能够检查和更好地理解。
  • 其特点是已开发出高效和智能的技术,以产生不同类型的观察点,从而准确地进行计算,同时也使迭代设计步骤中的计算时间最小化。在最终计算步骤中,可以自动生成或由用户定义一组完整的观测点,以产生对于计算结果有用的常规三维图和二维色块图。



接地系统设计技术和程序

考虑传统的变电站接地系统设计过程。基于已有经验以及变电站接地的相关要求,首先创建一个初步接地系统结构并进行分析。随后查看计算结果是否满足所有的设计需要。如果未满足所有的要求,或者具有明显的优化可能性,则会对于接地系统进行修改设计,会再次启动设计分析过程。

为对现有方案进行优化设计,我们需要更好地了解土壤结构和实际流入变电站的故障电流。同样地,其它一些参数也很重要,如接地网的几何尺寸、埋深、接地导体类型、接地棒是否与接地网相连等。

在自动接地系统设计中使用了多步法。

  • 首先,将接地系统设置为参考金属板形式。这样可得到特定尺寸的接地系统可达到的最小接地阻抗值,并确定此时是否可以达到期望的接地阻抗值和安全限值。如果不能,就会停止计算,程序会提示使用者如果不采用额外的缓解措施将不可能满足设计要求。
  • 第二步,分析最少导体情况,如,沿着接地网外围布置导体,在接地网内部不布置或者布置很少的导体,以查看这种稀松布置的形式是否可以达到期望的接地阻抗和安全限值。如果可以满足要求,则可以很快完成设计过程,不需要参考设计数据库以及智能迭代技术。
  • 第三步,基于SES参考数据库、其它智能规则或用户手动来选择一个恰当的初始接地网形式。程序基于使用者提供的输入数据,如接地网的尺寸和几何结构、土壤结构类型、入地故障电流和要求的安全标准等参数使用参考数据库。
  • 最后,使用基于规则的技术和智能算法对初始方案进行优化设计,以提高接地网性能,并在满足安全要求的前提下尽可能的降低接地网成本。如果不需要对细化后的网格进行手动修改(例如导体位置),则可以使用细化后的网格作为最终设计的基础。如果需要手动修改设计,则需要使用像AutoGrid Pro或MultiGround等这样的软件包。



自动接地系统设计结构

自动接地系统软件中集成了如下模块,结构示意图如下所示。


自动接地设计中心模块

该核心和控制模块的界面很简单,允许使用者快速启动自动接地系统设计。该模块管理和协调输入数据,用于校准自动设计接地网的迭代过程,最终目的是提供一个符合所有要求的设计,但又不过分保守,因此具有成本效益。设计参数包括选择获得接地系统初始设计的方法,指定使用哪种接地网数据库方法进行自动设计,指定设计迭代的最大次数,以及接地网设计随每次迭代的演变速度。


接地分析模块

该模块用于分析不同土壤结构中,受AC或DC入地故障电流影响的接地系统网络。因为我们假设该接地网是一个等电位结构,所以电流在接地网格中的注入点位置并不重要,即接地导体的纵向阻抗可以忽略不计。


土壤分析模块

该模块主要是基于测量的土壤电阻率数据,创建电气等效的土壤结构模型。本模块能够生成多层水平土壤模型。


故障电流分布分析模块

该模块可基于少量的信息和简单的网络数据,计算故障电流在多个终端、传输线和配电馈线间的分布情况。可以定义具有多个区块的终端,其中每个区块可以有不同的线路参数,其他特征如跨度长度值以及中性线和相线的位置也同样可以从一个区块到另一个区块的变化。本模块提供了实际流入接地网的故障电流,以及流入避雷线、杆塔基础和电缆护套中的电流。同样也可以计算避雷线和电缆护套的子阻抗和互阻抗值。


安全模块

该模块根据IEEE标准80、IEC标准479、用户自己的标准或这些标准的组合,为两个几何区域(接地网内部和外部)生成安全阈值,代表具有典型不同安全阈值的区域。通过该安全电压阈值来决定是停止设计过程还是继续进行计算。决定安全电压限值的参数主要包括:故障清除时间、地表覆盖层(比如,碎石)的电阻率、地表覆盖层厚度,表层等效电阻率(地表覆盖层下方土壤的电阻率)、人体电阻、脚电阻和防护服电阻(任选,如手套或者靴子)以及心室颤抖电流阈值计算方法。


查看,绘图以及报告工具

通过基于CAD的模块可以查看或编辑(编辑需要使用AutoGrid Pro或AutoGround/MultiGround软件包)由直线导体组成的3D接地网格。直线段可为金属导体或是观测线。它们可以从任何方向,以各种方式在SESCAD中查看。AutogroundDesign还具有一个内嵌的3D查看器来查看所产生的接地网。



此外,输出文件中打印的计算结果可以通过 "查看设计摘要 "按钮进行查看和绘图,而计算结果的绘图和报告可以通过启动SESSystemViewer或GRServer的相应按钮来查看。

GRServer作为一个强大的输出处理器,以各种图形或打印格式显示计算结果。在该模块中可以查看输入数据,也可以启动接地分析模块。

最后, SESSystemViewer绘图模块直接在接地网络系统结构上同时显示2D或3D计算结果。