接地系统及杆塔模型Word格式文档下载.docx

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但目前各种降阻措施的研究工作大部分仅针对某一种措施展开，缺乏组合降阻措施的研究，各种降阻措施之间也缺乏系统的比较，实际在降阻措施的选用中存在盲目性。

3、杆塔

3.1杆塔建模

输电线路杆塔模型及参数对反击过电压的影响很大，在目前的输电线路杆塔仿真研究中，常用的两种杆塔模型为集中电感模型和波阻抗模型。

随着超/特高压的快速发展，杆塔的高度和几何尺寸都增大很多，因此波阻抗模型较集中电感模型更能真实的模拟线路的反击特性。

多波阻抗模型不仅考虑到了波在杆塔上的行进，还考虑到了杆塔的自身结构、不同高度对地电容的变化，所得结果更加符合高杆塔的波阻抗。

3.2杆塔模型

多波阻抗模型建立的基础是基于垂直导体不同高度处的波阻抗不同这一概念。

由波阻抗的特性可知，垂直圆柱体的波阻抗仅依赖该圆柱体的半径和高度，可由经验公式

来描述单根垂直导体的波阻抗。

继而可得n根平行圆柱体组成的系统总的波阻抗为

式中n为圆柱体的数目;

为第1根圆柱体的自波阻抗，则第k根圆柱体的自波阻抗

和第k根与第l根之间的互波阻抗

可表示为

式中，

是第k根和第l根圆柱体之间的距离。

由以上各式可得

为多导体的等效半径。

本文介绍的是日本学者Hara提出的无损线杆塔模型，将杆塔的塔基、支柱和横担分别用无损传输线表示，每部分波阻抗大小由公式3-1~3-3求出。

现以如下杆塔模型为例来介绍Hara杆塔模型

图1杆塔结构图图2杆塔的Hara等效模型

杆塔结构如图1所示，其Hara多波阻抗等效模型如图2所示。

其中，每层杆塔主体部分阻抗为：

（3-1）

式中

Hara经过测量得出，每层支柱的波阻抗

为该层杆塔主体波阻抗

的9倍，即

（3-2）

横担的波阻抗

为：

（3-3）

为杆塔主体的高度；

为杆塔间竖直支柱的半径；

为杆塔底部支柱半径；

为杆塔主体水平支柱间的距离；

为杆塔底部支柱间的距离；

为杆塔横担与塔柱连接处截面半径的1/2。

以下为其余杆塔类型的结构图及Hara等效模型。

图3杆塔结构图图4杆塔的Hara等效模型

图5杆塔结构图图6杆塔的Hara等效模型

4、杆塔接地电阻及其等效电路

4.1建模方法

传统等效电路模型是根据所需建模的器件或设备的尺寸、材料、结构等计算出相关的电阻、电容和电感（RLC）等效值，然后根据各元件的电气连接而建立物理模型。

该方法的优点是直观，每一个元件均有物理意义，在设计时可以通过元件的灵敏度分析从而改变设计，使其满足设计要求。

该方法的缺点是对于某些随频率变化的参数，在模型中无法考虑，在高频情况下，此类模型不准确。

黑箱理论是一种纯数学的建模方法，其基本思想是：

（1）测量所需建模的器件或设备的阻抗或散射参数；

（2）对测量结果进行有理函数逼近，找出其极点和留数；

（3）对极点和留数进行分类处理，根据不同类别计算出RLC串并联等效电路的参数值。

该方法的优点是其采用了完全的数学建模方法，考虑了频关参数的影响，所建立的RLC串并联电路用于电路仿真比较准确。

该方法的缺点是RLC串并联电路的元件数与有理函数逼近的阶数有关，一个简单的器件可能会用几十个元件的串并联来表示，并且所建立的等效电路的元件没有物理意义，在实际的电路设计和分析中无法进行灵敏度分析。

为了解决以上两种模型存在的问题，本文提出了基于黑箱理论与传统等效电路的建模方法。

该方法既可以保持传统等效电路参数的意义，又可以考虑高频情况下器件的频变效应。

设由测量得到的器件的阻抗为

，根据传统等效电路计算得到的阻抗为

，黑箱理论所建立模型的阻抗为

，则三者关系可表示为

（4-1）

基于黑箱理论与传统等效电路的建模流程，如图2-1所示。

图2-1基于黑箱理论与传统等效电路的建模流程

4.2阻抗有理函数逼近与建模

4.2.1有理函数逼近

设阀体器件的阻抗有理函数表示为

（4-2）

其中，极点

及其对应的留数

为实数或为共轭复数对，一次项e和常数项d为实数，N为全部的极点数。

选取一组已知的初始极点

，并假设一未知函数

（4-3）

该未知函数与

相乘可得

（4-4）

由式（4-3）和式（4-4），可得

（4-5）

将测量所得的一系列频关的离散点

及其对应的频率

代入式（4-4）,整理可得一组线性方程组

（4-6）

解方程组（4-6），可求出未知量e、d、k、res根据所求未知量，进行原函数

的零点和极点的求解。

4.2.2有理函数分解

式（4-2）可分解为常数项和一次项部分、实数极点项部分以及共轭复数极点项部分，即

（4-7）

其中

（4-8）

（4-9）

（4-10）

4.2.3等效电路

4.2.3.1常数项和一次项等效电路

图4-3常数项和一次项等效电路

式（4-8）可用电阻元件和电感元件的串联电路进行等效，如图4-3所示。

设串联电路两端的电压为U（s），流过元件的电流为I（s），则图4-3电路的等效阻抗Z1（s）为

（4-11）

将式（4-11）与式（4-8）作比对，可得，电阻R和电感L分别对应常数项和一次项系数，即

R=d,L=e.

4.2.3.2实数极点项等效电路

4.2.3.3共轭复数极点项等效电路

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