【摘 要】隨著人們生活水平的日益提高，用電量也是逐年增大，為適應(yīng)人們的生活需要，很多的變電站都在實行改造，變電站接地系統(tǒng)可以保證變電站安全可靠的運行。本文主要講述遺傳算法下一般變電站接地網(wǎng)的計算，希望能為電力工作人員帶來一些幫助。

【關(guān)鍵詞】遺傳算法；變電站接地網(wǎng)；優(yōu)化設(shè)計

由于變電站接地網(wǎng)要起到保護變電站安全運行的作用，所以接地電阻有著非常嚴(yán)格的要求，變電站接地網(wǎng)主要是為電氣設(shè)備提供一個參考地，一旦發(fā)生故障，就能夠通過接地網(wǎng)及時的把電流放掉，保護生命與設(shè)備的安全，而且隨著近些年來變電站系統(tǒng)的變化，一些接地網(wǎng)已不能達到要求，本文就先從遺傳算法相關(guān)知識說起。

一、遺傳算法相關(guān)知識

遺傳算法是在1975年，美國的J.Holland教授提出的，主要特點是采用概率化的尋優(yōu)方法，直接對結(jié)構(gòu)對象進行操作，不存在求導(dǎo)和函數(shù)連續(xù)性的限定，能自動獲取和指導(dǎo)優(yōu)化的搜索空間；具有隱并行性和更好的全局尋優(yōu)能力；到目前為止，已被人們廣泛的應(yīng)用到組合優(yōu)化、信號處理以及人工生命等領(lǐng)域中。遺傳算法從串集開始開始搜索，覆蓋面很大，非常利于全局擇優(yōu)，減少了幾步最優(yōu)解的風(fēng)險，非常易于實行并行化，不受定義域與連續(xù)可微的約束，應(yīng)用范圍很廣泛，非常適合與較高的生存概率?；具\算過程包括數(shù)據(jù)的初始化、評價個體的適應(yīng)度、選擇合適的運算、交叉運算，隨后是變異運算終止條件判斷。

二、遺傳算法下的變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計研究

（一）最大接觸電勢基于遺傳算法的求取。

在利用不等電位計算時需要同時考慮到大地區(qū)域以及導(dǎo)體區(qū)域，號要考慮到導(dǎo)體電阻以及漏電流，在計算接觸點電勢時假設(shè)每段的散流電流均是集中在導(dǎo)體的中段，支路電壓直接定位端點電壓的平均值。利用場路結(jié)合的思想，把接地網(wǎng)看成一個網(wǎng)絡(luò)，為避免復(fù)雜的運算，采取節(jié)點電壓法進行求解，這個方法也避免了計算所引起的誤差。

在接地網(wǎng)中注入正弦工頻電流Iinj后，假設(shè)導(dǎo)體長度非常小，并且支路電壓很穩(wěn)定，那么支路電壓的求解公式就是Ub，k=（Un，l+Un，m）/2，式中l(wèi)、m指的是支路的兩個端點，所有的支路與節(jié)點都有Ub=K Un的關(guān)系。支路電壓與支路散流電流關(guān)系是I=GUb，整個接地網(wǎng)運用節(jié)點電壓法就可以達到表達式Iink-Ieq=YUn，其中Y=AZ-1AT，A是指關(guān)聯(lián)矩陣，Y是指節(jié)點導(dǎo)納矩陣，整理所有公式可以得到Iink=KTGKUn+YUn，最大接觸電勢就可以表達為UT=UGPR-UP。

利用遺傳法求取最大接觸電勢時，隨機選取20個點作為初始種群，對每一個點P（x，y）進行描述，若是矩形基地網(wǎng)在500m×200m范圍內(nèi)，那么x的取值就在±250之間，y的取值范圍就在±100之間，本文采取二進制編碼，對于x變量而言，可以用15位來表示，y變量可以用13位來表示，算子運用輪盤賭進行選擇。

在面對優(yōu)化問題是，通常需要進行反復(fù)的實驗來確定交叉頻率Pc和變異頻率Pm，計算過程非常復(fù)雜，因此本文采取自適應(yīng)計算方法。Pc=[Pcl-（Pc1-Pc2）（f，-favg）]/（fmax-favg），Pm=Pml-（Pm1-Pm2）（f，-favg）]/（fmax-favg），式中fmax是指最大適合度，favg是指平均適合度，遺傳算法計算流程是：開始→編碼→確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)→產(chǎn)生初始種群→計算目標(biāo)函數(shù)值→滿足條件終止→選擇、交叉、變異→重復(fù)上一步判斷→確定最優(yōu)解→輸出最優(yōu)解→結(jié)束。

（二）遺傳算法下的接地網(wǎng)優(yōu)化計算。

所謂接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計就是指在最大接觸電勢滿足條件下，使得接地網(wǎng)的散流分布以及地表電位分布更加的完善。在實踐中發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)導(dǎo)體按指數(shù)分布規(guī)律進行分布能夠有效地降低地表電位梯度，而且此設(shè)計方法更加的具有安全性和經(jīng)濟性，因此本文接地網(wǎng)導(dǎo)體按照指數(shù)規(guī)律來進行分布，那么距離中心網(wǎng)孔為n級的網(wǎng)孔間距公式為dn=dmaxCn，式中C是指壓縮比，dmax是指按規(guī)律分布的最大網(wǎng)孔邊長，在水平導(dǎo)體上取N根導(dǎo)體，中心網(wǎng)間距就可以表示為：N是偶數(shù)時，dmax=L（1-C）/（1+C-2CN/2），N是奇數(shù)時，dmax=L（1-C）/2[（1+C-2CN/2）]。

即使是同一個接地網(wǎng)，若是采取不同的壓縮比，也會產(chǎn)生不同的拓撲結(jié)構(gòu)，求取在不同壓縮比下接地網(wǎng)的優(yōu)化最大接觸電勢轉(zhuǎn)化為函數(shù)問題，壓縮比同時考慮到縱向和橫向兩方面，把不同的接地網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)看成染色體，用坐標(biāo)g（Cx，Cy）表示，其中Cx、Cy分別代表橫向壓縮比以及縱向壓縮比，最大網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，接地網(wǎng)的最大接觸電勢求取只需要知道Cx和Cy的值就可以，Cx和Cy的取值范圍均在零到一之間，若是大于1就代表四周網(wǎng)孔間距大于中間網(wǎng)孔間距，不符合實際運用。利用二進制編碼來進行變量求解，單點交叉概率Pc=0.4，變異概率設(shè)置在平均水平上，也就是Pm=0.01，反復(fù)更新直到達到收斂為止。

（三）遺傳算法變電站優(yōu)化計算結(jié)果。

變電站優(yōu)化計算結(jié)果會根據(jù)不同的接地網(wǎng)而發(fā)生一些改變，若是接地網(wǎng)面積是230m×182m，系統(tǒng)的最大短路電流為24.2KA，土壤電阻率在100Ω·m，根據(jù)以上計算公式的最大接觸電勢為275V，按照本文的方法來布置接地網(wǎng)導(dǎo)體，導(dǎo)體電阻率在1.7×10-7Ω·m，所得的優(yōu)化結(jié)果也就是最大接觸電勢是258V，優(yōu)化結(jié)果非常明顯。

三、結(jié)束語

綜上所述，本文基于遺傳算法結(jié)合基于電磁場和電路相結(jié)合的節(jié)點電壓法，研究了接地網(wǎng)參數(shù)的數(shù)值計算，并在此基礎(chǔ)上研究了接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計，數(shù)據(jù)表明優(yōu)化后的接地網(wǎng)能夠使得地表電位變得非常均勻，很大程度上降低了最大接觸電勢，并在測試時發(fā)現(xiàn)中心點引流方式效果更加顯著。

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