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有限元分析法用于接地網(wǎng)的特性分析時(shí)，在很多方面優(yōu)于其他分析方法。這是因?yàn)橛?jì)算完全以場(chǎng)的形式進(jìn)行，從而可以精確模擬實(shí)際地網(wǎng)，既可避免離散化地網(wǎng)區(qū)域時(shí)帶來(lái)的計(jì)算誤差，又避免了由于各種參數(shù)的忽略或近似求取帶來(lái)的計(jì)算差，如接地網(wǎng)導(dǎo)體間互阻的計(jì)算等。此外，應(yīng)用有限元法還可十分方便地考慮土壤結(jié)構(gòu)、土壤電阻率、地網(wǎng)埋深及短路電流入流點(diǎn)因素等對(duì)地網(wǎng)特性的影響。
由于接地網(wǎng)的工頻交流接地電阻與直流接地電阻非常接近，因此可近似利用接地網(wǎng)在直流激勵(lì)下的響應(yīng)代替工頻激勵(lì)下的響應(yīng)。
有限元的計(jì)算機(jī)理是將區(qū)域離散后對(duì)每個(gè)單元建立微分方程，將各個(gè)微分方程線性化后聯(lián)立形成整體計(jì)算矩陣。為獲取較高的計(jì)算精度，必須使計(jì)算區(qū)域足夠大且使計(jì)算所涉及的區(qū)域剖分更加密集。這樣剖分后形成的單元越多，計(jì)算量也越大，對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求也越高。當(dāng)自由度達(dá)到一定極限時(shí)，單臺(tái)機(jī)就無(wú)法繼續(xù)計(jì)算了，這時(shí)需進(jìn)行并行計(jì)算。應(yīng)用有限元法分析大型接地網(wǎng)特性時(shí)的主要問(wèn)題是仿真計(jì)算這樣一個(gè)形狀和分布復(fù)雜的三維問(wèn)題時(shí)，由于其變量多和剖分密集，計(jì)算機(jī)內(nèi)存無(wú)法滿足計(jì)算要求。
由上述分析可知，對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行三維有限元分析時(shí)，必須在建模和剖分時(shí)采取一定的技巧以盡量減少剖分后的單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)量。采用具有8個(gè)節(jié)點(diǎn)的六面體形式三維單元剖分后的單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)量最少，因此建模時(shí)必須將地網(wǎng)和土壤作為一整體，采用切割或者拉升的方法進(jìn)行整體建模，從而保證剖分后所有的單元均為六面體單元。地網(wǎng)導(dǎo)體及其周圍土壤中解的變化較大，因此對(duì)這一部分需要進(jìn)行特別剖分。此外，為盡量反映地網(wǎng)導(dǎo)體端部比較密集的散流，地網(wǎng)導(dǎo)體端部的剖分還需加密，離地網(wǎng)導(dǎo)體越遠(yuǎn)的區(qū)域采用越稀疏的單元。這樣處理后可在保證計(jì)算精度的前提下提高計(jì)算速度。
采用上述處理辦法對(duì)一個(gè)邊長(zhǎng)為90m的正方形地網(wǎng)進(jìn)行了三維有限元分析，這樣一個(gè)小型接地網(wǎng)的未知數(shù)已達(dá)到單機(jī)計(jì)算量的極限。顯然，實(shí)際的接地網(wǎng)，特別是500kV變電站的大型接地網(wǎng)的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于90mx90m，因此完全應(yīng)用三維有限元對(duì)其進(jìn)行分析是不可行的。
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