CDEGS软件反演土壤电阻率
基于CDEGS对垂直接地极与双层接地网的仿真比较研究
《西藏科技》2019年2期（总第311期）基于CDEGS对垂直接地极与双层接地网的仿真比较研究权学政李朝霞*（西藏农牧学院，西藏林芝860000）摘要：合理有效的设计接地网对于改善接地系统的接地性能有着重要意义，由于土地资源日益紧缺，变电站占地面积越来越小，研究双层接地网具有一定的意义。
基于CDEGS软件对垂直接地极和双层接地网进行仿真，研究了在不同土壤结构的情况下，加装垂直接地极的水平接地网与双层接地网对接地性能的影响。
从而为双层接地网和垂直接地极的适用环境提供理论依据。
关键词：双层接地网垂直接地极CDEGS接地就是将电气装置和设施的导体部分通过接地线连接到接地极，再由接地极连接到大地。
接地是为了能使电流在地中流通时，使其散流的更快［1］。
接地的目的就在于使电力系统和电气设备对于大地处于一种低电位差的状态，保障了电力系统和设备的正常运行，并且保证工作人员的人身安全［2-3］。
接地的主要作用就是把雷电流或短路电流短时间内引入大地中，防止设备流过大电流损坏设备并且防止人员接触设备而触电，保障了设备不受损坏和保护了人员不受伤害［4］。
由于土地资源有限，考虑到变电站对农业、经济以及公路规划的影响，同时也是为了减小其对农业的影响，规划部门要求电站尽量选择一些偏僻的地方，变电站、发电厂的征地显的非常不易，这就使得其占地面积越来越小，在变电站站址范围内仅仅依靠单一的水平接地网其接地是很难满足要求的。
在一些偏僻地区，能构建接地网的土地资源有限，利用局部换土地带建造双层接地网，由于换土区域土壤电阻率比较小使变电站接地电阻有效的降了下来［5-7］。
评估接地网性能好坏的参数有接地电阻，接触电压和跨步电压等，计算接地电阻的方法有很多如矩量法，仿真软件CDEGS就是应用的这种方法［8］，CDEGS是由加拿大SES公司推出的用于分析和计算接地和雷电保护等问题的［9-10］。
笔者使用CDEGS 对水平双层和水平三层土壤结构的垂直接地极和双层接地网进行了模拟仿真，研究了在降阻相同的情况下，双层接地网与不同数量或不同长度的接地极在不同土壤结构中的对比。
土壤电阻率的测试方法
土壤电阻率的测试方法土壤电阻率是衡量土壤导电性能的重要指标之一、它反映了土壤中水分、盐分、有机质等物质的分布情况，对土壤的肥力、水分运移、根系生长等具有重要的影响。
因此，准确测量土壤电阻率对于土壤的管理和农作物的种植具有重要意义。
本文将从几种常用的土壤电阻率测试方法进行讨论。
1. 标准四针法（Wenner 算法）标准四针法是一种常用的土壤电阻率测试方法，其原理是通过在土壤中插入四根相距相等的电极，刺激电流通过这四根电极并检测电压差，根据奥姆定律计算电阻率。
标准四针法测试步骤如下：（1）在施测地点选择一块典型的土壤样点，然后在地面上确定好测试点的位置。
（2）准备四根长度相等的电极，电极一般采用尖锐的体积小的导电材料，如钢针等。
（3）将四根电极均匀地插入土壤中，使它们之间保持相同的距离，插入深度通常在20～50厘米之间。
（4）将电流电极和电压电极连接到相应的测试设备，然后启动测试设备，记录测试数据。
（5）多次重复步骤（3）和（4），获取多组数据，然后计算平均值作为最终的电阻率。
标准四针法测试的优点是简单易行，结果较为可靠。
但是弊端是需要大面积的空地进行测试，且测试结果相对于其他方法有所偏差。
2. 多级嵌套线法（Nested multi-levels）多级嵌套线法是一种较为精确、可靠的土壤电阻率测试方法，它将多个电极嵌套地排列在土壤中，以增加测试精度。
多级嵌套线法测试步骤如下：（1）选择测试点，在地面上确定好测试点的位置。
（2）准备多根电极，电极的数量和长度根据测试要求决定。
（3）将电极平行地按一定的间距插入土壤中，将电极之间保持相同的间距和深度。
（4）连接电流电极和电压电极到相应的测试设备，启动测试设备，记录测试数据。
（5）按照不同的深度设置上述电极，即多级嵌套线，进行多次测量。
（6）根据嵌套线的测试数据，利用逆推算法计算出土壤的电阻率。
多级嵌套线法测试的优点是精确可靠，能够提供详细的土壤电阻率分布情况。
土壤电阻率测试课件
通过先进的数据处理和分析技术，提取有用的信息，提高 测试结果的精度。
THANKS
高精度
随着测量技术和算法的改进，土壤电阻率测试的 精度将进一步提高，为各种应用提供更准确的数 据。
多参数测量
未来土壤电阻率测试将不仅仅局限于电阻率的测 量，还将拓展到其他相关参数的测量，如电导率 、介电常数等。
土壤电阻率测试在未来的应用前景
环境保护
随着环保意识的提高，土壤电阻率测试将更多地应用于环境监测 和污染治理领域。
数据处理
对测量数据进行处理 和分析，得出土壤电 阻率的分布情况。
测量过程中的注意事项
注意安全
在测量过程中要注意安全，避免 因接触带电部位而发生触电事故
。
保证电极稳定
在测量过程中要保证电极的稳定， 避免因电极晃动而影响测量结果。
注意环境因素
在测量过程中要注意环境因素的影 响，如天气、地形等，尽量选择在 天气良好、地表干燥的条件下进行 测量。
土壤电阻率测试结果的意义
土壤电阻率是评估土壤导电性能的重 要参数，对于接地工程、防雷保护、 电气安全等领域具有重要意义。
土壤电阻率测试结果可以帮助了解土 壤的导电性能，对接地系统的设计、 优化和安全评估提供依据。
土壤电阻率测试结果的解读方法
比较法
01
将测试结果与标准值或已知的参考值进行比较，判断土壤电阻
03 土壤电阻率测试案例分析
案例一：某住宅小区的土壤电阻率测试
测试目的
评估住宅小区内的土壤电阻率， 以确保接地系统和防雷措施的有
效性。Leabharlann 测试方法采用接地电阻测试仪进行土壤电 阻率测试，测量不同深度的土壤
电阻值。
测试结果
土壤电阻率
土壤电阻率土壤电阻率是大地的一种电性参数。
接地体的接地电阻在很大程度上受土壤电阻率的约束。
土壤电阻率ρ的定义是当有电流流过1m3土壤时所呈现的电阻值，它的单位为Ω·m。
对于通信系统的接地装置，其所处的土壤电阻率越低越好。
一、影响土壤电阻率的因素土壤电阻率的数值与土壤的种类（如黑土、粘土和沙土等）、湿度及温度等紧密相关。
除此之外，影响土壤电阻率的还有溶解在土壤水分中的物质及该物质的浓度，土壤颗粒的大小及疏密程度等。
由于因素众多、各因素的差值很大，因此不同土壤的土壤电阻率的数值往往差别很大。
其中，影响土壤电阻率的最主要因素是湿度。
有试验表明，当土壤含水量增加时，土壤电阻率急剧下降；当土壤含水率（重量百分比）增加到20%~25%时，土壤电阻率将保持稳定。
土壤电阻率也受温度的影响，当土壤温度升高时，其电阻率下降，在0摄氏度时土壤由于水份冻结而使电阻率迅速增加。
土壤电阻率这些特性在接地装置设计中有重要的实用意义。
一年之中，在同一地方，由于气温和天气的变化，土壤中含水量和温度都不相同，因此土壤电阻率也不断的变化，其中以地表土最为显著，所以接地装置埋的深一点对稳定接地电阻有利。
通常水平接地装置最少埋深为0.5~1m。
二、土壤电阻率的分布根据土壤电阻率的不同，一般把其分为低电阻率地带、中电阻率地带和高电阻率地带，其中，低电阻率地带的电阻率小于100Ω·m，主要以常年含有大量水分的河床或沿海低洼地带为主。
土壤电阻率大于等于100Ω·m小于1000Ω·m的为中电阻率地带，以容易得到地下水的内陆平原地区为主。
土壤电阻率大于等于1000Ω·m称之为高电阻率地带，以容易排水的丘陵地带、山麓、高原等地区较为常见。
土壤电阻率的分布见表1。
表1 土壤电阻率的分布分类电阻率ρ的范围（Ω·m）特征低电阻率地带ρ＜100土壤中长年含有水分的河床或沿海的低洼地中电阻率地带100≤ρ＜1000容易得到地下水的内陆平原高电阻率地带ρ≥1000容易排水的丘陵地带、山麓、高原三、土壤电阻率的测量从土质可以初略判断其大致的土壤电阻率范围，但有时还是需要更精确的知道土壤的电阻率，这就需要对土壤电阻率进行测量，土壤电阻率的测量方法很多，如地质判定法、双回路互感法、自感法、线圈法、偶极法以及四电极测探法等。
水湿润土壤电阻率参考值
水湿润土壤电阻率参考值摘要：1.土壤电阻率参考值的重要性2.水湿润土壤电阻率参考值的范围3.土壤电阻率参考值的应用4.结论正文：1.土壤电阻率参考值的重要性土壤电阻率参考值是电工学领域中一个重要的参数，它直接影响到土壤的导电性能。
在实际应用中，如农业、地质勘探、基础工程等领域，土壤电阻率参考值都是一个不可或缺的数据。
通过测量土壤电阻率，可以了解土壤的导电性质，进一步为相关领域的研究和实践提供有力支持。
2.水湿润土壤电阻率参考值的范围根据已有的资料，水湿润土壤的电阻率参考值范围大约在10^5 至10^8 欧姆·厘米之间。
具体数值会受到土壤类型、含水量、温度等因素的影响。
一般来说，土壤含水量越高，电阻率越低；土壤温度越高，电阻率也越低。
3.土壤电阻率参考值的应用土壤电阻率参考值在实际应用中有很多用途，以下是其中几个例子：(1) 农业领域：在农业领域，土壤电阻率参考值可以用来测量土壤的肥力，从而为农业生产提供依据。
此外，土壤电阻率还可以用来预测作物的病虫害情况，有利于提前采取措施进行防治。
(2) 地质勘探：在地质勘探领域，土壤电阻率参考值可以用来探测地下矿产资源、地下水资源等。
通过测量土壤电阻率，可以推测地下的构造和物质分布，为地质勘探提供重要依据。
(3) 基础工程：在建筑、道路等基础工程中，土壤电阻率参考值可以用来评估土壤的承载能力，为工程设计和施工提供参考。
此外，土壤电阻率还可以用来监测基础工程的稳定性，确保工程安全。
4.结论土壤电阻率参考值是一个在电工学领域具有重要意义的参数，它的应用涉及农业、地质勘探、基础工程等多个领域。
电阻率反演
20 0
20
100
110
120
2.2
2.3
2.4
2.5
3
2.6
2.7
声 波 时 差 /(μs · ) ft
岩 性 密 度 / (g/cm )
贝 尔 凹 陷 霍 3-3区 块 南 一 段 有 效 厚 度 电 性 图 版
贝西北南屯组有效厚度划分图版
油层、油水同层判定标准：
油层有效厚度判定标准：
RLLD≥20Ω·m且AC ≥78μs· -1 ft
（3）地震反演储层预测——定量
依据测井油水层识别图版和有效厚度电性图版，建立波阻抗与电阻 率之间对应关系
霍3-3区块南一段油水层划分图版
60 120
合 试 油 层 12层 单试油层 2 合试油水层 2 解 释 干 层 11 图 版 精 度 100%
霍3-3区块南一段有效厚度电性图版
120
油层 11层
70反演数据体交汇运算预测有利储层分布rlld20?m且ac78sft1rlld20?m且den25gcm3rlld20?m且9200pimp8245gcm3ms依据油层划分标准依据油层划分标准进行公式转化进行公式转化波阻抗反演连井剖面电阻率反演连井剖面将两个数据体结果进行相乘运算利用functionmod模块计算
RLLD≥20Ω·m且DEN≤2.5g/cm3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ演数据体交汇运算，预测有利储层分布
依据油层划分标准 RLLD≥20Ω·m且AC ≥78μs· ft-1 RLLD≥20Ω·m且DEN≤2.5g/cm3 进行公式转化
RLLD≥20Ω·m且 9200≥ P_IMP ≥8245g/cm3· m/s
波阻抗反演连井剖面 电阻率反演连井剖面
CDEGS软件在变电站接地网状态评估中的应用研究
TECHNOLOGY AND MARKETVol.18,No.10,2011变电站接地网是保证电力系统安全可靠运行、保障运行人员人身安全的重要措施。
变电站接地网状态评估工作主要是结合现场测试和理论计算，准确分析接地网入地故障电流、接地阻抗、接触电压、跨步电压、地网电位分布、地网完整性、地网金属导体腐蚀情况等现时状态，通过现场实际测试并与CDEGS 软件计算相结合，综合分析接地网的安全性。
1概述CDEGS是Current Distribution、Electromagnetic Field、Gro-unding and Soil Structure Analysis（电流分布，电磁场，接地和土壤结分布）的缩写，它是由加拿大SES公司（Safe Engineering Services&Technologies Itd．安全技术工程服务有限公司）出品。
该软件为接地、电磁场、交直流电磁兼容，以及阴极保护等问题服务，具有多种组件高度集成以及多功能的通用软件工具，它可以计算在正常运行、故障、雷击，以及操作状态条件下，任意由地上或地下的带电导体所组成网络中的电流和电磁场，其中土壤结构可以是非均匀的多种类型的土壤结构，导体可以是裸导体、带绝缘层的管道或在管道中的电缆。
目前，CDEGS 软件包具有RESAP（电阻率分析）、M ALT（接地计算和分析）、M AIZ、SPLITS（线路和所相连的变电站回路模拟）、TRALIN（输电线路）、HIFREQ（高频分析）、FCDIST（故障电流分布）、FFT-SES（SES中的FFT变换）共计8个功能模块。
变电站接地网状态评估主要是基于CDEGS软件，根据实际接地系统的结构，采用测量分析得到的分层土壤模型，分析分层土壤模型下接地系统的电气参数。
主要内容包括：1）对运行变电站接地阻抗测试结果以及分流对运行变电站接地阻抗测试结果的影响进行详细计算研究，通过软件计算和实测结果对照，验证CDEGS软件仿真模型的可信性，给出变电站接地阻抗值；2）确定变电站最大入地故障电流及其分布情况；3）以整个变电站场区为研究对象，计算实际接地系统在接地短路时地网接地导体的电位升高，是否满足二次设备安全的要求；4）计算变电站跨步电压Us和接触电压Ut分布情况，对比测试结果和跨步电压Us和接触电压Ut的限值，判断变电站Us、Ut的分布情况，分析和评估在地表产生的接触电压和跨步电压是否满足人身安全要求。
高密度电阻率法正反演研究及应用
高密度电阻率法正反演研究及应用
高密度电阻率法正反演是一种地球物理勘探方法，它利用电流通过地下岩石和土壤时的电阻率差异来推断地下结构，以帮助地质勘探、环境监测和水资源管理等领域。
在正演过程中，高密度电阻率法通过在地表放置电极，并向地下注入一定的电流，然后测量地下的电位差，以确定地下岩石或土壤的电阻率分布。
电阻率是材料对电流通过的障碍程度的度量，不同类型的岩石或土壤具有不同的电阻率值。
通过进行正演实验，可以获得地下电阻率的分布图。
在反演过程中，根据正演实验的数据以及地球物理的数学模型，可以使用正问题求解的方法来估计地下的电阻率分布。
反演方法通常通过建立优化问题，将正问题与观测数据进行对比，并通过迭代算法来调整模型参数，以得到最佳的地下电阻率模型。
这样就可以提供地下结构的信息，从而帮助地质勘探和资源管理等领域做出决策。
高密度电阻率法可以应用于不同的领域。
在矿产勘探中，它可以帮助确定矿体的位置、大小和性质，从而指导矿产资源的开发。
在环境监测中，高密度电阻率法可以用于检测地下水位、地下水流方向和土壤污染等问题。
在水资源管理中，它可以用于地下水资源的调查和管理。
总之，高密度电阻率法正反演是一种重要的地球物理勘探技术，具有广泛的应用前景。
随着技术的进步和理论的发展，它将进
一步提高地下结构的探测能力，为各个领域的决策和规划提供更准确的地下信息。
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CDEGS软件反演土壤电阻率
方法：对四极法所测土壤电阻率的多组数据进行反演，得到更接近真实值的土壤电阻率。
相关知识准备内容：
四极法测土壤电阻率，基本原理如图所示：
四极等距测量，间距为S，电极入地深度为h，当S>>20h时，土壤电阻率ρ可以近似取值2πS R，其中R为测量仪器读数。
上法所得到的电阻率，可近似认为是在探棒与探棒间的距离平均土壤电阻率。
软件使用步骤：
1.正确安装CDEGS软件，然双击打开软件，出现如图所示界面：
2.点击土壤电阻率分析按钮：
弹出如图所示对话框：
3.点击测量按钮，弹出数据输入对话框：
4.一般选择四极等距测量法，也就是温纳法，考虑探针深度，然后输入不同间距的土壤电阻率测量结果，注意：输入数据必须有5组或以上才可以正常反演运算。
5.点击确定后返回上一对话框，可以对反演的土壤模型进行定义，点击土壤模型，然后在弹出对话框中选择土壤模型，不用填土壤数据：
6.点击确定后会返回上一对话框,点击运行按钮：
7.点击两次确定后运算完成，弹出报告对话框，点击“报告”按钮，即可以输出结果：
8.根据生成报告即可以得到反演结果。
注：第一列是土壤电阻率，第二列表示对应的土层厚度，这里的结果会符合所选土壤模型，如果是多层，则输出多层的结果。