基于回归方法的接地电阻季节系数研究——以芜湖地区为例

基于回归方法的接地电阻季节系数研究——以芜湖地区为例

魏中武李爱祖李冬聂厚勇娄文颖

（国网芜湖供电公司）

摘要：本文在充分分析了各类因素对电阻率的影响的基础上，控制在相同地形相同土壤的条件下，建立了季节系数与气温、土壤温度、土壤湿度、土壤电导率之间的回归分析模型；再结合季节系数与测量电阻之间的反比例关系，最终得到季节系数与各类因素之间的关系式。然后以各个月份所有数据的均值作为该月的整体特征，带入回归方程中，得出不同地形不同土壤条件下有数据月份的季节系数。最后，根据有数据月份得到的季节系数，使用三次样条插值函数和均值法填补缺失数据月份的季节系数，得到12个月份的季节系数。

关键词：回归分析；三次样条插值

引言

输电线路杆塔接地电阻测量是我们线路维护工作的重要组成部分，杆塔接地电阻是否符合要求也是线路状态判断的重要依据。目前电网规模加速发展，仅去年一年时间，我工区新投运线路（含切改线路）达18条，新投运杆塔919基。全年测量任务繁重。

接地电阻不是一直恒定不变的，而是随着季节的变化而变化。而接地电阻主要受土壤湿度、温度、含盐度、土壤分层结构、接地体的组成形式等因子的影响。因此，需对接地电阻数据通过系数修正，才能准确反映出接地电阻真实情况，把这个修正系数统称为接地电阻季节系数。

而芜湖地区只有冬季的土壤条件与真实接地电阻值比较接近，适合进行接地测量工作。但仅冬季几个月可以进行测量工作完全不能满足生产需求。而其余季节月份测量的数据均不准确，需要利用季节系数进行换算。

目前进行接地电阻测量时所使用的季节影响系数还延用前苏联所测数据，与当前芜湖地区气候、土壤、水文情况存在极大差异。

当季节系数取值过小，会导致建筑物接地电阻在恶劣环境下超出接地电阻安全值，当发生雷击现象时，有可能会对建筑物内部人员和设备造成损害。但季节系数取值过大，会导致建筑物接地网工程量过大，造成不必要资金投入，造成人员以及材料的浪费。季节系数取值与当地环境有着直接关系，只有针对某一地区，取得大量接地电阻数据，通过数学统计的方法才能得出适合当地环境的季节系数。但是目前季节系数的研究相对较少，加上中国幅员辽阔，不容易取得某个地区的季节系数。因此若要在进行芜湖线路维护工作，有必要对芜湖地区的季节系数进行分析研究。

1基本假设及符号说明

1、芜湖地区的季节系数是周期变化的，周期为年。即每年同一个月份的季节系数相同。

2、测量各个参数的工作人员都严格按照测量要求对各项参数进行测量，得到的数据都是准确。

3、建立的回归模型中，各项指标之间相互独立。

4、芜湖地区各个测量点的实际电阻相等，接地体的地形式都相同。

2问题分析与模型的建立

2.1整体问题分析

季节系数影响接地电阻的作用机理，土壤湿度、温度、含盐度、土壤分层结构、接地体的组成形式等因子对接地电阻的影响程度，得出季节系数在四季交替过程中数值变化范围和趋势。影响接地电阻数值变化的因素主要有建筑物所处土壤环境、接地体埋地深度、埋地形式以及检测当地的气象条件等。土壤环境包含土壤温度、湿度、含盐度、土壤电阻率等因子。同时土壤分层结构、接地体的组成形式也影响接地电阻。[1]芜湖地区的接地体埋地深度主要是埋在距离地表20cm处的深度，而在整个芜湖地区中，接地体的埋地形式几乎都是相同的。因此，为了研究影响接地电阻数值变化的因素，我们主要让工作人员考察测量建筑物所处的土壤环境和当地的气象条件。

根据工作人员的实地考察以及测量，得到了从2014年11月到2015年7月各项参数的测量值数据。测量得到的各项参数分别是：该地地形、土质、当天天气状况（阴、多云、晴三种状况中的一种）、当天天气温度、20cm处土壤温度、20cm处土壤湿度、土壤电导率以及该地同一时刻四次电阻测量值。

季节系数修正接地电阻主要是通过季节系数乘以接地电阻实测值，即认为实际接地电阻。季节系数与接地电阻之间的关系：

各项参数对季节系数的影响，可以间接反映在测量电阻值上。实际电阻值取定，季节系数与测量电阻值成反比。通过研究各项已知参数与测量电阻之间的关系，可最终得到各项参数对季节系数的影响。所以，只要得出各项参数与电阻测量值之间的关系，即可得到各项参数与季节系数之间的关系。

2.2土壤环境对土壤电阻率影响的分析

2.2.1季节系数与土壤温度的关系

温度对土壤电阻率产生影响，主要通过影响土壤骨架电阻率及改变孔隙中水的状态对电阻率产生影响。骨架的导电能力非常差，骨架对土壤导电的影响较小；所以电阻率的下降，主要通过改变孔隙中水的状态影响土壤电阻率。土壤中或多或少含有一些无机盐和水分，而一般无机盐在温度较高的环境下溶解度相对较高，当土壤温度较高时，无机盐会成为离子状态存在于土壤水分当中。当土壤经过长时间日照土壤温度升高时，土壤中盐类溶解度变大，溶于土壤中无机盐导电离子的增多必然增强土壤导电能力，导致土壤电阻率变小。土壤中存在很多孔隙，水分由于物质毛细作用充分分布于土壤之中。毛细作用在温度高的环境中作用更强。因此，土壤温度主要通过影响接地体周围土壤中含盐度和水分的变化直接影响土壤电阻率，而间接导致接地电阻变化。反之在冬季，由于空气温度降低，大地日照时间变短，土壤温度将会很低，土壤出现冻土层，土壤中水分呈冰的状态存在。与此同时，土壤温度降低，土壤中无机盐的溶解度将会大大降低，溶解于土壤中的无机盐离子将会减少，土壤导电能力也变弱，土壤电阻率增大。

综合温度对土壤骨架及孔隙中水的影响，土壤电阻率是随着温度的下降而上升。如图1，温度对土壤电阻率的影响分为三个阶段：温度在以上，土壤电阻率随着温度的下降而上升；温度从变化到的过程中，土壤电阻率发生跳变；土壤的温度在以下时，土壤电阻率同样随着温度的下降而上升。

可以建立土壤电阻率与土壤湿度和电导率之间的关系如下：

由公式（4）、（6）、（7）得，土壤电阻率与天气状况、气温、土壤温度、土壤湿度、电导率的关系如下：

将缺失的月份代入所得的插值函数中得到该月份对应的季节系数值。

2.3.2、均值法

对于部分应用三次样条插值函数填补不合理的月份采用均值法对缺失的季节系数的数据进行填补，即

与农田粘土相对应模型的残差图如下：

从图2、图3、图4、图5、图6这5个不同地形土质的残差图可以看出，大多数数据的残差离零点均较近，且残差的置信区间均包含零点，这说明回归模型能较好的符合原始数据。而红色部分对应的点可以看为是异常点。

对于没有数据月份，根据季节系数的周期性，利用三次样条插值法和均值法对缺失月份进行填补。填补数据后，结合已知数据最终得到12个月份的季节系数表和变化曲线图，如下所示：

4模型评价

虽然季节系数修正接地电阻可以更真实的反应接地电阻情况，但是由于缺失相关数据支持，大多只能进行定性分析。而本文恰恰是在基于一定量的数据测量的基础上，结合当地特征，充分利用了获取的数据信息，使用三次样条插值函数和均值法填补缺失数据月份的季节系数方法，对季节系数进行的分析，得到12个月份的季节系数，所得结论对当地的电网建设有一定的理论意义和实际价值。

参考文献：

[1]周积强.接地电阻季节系数及其自动检测系统设计，2012.5。

[2]万欣，李景禄.土壤电阻率的影响因素及测量方法的研究[C].中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十二届学术年会，2006。

[3]王战胜，严国志，应天来，刘圣安，康基伟，赵松.杆塔接地系统季节系数的机理探究.华中电，2010。

[4]朱晓临，江平，殷明，檀结庆，郭清伟.数值分析，中国科技大学出版社，2010.7。