新的软件包提供强大、智能化的功能帮助电力工程师快速、有效的进行安全的接地装置设计，在自动接地系统分析中采用了两步法。接地网数据库可选择任意自动设计的起点，类型覆盖了现实中遇到的大多数接地网。下一步，原始设计使用标准技术和算法精确递归，以改进它的性能以满足安全限制，以及降低接地网的总花费。对大量的预定义接地网进行了分析和构建，从而用户可以容易的对其进行改进。提出了快速寻找最合适接地网的方法，同时将数据库的搜索范围缩到最小，使用此自动技术和合适的数据库可将用于设计安全、较小花费的接地网所需的时间降到了最低。

1. 介绍

     设计接地系统通常基于由经验获得的粗略指导。它经常为一个反复过程，非常耗时，由于很难考虑大量变量的变化（接地网的几何比例、深度、土壤种类以及接地网导体、接地棒是否附在接地网上等）都会影响接地网性能。 AutoGroundDesign 的最终目标是用数据库和基于标准的自动接地系统设计方法，根据土壤结构、接地网的尺寸、导体特性、接地网结构、以及通过接地网的故障电流，根除满足设计要求（如接地电势升、接触电压、跨步电压、及接地电阻限制）的接地网。

2. 特点

     AutoGroundDesign 具有如下特点：

• 根据简单变电站位置的简单描述生成接地系统设计。对于要求的输入数据降到最低：环境设置、土壤数据、接地网区域、接地网的故障电流、相关的安全数据、以及自动设计参数和控制。

• 模拟接地系统和评估它们的性能，在接地导体的纵向阻抗可以忽略时，对接地网进行分析和设计。

• 分析和设计埋设在均匀和多层土壤中的，由水平和垂直排列的、裸露导体组成的矩形接地网。

• 可以通过几种方法进行自动设计，如自动、中点、线性和用户定义方法。这些方法将指定自动设计过程的性能和进程，使用接地网数据库、智能搜索算法和技术，以及更有效的使用用户提供的标准和限制。

• 允许用户指定是否在最终接地网设计中使用接地棒及指定接地棒特性。如果使用接地棒，接地棒将分布在整个接地网区域。

• 计算指定土壤点的地电势，该点被称为观测点，其位置由程序自动确定。

• 提供三种其他操作模式，为估算、配置和尺寸预测模式，允许用户快速和精确估计不同接地系统（如接地网、平板排列的接地棒、星级电极、电路环等）的电阻或预测满足某接地电阻所需的接地系统大小（尺寸）或配置。

3. 程序开发过程

     SES 在 90 年代初最早开发了自动接地网设计软件。它基于字符（基于 DOS ）的菜单界面，被称为 AutoGrid 。它被限制为埋设在均匀和两层水平土壤的矩形接地网，计算时间是此自动软件系统化的主要障碍。

    随着计算机运算速度和存储空间的飞速增加，是重新考虑当时 SES 接地软件的自动功能的时候了。技术的发展更合适于今天 SES 开发新的和独特的自动设计方法，大大的降低了对埋设在不同土壤类型中，任意形状接地系统设计所需要的时间。

     因此， SES 决定对此有效的自动设计方法继续进行开发，最初的版本为 AutoGroundDesign ，支持埋设在多层土壤中的任意矩形接地网。

4. 接地系统设计技术和过程

    考虑传统变电站接地系统设计的过程。基于经验和变电站接地连接要求，对初步的接地系统配置进行了分析。对计算结果进行检验以确定是否满足所有的设计需要，如果没有满足设计要求，或达到了要求但是还有很大程度的节约空间，就必须重新进行接地系统设计和分析。

     为获得最优化的设计，需要了解土壤结构和流入变电站的准确故障电流值。另外，还需要很多其他因素，如接地网的几何比例、埋深、接地网导体类型和是否有接地棒，接地棒是否与接地网相连等。

     自动接地系统设计使用如下技术和方法。

    首先，从预定义的接地网数据库中找到合适的初步接地网设计，提供输入数据如接地网的尺寸和几何比例、土壤结构、注入的故障电流、以及安全标准。对这些预定义接地网进行初步分析，然后存储在包含均匀和分层土壤模型的接地网性能信息的数据库中，数据库会基于当前分析的接地系统进行动态更新。

    第二，初始设计自动和动态的改变接地系统的水平和垂直导体，改进其性能以满足安全限制，降低接地网的总花费。注意在此过程中使用了真实的土壤模型（在数据库搜索中没有使用等价的分层土壤）。通过接地分析模块进行了分析和安全评估，对地电位升（ GPR ）、接触和跨步电压的计算值与 IEEE 或 IEC 标准给出的最大值进行比较，或根据用户提供的阈值进行比较。根据 GPR 、接触和跨步电压与安全值的差值进行添加或删除水平和垂直导体。使用相似的计算方法和相关函数，得出每次迭代计算时需要增加或删除的导体数量。这些功能来自存储在数据库中的、大量基于观测和分析的结果。

     此过程提供了手动选项，允许用户进行初始接地网设计时，沿接地网边定义导体数量，以及导体和接地棒的特性。随后程序自动得出接地网。

5. 自动接地系统设计构成

    自动接地系统设计软件集成了如下模块，如下图显示。

自动接地设计核心模块

    此核心和控制模块使用简单的界面，让用户可以快速和高效的建立自动接地系统设计。模块的最终目标是管理和协调输入数据、安全标准以及程序结果，以便获得满足所有需要的接地网设计。总的自动设计参数由此模块控制，选择用于获得初始设计接地系统的方法、指定自动设计使用何种接地网数据库方法、以及指定设计的最大迭代次数和接地网设计变化的比例。

接地分析模块

    此模块用于在交直流的频率电流注入不同的土壤结构时，对电力系统的接地网络进行分析。它根据 GPR 、接触和跨步电压计算接地网的安全性能。由于假设接地网是个等电位结构，接地网中电流注入点的位置并不重要，即接地导体的纵向阻抗可以被忽略。

土壤分析模块

     此模块基于测量的土壤电阻率数据建立等价的土壤结构模型，它可以生成很多水平分层的模型、以及垂直和指数分层土壤模型。

故障电流分布分析模块

     此模块使用最少的信息和简单的网络数据，可以计算多终端、传输线和配电馈线内的故障电流分布。它提供流入接地网的准确故障电流值，以及流过屏蔽线、杆塔和电缆护套的电流。同时对屏蔽线和电缆护套的自阻抗和互阻抗也进行了计算。

安全模块

     此模块生成基于 IEEE 标准 80 和 IEC 标准 479 的安全阈值，得出的安全电压限值用于确定设计过程何时停止或继续。安全电压限值的参数是：故障清除时间、地表层覆盖层（如碎石）的电阻率、地表层覆盖层厚度、等效的次表层电阻率（为地表层覆盖层以下土壤的电阻率）、体电阻、可选的脚电阻和保护措施的电阻，如手套或靴子、以及心室颤动电流阈值的计算方法。

显示、绘图和报告工具

     使用基于 CAD 的模块可显示或编辑由直线段组成的三维接地网。线段代表金属导体或观测线，可以从任何方向、以不同方式进行显示查看。另外报告和图形模块是一个功能强大的输出处理，可以以不同的图形或打印格式显示计算结果。此模块还有显示输入数据的能力，甚至导启动接地分析模块。