基于CDEGS的铁路接地网优化设计研究

针对当前铁路电力变电站接地网设计采用传统经验法存在的缺陷而导致地网危险过电压的产生、资源浪费等问题,提出基于CDEGS软件优化设计思路,给出了相应的改进措施,并通过实例仿真分析比较优选最佳设计方案.结果表明,采用CDEGS对土壤、地网精确建模、仿真,可有助于有效获得安全经济的地网设计方案,该方法可供借鉴.     

接地装置冲击特性场路耦合分析方法研究

输电杆塔接地装置的冲击特性是影响输电线路安全运行的重要因素之一,在低土壤电阻率下由于忽视接地装置的冲击特性给电网的安全运行带来隐患。因此,结合接地装置的电路理论、电磁场理论和有限元方法提出一种分析接地装置冲击特性的场路耦合分析方法。综合考虑接地体在高频下的自感、互感及电流在土壤中的散流特性,减少模型等效,计算精度较高。利用该方法分析了低土壤电阻率下注入电流频率为0～500kHz的接地体性能及2.6/50μs的冲击电流下导体电势分布,并与CDEGS软件分析结果进行对比,验证了该方法的有效性。     

坡面分层土壤模型下地网接地 电阻测量方法研究

一般水电站所建山区地形复杂,土壤分层近似坡面分层,此时采用传统三极补偿法测量地网接地电阻会出现较大误差。运用CDEGS软件建立坡面分层的土壤模型,并通过仿真分析研究测量引线铺设方向对该模型下地网接地电阻测量值的影响,并将所得测量引线最佳铺设方案运用到某实际水电站地网接地电阻测量中,验证了其具有一定的普适性。研究结果表明,坡面分层土壤模型下,若采用30°夹角法测量地网接地电阻,应使两条测量引线夹角的角平分线与土壤地表分界线平行布置,且电压极靠近地表分界线时接地电阻测量值误差最小     

铜包钢绞线在工程接地中的应用探讨

为有效的解决铜包钢绞线在实际工程接地中的应用问题,建立实心圆柱及空心圆柱导体的并联模型并推导其阻抗表达式,有针对性地研究计算铜包钢导体在工频下的自阻抗参数,并得到其等效电阻率及磁导率。通过热稳定校验得到不同材料作为接地导体的最小截面积,并选取合适的导体尺寸,利用国际通用软件CDEGS进行大型地网的接地计算。通过对计算结果的分析,验证了该方法的合理性,并发现铜包钢地网的接地参数更接近铜地网的参数。对某一工程算例,计算比较了铜、铜包钢、钢三种导体接地网的接地参数,得出铜包钢作为接地网材料具有优良的接地性能、较大的经济优势等结论。     

基于CDEGS软件设计的下水库接地网改造

本文利用CDEGS软件,对天荒坪抽水蓄能电站水库区域的土壤及岩石等地质参数进行分析和拟合,并构建土壤的分层模型;然后通过对地网的网格大小、导体的疏密程度、接地网的面积、水平接地体的长度等因素进行经济比较和优化分析,设计出了符合安全标准的水下接地网。结果表明:水下接地网的设计满足设计要求,达到了改善接地网参数性能的目标。     

输电线路杆塔辅助接地网降阻效率及影响因素研究

输电线路杆塔接地网能够有效降低接地网接地阻抗,保证雷击电流安全地流入大地,实际杆塔施工过程中存在地形受限、盲目施工、降阻效率低等问题。对此,采用防雷接地领域中的CDEGS软件建立双边、单边、方框、垂直4种辅助接地网形式,通过改变外延长度、电流频率、土壤电阻率及土壤结构等因素分析比较4种辅助接地网的散流特性和降阻效率,进而研究降阻效率的影响因素。计算结果表明,杆塔辅助接地网的降阻效率与外延引线长度及辅助接地网终端形式关系密切,并随不同频率电流作用呈现不同的变化趋势,土质及地形条件对辅助地网散流特性有影响。该结论可为复杂地形下输电线路设计与施工、杆塔接地改造提供参考。     

考虑土壤非线性电离的杆塔接地装置冲击特性仿真研究

研究杆塔接地装置的冲击特性对输电线路的雷电防护具有十分重要的意义。针对现有场路结合的频域算法对接地装置进行建模时需增加中点节点的问题,提出将中点对地散流均分到导体段两端,建立了考虑土壤非线性电离的不等电位模型,在特高压基地接地试验室进行冲击模拟试验,测量得到不同电流幅值下方框带射线型接地极的冲击特性,并采用同轴圆柱形电极对接地池的土壤进行试验,测得土壤的临界击穿场强。结合冲击模拟试验结果,验证了考虑土壤非线性电离的接地装置冲击特性频域数值仿真程序的正确性。     

大型工矿企业总降接地网设计机辅分析

从某一拟新建110kV总降变电所所址的实测土壤电阻率出发,提出一种基于CYMEGRD计算机辅助分析的接地网设计方法。主要内容包括：现场视在接地电阻率测量,得到土壤结构模型;计算出水平不均匀分层土壤条件下不同地网结构的接地电阻;分析并设计得到更经济合理的地网结构;给出地网的电位升、接触电压和跨步电压的分布图。同时提出采用生物菌接地降阻剂改善土壤电阻率。     

基于CDEGS和ANSYS的直流接地极仿真计算研究

UHVDC工程建设之前,相关设计单位运用CDEGS进行了大地电位升的模拟仿真计算,工程投运后,接地极入地电流对极址附近变电站变压器的影响很大,其原因与极址大地电阻率模型建立不准确和地表电位分布计算不够精确有关。分析了直流输电接地极对周围地表电位造成的影响,并对直流输电接地极电流场的计算方法进行了推导。参考陕北换流站接地极工程中陕北接地极大地电磁测深（MT）法实测大地分层电阻率数据,建立的6层大地土壤模型,应用CDEGS软件和ANSYS软件,分别计算了接地极方圆0~100 km范围内大地电位升分布,重点对2种方案计算结果中0~50 km范围的大地电位分布结果进行了比对,计算结果表明,ANSYS计算结果数值上均略小于CDEGS计算结果,相差约0.6 V。2种方案计算结果均可对现场单极运行调试提供参考。     

多极法测量杆塔接地电阻的研究

针对输电线路杆塔周围常有障碍物,三级法测量其接地电阻不易较远距离布线的问题,提出了采用多极法测量杆塔接地电阻,应用CDEGS软件分别对三极法和多极法测量杆塔地网接地电阻建模仿真,仿真结果表明,多极法测量准确度较高,并可缩短电流极与接地电极间的距离.     

输电线路杆塔接地网典型接地材料散流特性研究

锰铜、圆钢及石墨复合接地材料作为输电线路杆塔接地网常见的三种接地材料,因材料本身电磁参数的不同使得接地体工频与冲击散流特性有区别。为此针对三种典型接地材料,采用软件CDEGS对3种接地体进行仿真建模计算,分别对比分析了3种常见金属及非金属接地材料在不同频率、不同土壤条件及不同直径下的接地散流特性,阐述了接地体散流特性对接地阻抗的影响并给出结论,研究结果为输电线路杆塔接地网选材及外延降阻设计提供参考依据。     

湖泊岸边红壤土渗流对杆塔接地电阻的影响

为研究湖泊水分渗透对红壤土区的杆塔接地装置电阻的影响,采用有限元法结合试验研究了红壤土电阻率与饱和度的关系及水分渗透过程,在CDEGS中构建接地装置模型,提出水分影响系数的概念,计算渗透存在对湖泊周边杆塔接地装置接地电阻的影响。结果表明,红壤土电阻率对水分十分敏感,渗透会改变土壤饱和度的分布,引起土壤电阻率降低,使接地电阻下降;离湖泊越远,杆塔接地电阻越大,水分影响系数越大,水分影响系数呈缓慢-迅速-缓慢的上升趋势。     

水平接地体的雷电冲击特性研究

为研究雷电流经水平接地体时的冲击特性,采用电磁暂态计算程序(ATP-EMTP)仿真法对水平接地体在脉冲电流下的冲击特性进行分析,得出接地体的几何尺寸和土壤电阻率对冲击接地特性的影响。探讨了冲击电流和接地体电位达到峰值的时间差与接地体尺寸、土壤电阻率的关系。仿真结果表明:冲击接地电阻的大小随接地体尺寸的增加而减小,趋势渐缓,直至稳定;冲击接地电阻大小与土壤电阻率成正比。     

基于线路杆塔冲击降阻效果的火花刺布置方式优化设计

鉴于改变线路杆塔接地装置的局部结构,加装针刺状短导体(也称火花刺)可有效降低其冲击接地电阻,建立多种加装火花刺结构的线路杆塔接地体模型进行仿真计算,分析火花刺布置方式的加装角度、分支位置及数量改变对冲击接地电阻的影响。结果表明,针刺导体间的电流屏蔽效应是影响火花刺降阻效果的主要因素,据此提出火花刺的优化布置方式。计算典型线路杆塔接地网模型加装火花刺的冲击降阻效果,其中以垂直方式加装24m火花刺能达到11.34%降阻率,为实际工程应用提供了参考。     

微电网系统接地方式及安全分析

微电网并网及孤岛模式运行必须满足电力系统安全运行的基本要求,合理的微电网系统接地方式及变压器接地网的设计是微电网安全稳定运行的重要保障,分析了微电网系统接地方式,采用接地分析软件CDEGS计算了微电网联网和孤岛模式运行时,不同位置故障时故障电流的分配情况,设计了微电网变压器的接地网,并仿真计算出接触电压和跨步电压的值,验证了所设计接地网的正确性,保证了微电网的安全运行。     

Optimal construction method and demonstration application of multi-in-one station grounding system

Mutual influence may be driven by different models and operating mechanisms of grounding systems in multi-in- one substations. Even equipment damage and personal injury will occur in the event of a short-circuit or lightning strike. To meet the construction requirements of different multi-in-one substations, two typical application modes of grounding systems in multi-in-one substations are analyzed in this paper: plane and longitudinal layout schemes. First, the safety index and withstand voltage of secondary equipment in multi-in-one substations are introduced. Second, the plane layout scheme of grounding grids is examined. Based on a 35-kV multi-in-one substations in Shanghai, it was verified that the overall grounding grid needs to be laid to meet the safety of secondary equipment in the station. Finally, considering that it is feasible to rebuild the upper layer of a substation, the longitudinal layout scheme of the grounding grid in multi-in-one substations is also examined. Safety assessment is carried out in terms of aspects such as short-circuits and lightning strikes, and relevant optimization construction methods are analyzed. In this study, a real 35-kV substation in Shanghai was selected as an example. Simulation and field tests based on Current Distribution, Electromagnetic Fields, Grounding and Soil Structure Analysis (CDEGS) software verified that the proposed construction scheme can achieve safe operation of multi-in-one substations. This construction idea can also serve as a reference for the future construction of multi-in-one substations.     

基于平面复合降阻材料的杆塔基础接地降阻研究

杆塔基础自然接地作为输电线路重要的接地装置,能减少外延接地及降阻施工成本。针对特高压输电线路杆塔基础接地提出基于平面复合降阻材料的塔基外敷接地降阻策略,首先,采用CDEGS仿真计算软件建立特高压杆塔单根浇注桩接地计算模型,分析均匀土壤、多层土壤、混合土壤三种条件下的外敷接地降阻效果;然后,通过单个塔基外敷计算模型分析外敷材料不同敷设方式的降阻效率;最后,计算完整杆塔基础外敷接地降阻效率和散流分布特征,并与水平人工外延接地降阻方式进行对比。结果表明,外敷接地降阻效率与土壤条件、敷设位置等因素有关,在高土壤电阻率条件下,塔基外敷接地降阻效率超过22%,与水平人工外延接地相比,塔基外敷接地降阻的散流比超过96%,接地材料利用率高,可减少征地和二次接地施工成本。