分层土壤短距离放线下接地电阻测试方法研究

当土壤不均匀,如土壤为双层甚至三层时,采用传统补偿法测量接地电阻往往会带来较大测量误差。研究提出了短距离放线方式下接地电阻测试方法。分析了工频接地电阻与电流注入点的位置关系,研究了不同电流注入点对接地电阻测量偏差的影响规律,验证了短电流极引线法在工频接地阻抗测试中的可行性。针对不同的土壤结构,研究了电流引线布线长度对电压补偿点位置的影响。提出不同土壤结构下电流引线长度的选取规律,实现了短电流引线下接地阻抗的准确测量。     

基于试验分析的变电站接地网冲击特性研究

为有效分析变电站接地网的冲击特性,提高变电站电气设备的运行可靠性和确保人身安全,文中以35 kV变电站用典型接地网为依托,基于量纲相似原理设计和定制了规则形状和不规则形状的两种接地网模型,通过模拟接地网导体变细、断裂和脱焊等典型故障,对接地网模型的冲击特性进行了试验研究。试验结果表明:接地网的冲击特性随冲击电流波形、注入点不同有较大差异,且规则接地网的暂态散流特性优于不规则接地网;对同一冲击电流注入点,冲击电流波形的波头时间越短,接地网的冲击接地电阻越大;冲击电流从接地网中心注入时,对应的冲击接地电阻最小;此外,接地网存在典型故障时,冲击接地电阻较之正常工况均有所增大,但增幅与冲击电流波形的波头时间有关。     

电厂冲击接地电阻与电位分布的测量分析

为了更有效地对接地网进行测量,引入了一种新方法。方法原理运用冲击电流注入电网作为测量电流,采用电位降法进行实际测量,能准确地测量冲击接地电阻和冲击电位分布,可有效地实现对大型接地网的测量。通过对电厂的现场实测,并对所得数据分析,证明该方法具有实际工程意义。     

地表垂直落差对接地网接地电阻测量的影响及改善措施

山地河流地形处接地网接地电阻测量时测量电极布置位置对测量结果影响显著。为此,在传统垂直3层土壤结构等效模型的基础上考虑了水、岸之间的垂直落差,构建了与实际地貌更贴合的考虑地表垂直落差的土壤结构模型。计算得到了电流注入地网时地表电位分布规律及接地网接地电阻值,分析得到采用规程法测量接地电阻时不同测量电极布置位置对接地电阻测量的影响,并对测量时补偿点位置的修正方法进行了分析和探讨,提出了不同电极布置条件下补偿点位置的修正方法。分析表明:当水电站接地系统周围地表存在显著垂直落差时,地表电位在近水土壤区域存在严重畸变;采用规程法沿河布线测量接地电阻,当电极位置距河边的水平距离50 m时,接地电阻及电压极补偿点位置测量结果跳变剧烈,测量结果随着其距离的增大而趋于稳定值;此时补偿点位置较‘0.618’而言更偏向地网侧,其具体值随土壤电阻率反射系数的增大而减小。该研究结果可以为复杂土壤结构中接地网接地电阻的测量提供参考。     

利用地网自身回流的大型接地网冲击接地电阻测试方法

冲击接地电阻是接地网的一项重要指标。由于特高压变电站接地网面积大,传统的接地网冲击测试难以进行。提出了一种接地网的冲击接地电阻试验方法,基于冲击电流有效散流面积较小的原理,该方法将注流点与回流点布置在待测接地网内,利用接地网自身作为回流极,以30°夹角法布置参考点测量注入点的冲击地电位升以得到接地网的冲击接地电阻。通过计算冲击下回流点与注入点之间的导通阻抗、注入点周围的电流分布和注入点地电位升,论证了所提出的试验方法的有效性,并进一步讨论了不同回流点和注入点位置、土壤电阻率、接地网材料等因素对测试结果的影响以及电压参考点的选择。分析表明,对边长大于100 m的接地网,进行冲击接地电阻测试时,可以将回流点布置在待测地网上,并按照30°夹角法选择电压参考点以补偿回流点的影响。该方法大幅缩短了电流引线,减小了测试回路的回路阻抗,间接提高了冲击发生器的输出能力,显著减少了大型接地网冲击试验的准备工作量。     

变电站接地网冲击特性的试验研究

为有效分析变电站接地网的冲击特性,以某35 k V变电站接地网为依托,设计和定制了接地网模型,通过模拟接地网导体变细、断裂和脱焊等典型故障,对不同冲击电流波形及不同注入点时的接地网冲击特性进行了试验研究。试验结果表明:对同一注入点而言,冲击电流波形的波头时间越短,冲击接地电阻越大。当冲击电流波形相同时,电流从接地网边角注入所得冲击接地电阻最大;从接地网中心注入时,冲击接地电阻最小。当接地网存在故障时,冲击接地电阻较正常工况均有所增大,但增大程度与故障类型及冲击电流波形密切相关。研究结果可为接地网设计及准确评估接地网状态提供依据。     

考虑土壤电离特性时变电站接地网的暂态特性

当接地网遭受雷击时,较大的泄漏电流产生的电场可能会使接地网导体周围的土壤发生电离,使得接地网参数发生变化,此外,雷电流不像工频电流那样具有恒定的频率和幅值,因此常用的仿真软件难以模拟该复杂的暂态过程。为了准确地计算出变电站接地网的雷电冲击暂态特性,在考虑土壤电离特性的基础上,建立了较为完善的雷电流冲击作用下的接地网暂态分析模型,即全面考虑了接地网的自身电阻、电感以及对地电容作用,并采用快速傅立叶(反)变换,将频域和时域分析方法相结合,对考虑土壤电离时接地网的暂态特性进行了分析。计算结果表明:雷电冲击接地网时,土壤临界击穿场强越小,电流注入点电位就越小,反之亦然;考虑电离时接地网最远两点间的电位差有所下降;雷电流从边角注入时接地网散流能力差,土壤电离更严重;土壤电阻率与土壤电离程度密切相关。     

接地网的雷电冲击响应特性计算分析

为了分析发、变电站接地网在雷电流作用下的性能,提出了一种近似于工频情况下的节点电压法的模型,并借助软件求取接地网格在雷电流冲击响应下的电气参数。该模型借助电网络理论中节点电压法,考虑了接地导体周围土壤火花放电对雷电暂态效应、非线性火花效应和导体间互感的影响,对接地导体的土壤放电击穿建立基于分布、时变电路参数的等效电路模型,同时此法对接地网在大冲击电流作用下性能的动态趋势预测提供一种思维方法。分析了针对不同地网结构、不同雷电流注入点等因素情况下的接地网冲击特性。边角注入时,注入点周围电位、散流电流、轴向电流均关于注入点所在对角线对称分布。中心点注入时,地表电位分布关于中心点对称。     

接地网阴极保护散流电位分布计算

为了计算接地网在处于阴极保护时的散流电位分布,提出了一种场路结合的计算模型.该模型考虑了接地网导体自身电阻、土壤分层情况以及阴极保护电流注入点等因素对散流电位分布的影响.并以实例给出了矩形变电站接地网在均匀以及分层土壤中的阴极保护散流电位计算结果.     

电力系统冲击接地电阻测量的新方法

指出了电力系统接地网中冲击接地电阻对电力系统接地安全的重要影响,并提出了一种接地测量的新方法。其原理是利用冲击电流注入地网并作为测量用电流,应用频谱分解法计算接地参数。本方法能计算出直流电阻及相应冲击阻抗、频域阻抗特性。通过实验室试验和现场试验,证明该方法可以应用到工程中,具有实际工程意义。     

一类垂直双层土壤中地网接地电阻的简易计算公式

针对特高压输电系统变电站地网常跨越垂直分层土壤,研究垂直双层土壤中地网接地电阻的工程计算方法。用待求接地电阻与参考电阻的比值以及双层土壤两侧电阻率比值减少参数数量,并通过数据拟合得到这两个比值的函数关系,分析自变量等于1和趋向无穷大对应的地网接地电阻和土壤结构获得函数系数的表达式,将表达式代入函数之后进行化简,得到垂直双层土壤中地网接地电阻的计算式。计算式中包含的参考电阻和辅助电阻都是均匀土壤中地网接地电阻,这两个接地电阻可用IEEE标准或中国电力行业标准的推荐公式代替。与仿真软件相比,所得式不需建立土壤和地网模型,不需要仿真计算电流分布,能简单快捷地计算出接地电阻。通过几个算例分析可知,所得计算式的精度受推荐公式的影响,其精度能满足工程设计的需要。     

接地装置冲击特性研究分析

为研究接地装置的雷电冲击特性,以火花效应和电感效应的研究为主线探讨了土壤的放电特性、接地装置的高频响应及土壤电气参数的变化规律;比较了电路理论、电磁场理论以及动态建模等3种暂态建模方法;评析了目前接地装置冲击试验的进展。通过归纳与分析,指出了这一研究领域中迫切需要解决的技术问题及初步解决方法:利用X射线胶片或高速成像仪器采集土壤放电图像以研究土壤的放电形式及放电区域的尺寸;确定土壤的临界击穿场强及残余电阻率,并用于暂态建模中;区分火花效应与土壤电气参数频变性以及火花效应与电感效应的影响范围;建议分别采用分布参数电路模型、集中参数电路模型、电磁场模型分析伸长接地体、复杂接地装置及接地装置的频域特征;采用高电压、大容量冲击电流试验系统研究高幅值、波前时间短的冲击电流作用下接地装置的冲击特性,并用于指导冲击接地电阻的现场实测。     

基于电磁场的杆塔接地体冲击特性计算分析

输电线路杆塔接地体的冲击接地阻抗决定了雷击输电线路或杆塔时的塔顶电位,从而影响线路绝缘子串两端的过电压水平,直接关系到线路的耐雷水平。接地体在雷电流作用下的冲击特性表现为火花效应和电感效应,使接地体的冲击特性明显区别于工频特性。基于电磁场理论建立了输电杆塔典型接地体冲击接地阻抗计算模型,通过模型试验验证了其准确性,得到了接地体在不同土壤电阻率和射线长度下的冲击接地阻抗,并与国际著名的接地计算软件CDEGS工频接地阻抗计算结果对比分析,进一步揭示了接地体的工频和冲击特性的差异,同时验证了接地体冲击电流下存在有效长度。     

Method for calculating the ground resistance of grounding grids using FEM

Taking as given that ground resistance is independent of earth fault current, this paper presents a new way of calculating ground resistance of grounding grids using the finite-element method (FEM). Ground resistance is calculated by means of three consecutive tests, with an acceptable number of elements, and fast resolution. The results of the proposed method are compared with those measured experimentally or determined by other authors. Once ground resistance and earth fault current are known, grid potential and touch-and-step voltages are calculated. The main advantage of the method proposed here is that it permits us to analyze symmetrical and nonsymmetrical grids of any shape in uniform, two-layer, and multilayer soils. The method developed in this paper constitutes a fast-resolution industrial application, with acceptable results, for calculating the ground resistance of grounding grids of any shape.     

基于冲击接地电阻的输电线路接地极形状优化

降低输电线路杆塔接地极的冲击接地电阻能有效防止线路遭受雷击。采用冲击系数法,对不同形状接地极的冲击接地电阻进行计算分析,得出冲击接地电阻随土壤电阻率增加而变大;随电极埋深变大而减小;随电极有效面积增大而减小。在此基础上改进接地极的形状,采用ETAP软件对改造后的接地极进行仿真计算,结果表明,改造后的接地极的冲击接地电阻明显减小,达到了较好的防雷效果。     

冻土冲击特性的试验研究

我国西部地区的输变电工程经过多雷的永冻土地区,了解冻土的冲击特性是输变电工程雷电防护的基础。该文通过试验方法对冻土的起始击穿场强进行研究,并对温度、水分、含盐量等因素对冻土的起始击穿场强的影响规律进行探讨,同时结合土壤导电机理对试验结果进行了初步的解释。以水平接地体为例说明温度对冲击接地电阻的影响。试验表明,土壤的起始击穿场强随着温度、含水量以及含盐量的升高而降低;接地体的工频接地电阻和冲击接地电阻随温度的降低而增加,冲击系数却随着温度的降低而降低。     

改善冲击散流时地中电场分布的接地降阻试验

已有的冲击接地试验研究表明,冲击电流入地后地中电场分布决定了接地装置的散流性能。从改善冲击散流时地中电场分布的角度进行冲击接地模拟试验研究,可提高接地装置冲击散流效率,降低接地装置冲击接地阻抗,为高土壤电阻率地区的防雷降阻措施提供新的解决思路。因此基于相似准则,对单根水平接地体和星型水平接地体在两种土壤电阻率下的冲击散流规律进行了模拟试验,并根据试验结果利用针刺状导体改善了接地体冲击散流时的地中电场分布。改善后的冲击接地试验结果表明,基于冲击散流时地中电场分布的接地装置改善措施,能够起到较明显降低冲击接地阻抗的效果,且冲击降阻的效果受冲击电流幅值和接地体结构布置的影响。     

A Two-Layer Soil Model for the Calculation of Electrical Parameters of Grounding Systems under Lightning Strikes

This article aims to overcome the drawback of the consideration a uniform soil model in approaches based on the transmission line model by considering a two-layer soil structure. In this regard, the electrical parameters equations for the two-layer soil model based on the method of images in the literature which are suitable for power frequency waves are developed to be applicable to the lightning studies. Also, the developed equations are then used in the multiconductor transmission line approach to study the lightning behaviors of grounding systems. Furthermore, in order to check the validity of the procedure, the results of the multiconductor transmission line approach are compared with those obtained by the electromagnetic field approach through the simulation of horizontal, vertical and mesh grounding grids. The results show the accuracy of the two-layer soil model for the lightning analysis of grounding systems.