基于节点电压法的接地网暂态响应模型计算

基于改进的节点电压法,提出了一种接地网频域性能分析的数值计算方法,该方法考虑了导体阻抗的频率特性和接地网周围的土壤对导体散流性能的影响。该方法通过求解电磁场方程完成,运算实现简单,更直观地获得了地表电位的暂态响应性能。由于模型是针对接地网时域特性进行处理,更具有合理性和针对性,可计算雷电、短路电流等不同形式电流下的接地网暂态响应特性曲线。此模型简单,且在工程实际中有着足够的精度。     

接地网相关接地参数计算与仿真

常规的接地网参数计算方法只能得出接地参数的数值,不能直观反映跨步电压、接触电压和地面电位的分布,为此,提出了接地网参数数值计算方法。根据电流场理论,运用边界元法对接地网进行数学建模,通过Matlab软件计算了垂直二层介质下的接地电阻,同时借助其图像功能直观反映接地网的跨步电压、接触电压以及地面电位的分布。算例表明,该算法精确度高,能够适用于接地网接地参数的研究及工程应用。     

雷电冲击下的变电站接地网及组合电器外壳暂态特性

为了模拟变电站接地网及组合电器外壳在雷电冲击下的暂态特性,基于场路耦合思想,提出雷电冲击下接地网支路的π型分布参数模型和组合电器外壳的暂态模型。基于某220 kV变电站,建立组合电器外壳与接地网暂态联合仿真模型,以1.2μs/50μs雷电流作为注入波,得到组合电器外壳与接地网的暂态特性。分析结果表明:接地网边节点的暂态电位比内部节点大,接地网各节点电位的波头时间分布在2～4μs;组合电器外壳最大暂态电位出现在C相进线套管与组合电器外壳连接处;接地网电位波头时间与组合电器外壳暂态电位波头时间基本一致;接地网支路电流大小随着与雷电流注入点的距离增大呈递减趋势;接地网电流消散时间分布在200～400μs,远大于电位消散时间,离注入点越远消散时间越长。     

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.     

运用ATPDraw仿真分析变电所接地网雷电暂态效应

针对变电所受雷击时接地网中地电位分布不均的问题。运用ATPDraw软件仿真分析接地网的雷电暂态效应。首先,根据单根接地体的通用数学模型搭建ATPDraw接地体单元模型。然后对某500kV变电所实际接地网建立仿真模型,仿真计算其雷电暂态效应。根据工程需要,搭建保护小室附近局部接地网的模型,模拟雷电暂态效应对保护小室接地的影响与危害。并提出改进该接地网的建议方案。     

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。     

基于回声状态网络的接地网地表电位计算

现有基于地表电位的接地网故障诊断需要测量大量的现场数据,为在减少现场测试工作量的同时提高接地网地表电位分布计算的准确性,文中提出了基于回声状态网络的接地网地表电位计算方法。首先利用接地网地表电位计算结果对回声状态网络进行训练,然后根据接地网结构对其进行网孔划分,最后使用少量的现场测试数据输入到每个区域的回声状态网络模型来计算得到接地网的整体地表电位分布。计算结果与某接地网模型的试验结果表明,文中所提方法能得到特定网孔处的接地网地表电位分布计算模型,据此可得到较为准确的接地网地表电位分布,从而大幅减少了现场测试工作量。研究结果可为基于地表电位分布的变电站接地网故障诊断提供理论计算依据。     

变电站接地网地面电位分布计算

介绍了一种采用格林函数计算接地网参数的方法,该方法用镜像法计算自电阻和互电阻,可对任意形状的不规则接地网在均匀土壤条件下注入恒定电流后的电位分布进行计算.用基于该方法开发的变电站接地网地面电位分布计算软件对一个10×10的均匀方格接地网进行了计算,结果表明地网电位分布大致为中间高,向四周逐渐降低,网格金属导体上的地面电位高于网格中心处地面电位.文中某变电站接地网的实际数据计算结果也验证了这一结论,并且还表明在规则网格向不规则网格过渡的边缘地区,跨步电压变化较大,若节点处存在垂直接地极则跨步电压更高.最后把该软件的应用拓展到了圆形接地网的计算,把圆形看成规则的16边形,所得结果接近圆形的接地网电位分布.     

500kV地下变电站超深型复合接地网接地电阻的计算和瞬态特性研究

介绍了上海市中心区域500kV静安全地下变电站的地网埋设情况,根据地网简化计算模型得出了地网的简化计算值.最后,对此复合地网进行瞬态特性的分析,应用CDEGS软件计算了在大短路接地电流情况下主接地网和等电位接地网的瞬态电位分布,得出瞬态电位分布对保护和自动化等设备的影响.     

复杂接地系统冲击接地特性的数值计算及试验

为抑制变电站开关操作时产生的瞬态电磁场对站内二次设备的干扰,通常将二次电缆的屏蔽层双端接地。而雷击变电站接地网时,由于接地网的高频接地阻抗较大,在屏蔽层的两个接地点会产生很大的地电位差,这一电位差将通过二次电缆的转移阻抗耦合至二次设备,影响二次设备的正常工作。将矩量法与传输线理论相结合,将无穷远处视为零电位参考点,提出了分析复杂接地系统冲击接地特性的理论计算模型,该计算模型在频率不高或电缆长度较短的情况下,可简化为集中参数电路模型。为验证计算模型的正确性,还在试验接地网上进行了冲击接地试验,理论计算与测量结果比较吻合。该计算模型及方法可用于实际变电站接地网的冲击接地特性研究以及二次电缆电磁干扰的数值预测。     

基于遗传算法的变电站接地网优化

提出了基于电磁场和电路相结合的节点电压法,研究了接地网参数的数值计算,通过求取接地网分支导体上的轴向电流和端点电压获取地表任意一点的电位。并在此基础上结合遗传算法对接地网的优化设计进行了研究,通过计算接地网横向和纵向压缩比从而均匀接地网导体散流,使接地网最大接触电势不高于IEEE规程规定值。通过一个实际变电站接地网计算实例表明:优化设计后的接地网确实均匀了地表电位,降低了最大接触电势,采取中心点引流方式效果更佳。     

一种地网腐蚀故障诊断的新算法

为解决地网腐蚀的定位问题,基于新标准对接地网在概念上的变化,提出并解决了基于场路结合的不等电位模型的地网腐蚀故障诊断的方法;针对地网腐蚀时的导通电阻变化,验证计算了地网腐蚀时地表电位分布及最大跨步电势、接触电势发生处的位置。通过编程实现了数值模型的计算机求解,其方法是通过求取地网各支路散流电流及节点电位来获得各支路的导通电阻值,并通过腐蚀前后各支路导通电阻值的变化来判断地网的腐蚀情况。同时,该模型对于入地电流频率在几十kHz下仍可考察地网的运行情况。实际结果表明,本文方法与试验结果吻合,具有较高的可信性。     

变电站接地网的断点诊断方法

为提高变电站接地网导体断点诊断的效率和精度,提出了通过测量地表磁感应强度的诊断方法。利用变电站接地网频域电磁场计算软件包进行仿真计算,在对仿真计算结果分析的基础上,研制了专用信号激励源,结合变电站实际电磁干扰环境,研制了信号采集、处理系统,基于电磁感应原理探测地表磁场,诊断变电站接地网导体的断点故障,通过仿真计算、模拟地网试验和现场应用,证明了该方法的可行性和诊断定位的准确性。     

地下金属管道对变电站接地网接地电阻及其测量的影响

城市变电站附近存在大量的地下金属管道,会对变电站接地网的接地电阻及其地面电位分布、接地电阻的现场测试产生较大影响。用基于场路耦合的数值计算方法对变电站接地网和金属管道的散流分布、接地电阻和地面电位分布进行了计算,分析了不同土壤环境下和金属管道是否有防腐层对接地网的接地电阻和地面电位分布的影响,分析了地下金属管道对接地电阻现场测试的影响。结果表明,当金属管道距离接地网越近和金属管道越长时,对接地网的影响越大;金属管道的防腐层能有效降低对接地网的影响;地下金属管道对其沿线附近的地电位影响较大,在现场测试接地电阻时应给以重视。     

直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析

高压直流输电系统处于单极大地回线运行方式时,有很大的直流电流通过直流接地极流入大地,这将造成接地极本身及附近输电杆塔接地网的腐蚀。在理论分析接地极和杆塔接地网电磁场的基础上,应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,以德宝直流输电工程千阳接地极为例,建立了多层大地土壤结构下的直流接地极和杆塔接地网数值模型,添加相关边界条件,进行网格划分处理,计算分析了接地极地表电位分布规律,并对杆塔接地网附近电位及泄漏电流密度进行了研究,结果发现:接地极地表电位沿径向距离逐渐降低;杆塔接地网本体上的电位最高,接地网的射线末端泄漏电流密度最大,射线首端的泄漏电流密度最小,接地网矩形与射线的连接处电流密度有突变。该研究对掌握直流接地极及杆塔接地网周围电场分布情况和腐蚀规律,具有重要的意义。     

变电站接地网的暂态分析方法综述

绍了用于变电站接地网暂态分析的4种方法：电路法、电磁场法、场路结合法和传输线模型法，分析了各方法的基本原理、适用的工程条件、需要解决的问题和发展方向。电路法模型简单，可以兼顾土壤放电的非线性特性以及接地导体之间的相互耦合作用，但仅适用于暂态电流频率为几百kHz以下的情况；电磁场分析法基于天线理论，算法精度较高，但计算量较大，在处理地网参数的时变性方面有困难；场路结合法能够对接地网和地上电网统一建模，降低了计算量，在1 MHz的暂态电流频率范围内可以满足工程精度要求；传输线法计算效率较高，在处理干扰传递耦合相关问题方面有很好的前景，但难以确定兼顾时变和频变特性的地网导体参数。     

用接地电位三次样条插值函数测试接地电阻

为了克服大型地网接地电阻测量时长距离布线的困难和消除线路互感干扰,提出了一种“利用接地电位的三次样条插值函数测试接地电阻的新方法”。该方法通过近距离测试接地网周围的电位分布变化,利用三次样条插值函数拟合出接地电位的分布曲线,通过接地电位和接地电流计算确定接地电阻。该法测量地网接地电阻时不需要远距离布置电流极,克服了地理条件对长距离布线的限制,消除了长距离布置测试线路引起的互感干扰,而且可以实现在线测量。实测结果表明该测量方法正确,而且使用方便。