高海拔地区季节性冻土的特征研究

甘孜理塘县建有高海拔最高的变电站,该地区是典型的季节性冻土区域,为了研究该地区地网的安全性,对该地区季节性冻土的特征进行研究。首先采用不等间距四极法对该地区的土壤进行了测量,并采集了不同深度的土壤样本,根据土壤样本及测量结果对该地区的土壤结构及电阻率进行了反演,并将反演结果与三极法测量结果进行了对比验证,最后研究了冻土层对地表电位的影响。研究结果表明:在理塘这种高海拔季节性冻土地区,冻土的温度、深度及电阻率主要受大气温度的影响,冻结时温度从表层向下温度逐步降低,土壤电阻率逐渐下降。融解时从地表与深层向中间融解,形成表层与深层土壤电阻率低,中间电阻率高的特点。接地极到达冻土层以下的非冻结区后,可以降低地表电压差,提高地网的安全性能。     

冻土区域输电线路接地故障机理分析

为了弄清季节性冻土区域输电线路的接地故障问题,本文在调研黑龙江区域输电故障接地情况的基础上,研究了土体随含水量和冻融循环的变化情况,给出了分析多次冻融循环过程基础的极限抗拔力,进而获得了冻土区域输电线路的接地故障机理。研究结果表明:1)冻土区域线路运行年限越长,接地体故障几率越大,接地故障容易发生在焊接部分等薄弱位置; 2)冻融次数增加导致了杆塔基础极限抗拔力下降,直接引发杆塔地基上拔的现象,从而造成接地体的破坏损伤。针对冻土区域的输电线路接地故障,文中建议采用避开富冰冻土区域等手段,相关的研究结果可为冻土区域输电线路接地的运行检修提供参考。     

冻土的土壤电阻率影响因素及接地特性研究

冬季土壤受冻结作用影响,土壤电阻率明显升高。本研究提出了一种土壤导电模型,搭建了土壤电阻率测量试验平台,依据蒙东地区冬季环境的温度与土壤分层结构调研结果,设计不同含水量的黄土与砂土土壤样本在-20℃的恒温密闭环境内的冻土试验,对比分析不同样本的土壤电阻率随温度的变化情况与规律,将试验结果应用于变电站实例,计算分析土壤电阻率的升高对接地电阻、接触电压和跨步电压的影响规律。     

青藏铁路冻土地区接地方式研究

青藏铁路沿线多年冻土地区普遍呈现出较高的土壤电阻率,非常容易造成雷击事故.根据格拉段多年冻土地区的特征,提出在铁路沿线变电站采用立体接地网,降低接地电阻和地表电压.采用接地设计软件CDEGS对变电站立体接地网的面积、垂直接地体及季节变化的影响进行了分析,结果表明,在冻土地区选择合适的立体地网参数能够达到降低接地电阻和地表电压的效果,立体接地网的水平面积可选100～150 m2,垂直接地体布置在水平接地网边缘,尽可能等间距分布.季节性冻土的垂直接地体长度可选为15 m,根数选10～15;对于不太厚的多年冻土,垂直接地体长度可取30 m,根数选15～20.冻土中立体接地网可减小季节因素的变化对接地电阻的影响.     

多年冻土地区路基温度场和水分迁移场耦合问题研究

基于冻土路基特殊的工程性质,对水分迁移结果即含水量变化对温度场的影响特别是对热物理参数的影响进行了研究,考虑温度变化对土体水分迁移机理及计算方法进行了研究,提出了冻土路基水热耦合计算模型,并给出了水热耦合计算的总体流程图,实例计算揭示了冻土路基温度场和含水状态的横向差异。     

深季节冻土地区堤防温度及湿度变化规律研究

为研究深季节冻土区堤防工程冻结期间内部温度和水分的变化规律,以热传导和水分迁移的多场耦合方程为理论依据,采用有限元方法模拟堤防工程在冻结期间的温度场、湿度场变化。研究结果表明:堤身温度剧烈波动区深度为6m;堤身温度的变化具有滞后性,并随深度增加而显著;堤身冻结过程中,冻结锋面处发生了由未冻区向已冻区的水分迁移;堤身的冻深略大于天然地层的冻深。     

考虑季节性冻土因素的风电场接地系统设计

高海拔地区的风电场在冬季容易形成冻土层,冻土层的土壤电阻率变大,不利于风电机组遭受短路故障时的散流。基于风电机组接地网等电位模型研究季节性冻土因素下风机接地电阻季节系数的影响因素及其影响规律,以及垂直接地极、接地网水平引外对接地电阻季节系数的改善作用。研究结果表明:当接地网位于冻土层时,接地电阻季节系数受土壤电阻率反射系数的影响较大,当接地网位于非冻土层时,接地电阻季节系数几乎不受反射系数的影响;当冻土层厚度小于接地网埋深时,各土壤电阻率反射系数下的接地电阻季节系数基本不变并趋近于1,当冻土层厚度超过地网埋深时,接地电阻季节系数出现跃变式增长,反射系数越小,季节系数跃变越大;当土壤电阻率反射系数较小时,敷设垂直接地极对接地电阻季节系数的改善作用明显,当反射系数较大,地网埋深低于冻土层厚度时,风机接地网通过水平引外互联能够达到良好的降阻效果。     

变电站接地网设计中存在问题分析及工程实践

为适应电网发展对接地网安全性能的要求,如何能够对接地网的特性参数进行准确的评估并将其延伸到设计环节,成为各单位普遍关注的问题。以典型的500 kV高土壤电阻率变电站接地网设计为例,对比了地网特性参数公式计算、仿真计算、现场实测等方法的准确性,分析目前接地网设计方法存在的不足及其产生原因,分析结果表明:对接地网土壤电阻率测试深度不够以及没考虑变电站各出现线路提供的故障电流对分流系数的影响是接地网设计精度不够的主要因素。在变电站接地工程设计阶段,对土壤电阻率的测试深度至少要达到变电站地网对角线的三分之二,并通过调度部分提供的系统最大运行方式下单相接地短路电流水平对接地网分流系数进行计算,能够显著提高接地网特性参数设计精度。     

基于平行板电容传感器的季节性冻土冰锋面识别方法

针对季节性冻土冰锋面结构非接触识别问题,在对季节性冻土结构变化规律及物理力学性质分析的基础上,提出一种基于平行板电容传感器的季节性冻土冰锋面识别方法。该方法通过模拟季节性冻土温度变化,可给出不同温度下季节性冻土电容变化规律,并基于Boltzmann函数建立了季节性冻土电容与温度变化的数学模型。不同温度下测试得出季节性冻土中电容随温度的升高而逐渐增大,最终趋于常值;温度在-4～4℃,季节性冻土的电容随温度变化速率较快;季节性冻土处于较低负温状态和完全处于正温状态时,电容基本稳定。针对冻土区、冰锋面处、融土区的试验可得出,该方法可以有效地识别和分析季节性冻土冰锋面结构及其变化规律,误差在10%以内。     

富水细砂单向冻结超声波时频特性研究

为了掌握富水细砂单向冻结超声波时频参数响应特征,利用NM–4A型非金属声波检测仪,对单向冻结条件下不同冻结锋面位置的富水细砂进行超声波纵波透射试验。利用小波分解、傅里叶变换及连续小波分析等方法,分析局部冻土的声波波形、频谱等参数变化规律。结果表明:(1)由下至上单向冻结的富水细砂土受水分迁移的影响形成3个声阻抗区域:下部冻结富水区、中部冻结水分降低区和未冻水分降低区,单向冻结过程中接收波时频特征一直受到未冻水分降低区散射衰减作用的影响;(2)随着冻结锋面高度增加,局部冻结冻土接收波波形周期数目逐渐增多,但散射衰减作用相比于恒温冻结冻土仍较明显;(3)单向冻结细砂土纵波波速随着冻结锋面高度提升而增加,二者满足三次函数关系,相关性很好;(4)随着冻结锋面高度增加,频谱特征发生变化,最终频谱出现多峰,主频难分辨,频带宽,高频部分所占比例与低频部分基本相同的现象,由此发现单向冻结后期频谱内不同峰值可表征试件内部已出现的特定声阻抗区主频;(5)随着冻结锋面高度增加,冻土散射衰减逐渐减小,尾波由较发育转变为不发育;(6)利用连续小波分析方法可以分析出试件的历史冻结模式:单向冻结冻土主频值位置偏向于冷端,而恒温冻结冻土主频值位置基本位于整个时域的中间位置。     

土壤冻结水热耦合有限容积模拟研究

针对土壤一维冻结水热耦合模型的数值模拟,指出现有计算存在收敛性差、引入不必要条件等问题,基于有限容积法,建立了一种全隐计算格式。详细介绍了时间步长选择、特殊节点离散等问题,模拟了石英粉及张掖壤土试样的冻结过程,温度场及水分场的计算值与实验值基本吻合。研究表明:已冻土区水分迁移弱,水分重分布主要发生于未冻土区至冻结锋面,且冻结锋面推进速度对水分迁移影响较大,较显著的水分积累出现在冻结锋面推进缓慢时;试样的导湿能力差异导致对计算参数冰阻抗因子敏感程度不同,石英粉试样导湿能力强,对阻抗因子敏感。忽略水流条件下,水热耦合模型简化后,得到了温度场的等效热容模型,该模型更符合土壤介质的特点,适用于计算低含水率土壤的冻结温度场,而当土壤含水率高,水分流动剧烈时,还应考虑水分迁移对温度场的影响。     

浅层滑动对输电杆塔接地电阻变化特性测量与分析

山区和坡地的输电线路杆塔周围浅层滑动较为常见，但造成杆塔接地电阻值的变化却容易被忽视。通过测量在不同滑动因素条件下的杆塔接地电阻值和周围土壤电阻率，分析滑动方向、滑动形式、土壤类型、滑动能量等因素对杆塔接地电阻变化造成的影响，探讨浅层滑动对接地电阻的影响机制。测量与分析结果表明：浅层滑动方向出现在杆塔位置下方时，会造成其接地电阻升高；浅层滑动带来的低土壤电阻率的土壤会降低接地电阻，而高土壤电阻率的土壤会提高冲击电阻；浅层滑动土壤形变使得杆塔接地电阻呈现类似于季节性变化；当发生严重的浅层滑动时，会对杆塔接地网产生破坏作用。     

膨胀岩相似材料水分迁移试验研究

为研究膨胀岩水分迁移规律,以石英砂、膨润土、高岭土、石膏、松香酒精溶液及水作原料,配制两种膨胀性相似材料以开展水分迁移试验研究。通过室内试验,研究了吸湿过程中膨胀岩相似材料吸湿量随时间的变化关系及水分在不同方向上的迁移规律,得到水分在材料内部的迁移特征,并探讨温度对材料水分迁移的影响。结果表明:膨胀岩相似材料靠近吸湿面的一定深度范围内含水率变化梯度较大,随着吸湿深度的增加,含水率近似呈线性规律减小,直到水分迁移深度不再变化。水分迁移的速度与材料自身的膨胀性有直接关系,不同膨胀性的岩样表现出来的水分迁移规律有较大差异。温度增加,材料的吸湿速率随之增大,且材料的最终吸湿量增大,即温度增加可以促进水分在相似材料中迁移,进而影响材料内部含水率变化。     

接地电阻与季节的关系

1.接地电阻随季节而变众所周知,接地电阻直接受大地电阻率(土壤的固有电阻)的影响,大地电阻率越小,接地电阻也就越低。大地电阻率受土壤所含水分、温度等因素的影响,这些因素随时都在变化,从宏观上可看成随季节而变。即接地电阻呈季节性变化。因此,严格来讲,某地的接地电阻值实际是指某年某月的接地电阻值。     

引线间互感对接地阻抗测量结果的影响分析

准确分析引线间互感对接地阻抗测量结果的影响是精确测量接地阻抗的基础。分别采用基于薄壳理论的接地装置有限元模型和引线间互感计算公式对不同电阻率土壤中不同尺寸接地网进行建模仿真,得到了不同土壤电阻率和接地网尺寸下引线间互感引起的测量误差曲线;并在此基础上计算得出是否需要考虑引线间互感影响的分界线——5%误差分界线。结果表明:随着土壤电阻率和接地网尺寸的变化,引线间互感引起的测量误差是不断变化的; 5%误差分界线右下侧的测量误差小于5%,此时可忽略引线间互感的影响;分界线左上侧的测量误差较大,甚至可能高达接地电阻真实值的数倍,此时应考虑引线间互感的影响。此结果对接地阻抗的精确测量具有一定的工程指导意义。     

高电阻率接地材料接地网的分析和设计

非金属接地材料可以很好的解决接地网腐蚀的问题,但过高的电阻率限制了这类材料应用于接地领域。从理论上分析了接地材料对接地参数的影响,认为接地材料的电阻率和磁导率会通过影响内自阻抗的方式影响接地参数,其中网内电位差所受影响最大。以100 m×100 m的接地网为例,详细分析了高电阻率接地网的设计方法,并提出了一种针对高电阻率材料接地网的控制网内电位差和解决电位不均衡的方法。最后分析了高电阻率接地材料的适用范围。     

季节性冻土环境下输电杆塔地网接地特性研究

季节性冻土的融冻循环过程会导致土壤电阻率和冻土层分界面随季节变化,冬季输电线路杆塔地网接地电阻可能上升,甚至超过标准限定值,影响线路的安全稳定运行。为了研究季节性冻土因素对杆塔地网接地电阻的影响,仿真研究了冻土层结构及冻土层厚度对其接地电阻的影响,并采用柔性石墨和圆钢接地材料同沟敷设的方案对实际输电线路杆塔地网进行了改造,对比分析了接地电阻的差异。研究结果表明:在不同冻土层结构和冻土层厚度情况下,柔性石墨地网相比于圆钢地网,其接地电阻最大降阻率分别达到了18. 76%和23. 65%。研究成果可为季节性冻土环境下输电线路杆塔接地降阻提供参考。     

原状土冻融过程中水分迁移试验研究

为了量化原状土中水分在冻融过程中的迁移,试验采取在其他试验条件相同的条件下,改变初始含水率或温度模式的方法,研究了单个因素对水分迁移的影响。经冻结并融化到设定位置后,从试验中观察到试样未融化部分存在有横向和竖向的裂缝现象、明显的冻融分界线、水分积聚层和融化锋面并不在同一个层面内、土中水的冻结温度各不相同、冻结后含冰不均匀现象等结果,进而对冻融过程中进行温度场分析以及冻融前后含水率的变化分析,用具体试验数据得出如下结论:控制不同顶板温度时,不同含水率的试样中各点处温度的变化趋势基本相同;在顶板控温相同的情况下,初始含水率大的试样,水分迁移量大,水分积聚多;不同冻结温度和融化温度对试样中水分的迁移影响非常明显,顶板冻结时温度越高,水分积聚层位置处的含水率越大,水分积聚越多等。     

基于自然电位方法的非饱和带水分分布和运移情况探测

通过在中山植物园陆域水文观测站研究区埋设电极,监测野外研究区的电阻率变化和自然电位分布,可以获取非饱和带的水分分布和运移信息。结果表明：研究区的低电阻率区域也是自然电位异常区域,即含水量异常引起自然电位异常;视电阻率差值图显示的电阻率变化区域（即含水量变化的区域）与自然电位正异常区域吻合,水分的运移引起自然电位的异常。通过监测自然电位,可以同时获取了水分分布和水分运移情况。另外,本文借助自然电位概率成像方法,获取异常体的深度信息。     

冻土水热耦合方程及数值模拟研究

路基冻胀融沉是多年冻土区路基的主要病害。冻胀融沉病害与土体水分迁移以及温度变化密切相关,而冻土温度变化和水分迁移又会相互影响。基于非饱和土渗流和热传导理论,建立冻土水热耦合问题的联合求解微分方程;然后采用COMSOL Multi-physics软件进行二次开发,实现冻土温度场和水分场全耦合数值模拟;进而将数值模拟结果与土柱冻结和融化实验的结果进行对比,验证水热耦合数值模拟模型的有效性;最后以青海省玛多县地区路基为例,研究多年冻土路基中温度场与水分场的分布和变化规律。