铜覆钢阻抗特性的理论推导及分析

铜覆钢接地材料广泛应用于接地工程中,研究铜覆钢的阻抗特性对接地网的设计和运行具有重要意义。为此,基于柱坐标系下的麦克斯韦方程组建立电场强度的微分方程,利用贝塞尔函数推导了铜覆钢的电场强度分布和单位长度轴向阻抗计算公式,通过comsol有限元法进行对比证明了理论公式适用于任意频率的工况,分析了铜覆钢电流密度的分布规律,比较了铜覆钢与铜、钢轴向阻抗的区别,并研究了铜覆钢镀层厚度对其轴向阻抗阻抗模、阻抗角、电阻分量及电抗分量的影响,为复合接地导体在接地工程中的应用提供参考。     

火花效应及火花刺对石墨接地体冲击接地电阻的影响

柔性石墨复合接地体是一种具有良好的导电性、天然的耐腐蚀性、非铁磁性的非金属接地体,为了探究柔性石墨接地体在雷电流作用下火花效应和火花刺对其冲击接地电阻的影响,提出了一种计及火花效应的等效半径迭代算法并验证了其可靠性。利用该算法仿真模拟了长30 m的水平T型柔性石墨复合接地体在其不同位置添加火花刺对其冲击接地电阻的影响,并进一步分析了火花刺对输电杆塔方框带射线地网的冲击接地电阻的降阻效果。结果表明,在实际工程应用中,要充分考虑火花效应和火花刺对改善输电杆塔地网冲击接地特性的积极影响。     

220 kV输电线路塔基接地散流特性优化研究

输电线路塔基接地装置的散流性能直接影响电力系统的安全、稳定运行。针对桩基自然接地提出利用基坑垂直空间外敷树枝型垂直接地装置,采用COMSOL仿真软件建立220kV输电线路塔基计算模型,与传统外延人工水平接地装置进行对比,并分析不同接地材料对接地装置降阻效果的影响。结果表明,由于树枝接地体良好"端部效应"的影响,在高阻土壤条件或向注流点注入高频电流时,与外延人工水平接地装置相比,树枝型垂直接地装置具有高比例的散流比,可快速地将电流泄放到土壤深处,有效降低接地电阻;针对接地装置材料的研究表明,采用柔性石墨接地材料的装置随入地电流频率的升高具有更小的接地阻抗,这在输电线路杆塔中具有较为明显的工程使用价值。     

杆塔接地装置冲击散流规律模拟试验

杆塔接地装置的冲击散流特性直接影响接地装置冲击接地电阻的大小,根据接地装置的散流规律来设计和优化接地装置的结构可有效提高接地装置的接地效果,通过模拟试验研究了六种接地装置的电流分布规律和冲击散流特性。试验结果表明,单根接地体主要通过接地体末端散流;接地体上漏电流分布越均匀,接地体的冲击接地电阻越小;水平放射型接地体上漏电流分布不均匀,主要通过四条射线上靠近注入点处和末端的导体段散流;接地体导体间的屏蔽效应会影响接地体上漏电流的大小和分布规律。试验得出的冲击散流规律,为提高接地装置在实际应用中的接地效果提供了参考。     

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。     

1000kV变电站雷电过电压的研究

将1000kV变电站与进线段结合起来,考虑雷击点与变电站距离,雷击处雷电流不同的幅值,杆塔冲击接地电阻等不同的影响因素,采用EMTP-ATP对1 000 k V雷电侵入波过电压进行了仿真研究。研究表明,雷击点的不同,雷击处不同的雷电流幅值,杆塔冲击接地电阻的不同都会给变电站内各设备雷电过电压产生较大的影响。验证了避雷器的保护效果,在变电站各设备前加装避雷器能有效的限制雷电过电压,并且在此前提下,在母线上加装1组避雷器,可更加有效的降低雷电过电压。最后提出在避雷器与变压器之前串联电感,以抑制雷电侵入波的陡度,并从工程经济的角度对加装的串联电感值分析,同时兼顾经济性与实用性,可为工程提供一定的参考。     

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。     

山脊风电机组多向辅助接地网散流特性与影响因素研究

风电机组遭受雷击时极易损坏。内陆风电机组通常架设在山脊、山顶等复杂地形处,较高的地面落雷密度造成风机雷害事故频发。文章针对典型山脊地形条件下的风电机组,分别建立单边辅助和双边辅助接地网模型;通过仿真计算,对比分析了传统镀锌钢接地材料和新型柔性石墨接地材料作为辅助地网材料时的接地特性;分析了外延引线长度、数量对单向辅助接地网的影响;并对多向辅助接地网进行了散流特性分析和结构优化。计算结果表明:在高频电流作用下,选取合适的外延引线长度、数量,有利于增大分流系数和降低机组接地电阻值;多向辅助接地网比单向辅助接地网降阻效果以及散流特性更好,且主接地网两侧辅助接地网长度相同时,降阻效果最明显。在实际工程中,采用柔性石墨接地体,有利于实现山脊风电机组多向辅助接地网的均衡散流。     

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。     

便携式杆塔冲击接地电阻测量仪研究

针对目前尚无适合于现场测量杆塔冲击接地电阻的仪器,基于冲击接地电阻测量理论,研制了一台便携式杆塔冲击接地电阻测量仪,可采用波头较缓、幅值较低的冲击电流作入射波测得接地体的电压响应,再应用数学变换法获得高幅值标准雷电流下杆塔的冲击接地电阻.仿真计算和现场实测验证结果表明,该仪器抗干扰能力强,已具备工程应用雏形.     

高频感应加热过程的负载电气特性分析

高频感应加热系统由于它的独特优点,已广泛应用于工业生产中。介绍了高频感应加热电源系统的特点,分析了感应加热的集肤效应特性,给出它的电感性负载阻抗理论模型,最后实验验证了在不同温度下,负载的电感与电阻随温度变化趋势,证实了理论分析结论。     

同塔双回输电线路的雷电反击计算及仿真

由于同塔双回输电线路电感较大,将面临更加严苛的防雷保护问题,所以为了降低输电线路的跳闸率,有必要对输电线路雷电反击的影响因素进行研究。采用ATP-EMTP建立了反击仿真模型,研究了不同雷电流幅值下的绝缘子两端的电压变化情况。利用规程法计算出不同冲击接地电阻、不同杆塔高度及不同波阻抗下的线路的耐雷水平和反击跳闸率。计算结果表明:降低接地电阻或杆塔高度可以有效地降低同塔双回输电线路反击跳闸率;当波阻抗独立地变化10%时,输电线路的反击跳闸率将相应地变化约20%。     

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ATP-EMTP的风电机组雷击过电压分析与防护研究

基于ATP-EMTP仿真软件对风电机组内部的雷电过电压及其相应的防护措施进行了研究。首先分别针对风力发电机、风机变压器、雷电模型、冲击接地电阻、电缆、电涌保护器(SPD)等建立了ATP-EMTP模型。接着通过仿真计算,分析雷电流在风机系统中的分布,比较了冲击接地电阻阻值对雷电过电压的影响。最后,研究了加装SPD对风力发电机机端出口过电压的抑制效果,证实了加装SPD对风机系统雷电过电压的保护作用。     

地面上人体遭雷电旁侧闪络的初探

本文分析了雷电旁侧闪络电压的原理,进行了建模和仿真计算,研究了垂直接地极和水平接地极的临界危险范围的变化规律.结果表明,人站在被雷击的直击雷防护装置旁存在旁侧闪络的伤害风险,临界危险范围会随着电流和土壤电阻率的增大而增大.土壤电阻率是雷击旁侧闪络距离的关键影响因素,接地体结构在低土壤电阻率条件下对雷击旁侧闪络距离才有一定影响,但闪络距离远小于高土壤电阻率地区.在土壤电阻率100Ω·m情况下,垂直接地极较水平接地极临界危险范围相对更大,土壤电阻率越大,电极形式导致的临界危险范围差异越小,临界危险范围具有饱和效应.     

铜覆钢作为优选接地材料的技术对比分析

因接地效果、接地材料耐腐蚀性及工程安装方便性等问题,越来越多的地网工程在使用有别于传统热镀锌钢和电焊的新材料、新工艺。各种各样的材料充斥市场,但很少有人能明白其中的差别。本文就铜覆钢新材料和其连接工艺做下比较,分析说明铜覆钢作为新接地材料的特点及连接工艺。     

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。     

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。     

基于层次分析法的杆塔接地装置对人身安全影响研究

在线路杆塔遭受雷击或者发生接地故障时,故障电流经接地体入地时可能造成地电位异常升高而产生危险的接触电压或跨步电压,从而对人身安全构成威胁。基于层次分析法,综合考虑接地体对人身安全影响的散流特性、跨步电压分布与接地电阻这3种主要因素,结合仿真得出接地体周围地电位及跨步电压的分布规律,计算比较3种接地体的安全系数。计算比较得出,圆环型接地体是最安全的,适用于人口密集区域;方框带四条斜射线型接地体次之,适用于人口稀疏区域;方框型接地体最不安全,适用于山林等人口稀疏区域。     

高海拔地区750 kV开关站空气间隙选择研究

针对高海拔地区开关站空气间隙选择,参照国内外有关技术规程、标准、试验数据,采用合理的绝缘配合原则与方法,以西北750 kV西宁-格尔木交流输电工程为例,计算了3 000 m高海拔开关站在工作电压、操作过电压、雷电过电压下空气间隙距离的建议值,获得带电导体与带电设备对接地构架最小空气间隙值分别为5.15、6.28 m及带电导体相间最小空气间隙值为8.81 m.结果表明,雷电过电压对带电导体-接地构架最小空气间隙距离起控制作用,操作过电压对带电设备-接地构架及带电导体相间间隙距离起控制作用.