地中敷设绝缘层降低直流接地极跨步电压的方法研究

为利用有限的土壤面积尽可能的降低直流接地极的跨步电压,以圆环形直流接地极为研究对象,提出了一种地中敷设绝缘层以降低跨步电压的方法。结合矩量法和边界元法对敷设绝缘层的接地极性能进行了分析,并通过现场实验验证地中绝缘层降低跨步电压的有效性。计算结果表明:地中敷设绝缘层能够有效抑制接地极入地电流流入表层土壤,从而均衡地表电位,降低跨步电压;在不增加任何其他措施的情况下,采用U形绝缘层能够有效降低直流接地极跨步电压10%以上,且该方法对接地极本身性能的影响较小。     

高压直流接地极对地表电位和跨步电压分布影响研究

通过分析土壤电阻率和接地极极环自身参数对电位分布的影响,为工程实际提供理论依据。研究运用接地分析软件CDEGS来模拟分析地表电位分布的影响因素,以实际工程土壤简化模型,逐个分析相关参数具体对地表电位分布的影响,比较了不同形式接地极在不同埋深下地表电位和跨步电压的分布,得出双圆环接地极实用价值更大。基于分析结果,可为后续新建直流接地极设计选址及直流线路设计规划提供参考依据。     

以降低跨步电压为目标的直流多环接地极电流配比的优化

为有效降低高压直流接地极的跨步电压,减小其设计尺寸和建设成本,以直流双环接地极为例,提出了一种采用强制均流电阻降低多环接地极跨步电压最大值的方法。基于电磁场理论以及对水平多环结构接地极地表跨步电压分布特性的分析,研究了双环接地极电流配比与跨步电压峰值之间的变化关系,寻求各环电流的最优配比,使整体跨步电压最大值降到最低。最后,通过实验验证了该方法的应用效果。分析和实验结果表明,通过均流电阻调节电流配比,能够有效降低接地极的跨步电压,且对接地极本身性能的影响较小,具有工程实用价值。     

基于有限元方法的直流输电接地极多层土壤地电位分布计算

高压直流输电单极-大地回路方式运行时入地电流会在接地极周围的土壤中产生强电场,会对接地极附近电网的电力设备和地下金属管线等产生影响。针对接地极周围实际土壤的分布情况,建立了典型土壤模型和多层土壤模型,采用有限元法对典型接地极的地电位分布进行计算。比较了采用典型土壤模型和采用多层土壤模型下的直流输电接地极的接地特性以及对地面电位分布的影响。计算结果表明,在极址附近,接地极所在层土壤电阻率对接地电阻和跨步电压的影响较大,在离接地极数十公里范围内,深层土壤电阻率对地表电位的影响较大。     

特高压直流共用接地极的暂态温升分析

特高压直流系统共用接地极可减少极址占地面积且节省投资,但单极运行时会引起极址大地电位升高,出现跨步电压升高、土壤发热等问题,因此开展直流接地极的相关研究对提高其安全运行具有重要意义。为此,基于COMSOL有限元分析软件,建立了特高压直流输电接地极的电流场和温度场全耦合暂态分析模型,与传统的电热模型相比,该模型能有效反映土壤参数随温度变化的过程。通过某±500 kV共用接地极各种运行工况下地面跨步电压和土壤最高温升的分析计算以及与测量值的比较,验证了该模型的有效性。基于该模型分析了土壤的电阻率、热导率和比热容对接地极运行的影响规律。研究结果表明热导率的变化对土壤温升影响更显著,对于额定入地电流为3 030 A、圆环半径为360 m、埋深为3 m的接地极,当按最大入地电流运行检验该接地极参数时,为满足跨步电压要求,接地极表层土壤电阻率需低于35Ω·m。所提出的模型和研究成果可用于指导高压直流共用接地极的优化设计。     

考虑土壤电阻率分布各向异性的高压直流接地极均流电阻配置方法及试验验证

在高压直流接地极工程中,加装均流电阻是改善地表电位分布,降低极址跨步电压的一种有效手段。然而,由于土壤电阻率分布的复杂性和各向差异性,采用理想的水平分层模型计算配置直流接地极的均流电阻往往存在较大的误差。针对此问题,文中提出了一种基于接地极特性参数实测值的均流电阻配置方法。该方法通过实际测量接地极极环各段的分流比例、接地电阻、互阻、自跨步电压系数、互跨步电压系数等参数,以此作为输入条件,将各段的跨步电压相等作为控制目标,计算获得均流电阻的配置方案。最后通过一个缩比接地极模型,对均流电阻配置方法及过程进行了模拟试验。试验表明,加装均流电阻后,场区的最大跨步电压降低了31%,效果显著,验证了均流电阻对降低跨步电压的有效性。     

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。     

接地系统地面高阻层的特性

为了获得地表高阻层的电阻率、厚度等对接地网各项参数的影响,以某50 m×50 m接地网为例,基于电磁场数值计算手段,搭建高阻层计算模型,开展仿真研究工作,进一步总结高阻层使用时需要注意的问题,提出高阻层的使用方法,以便指导工程实际。研究表明:由于高阻层的电阻率和厚度对接地电阻、地表电位分布、接触电势差、跨步电势差等影响很小,但高阻层可以明显提高人体的耐受限值,因此高阻层是提高接地网安全性能的非常有效的措施。由于人体的耐受限值随高阻层厚度的增加存在饱和趋势,建议高阻层厚度在0.1~0.2 m即可。为了保证高阻层的使用效果,在实际工程中,最好将接地网埋设在原土壤下0.8 m处,再在土壤表面增设高阻层。     

高压直流输电接地电极及相关问题综述

文中介绍了接地的基本概念,分析了入地电流、跨步电压、最大允许温升以及直流接地极寿命;指出在设计直流接地极时,应考虑土壤电阻率、接地极型式以及接地参数的计算等方面的问题;阐述了直流接地电流对变压器直流偏磁的影响,并提出了抑制措施,如采用深层接地技术,变压器交流出线串联电容器,在变压器中性点装设抑制直流电流的装置等;最后分析了高压直流输电系统的共用接地极模式.     

接地装置地表铺设复合高阻层对保护人身安全的影响

在接地工程中通过在地表铺设防护层来提高人体的耐受能力是一种经济有效的方法。在传统铺设单一高阻层的方法基础上,提出了高阻层和低阻层的复合层防护方法。基于地电位对人身安全的作用机理、人体耐受电流的影响因素等全面分析了复合高阻层的特点和有效性,并分析了复合层参数对地表电位、接触电位差、跨步电位差、大地等效电阻、人体耐受限值等影响。研究表明:在高阻层的下面增设低阻层对接地电阻、接触电势的影响很小,但可以显著降低跨步电位差,原始土壤电阻率越高,低阻层的效果越好。低阻层的厚度取0.1~0.2 m时,即使其电阻率达50 Ω·m也具有良好的降低跨步电势的效果,布置位置比较灵活。     

Seasonal influences on safety of substation grounding system

The low or high resistivity soil layer formed in raining or freezing season affects the safety of the grounding system, and leads to changes of grounding resistance of the grounding system, step and touch voltages on the ground surface. This paper systematically discusses the seasonal influence on the safety of grounding system by numerical analysis method. If the thickness of the low-resistivity soil layer formed in raining season is smaller than the burial depth of the grounding system, the touch voltage would increase. On the other hand, the raining season leads the limit of touch voltage is smaller than the actual touch voltage, even if a surface granite layer is used. The influences of raining on the safety of grounding system must be comprehensively considered. When the high resistivity soil layer is formed in freezing season, the grounding resistance, step and touch voltages would increase with the thickness or resistivity of the freezing soil layer. When the thickness of high resistivity soil layer exceeds the burial depth of the grounding system, the grounding resistance, step and touch voltages would increase sharply, and the touch voltage would exceed the limit of touch voltage decided by a surface granite layer. In order to ensure the safety of the grounding system in freezing season, the grounding system must be designed carefully, and special measures should be used, long vertical grounding electrodes added to the grounding system can effectively attenuate the seasonal influence, and improve the safety of the grounding system.     

利用斜井接地体降低输电杆塔周围触电风险研究

为提高输电杆塔的安全性,提出了采用斜井接地体降低杆塔周围接触跨步电压的方法。首先,对接地装置的接触跨步电压分布情况进行分析,得到斜井接地体的最优倾角,研究斜井接地体数量、长度等因素对最优倾角的影响;然后,对接地装置的安全性进行分析,得到入地电流限值曲线;最后,提出人身安全防护措施。研究表明:利用最优倾角布置的斜井接地体,能够显著降低杆塔周围的接触跨步电压。采用划定安全距离、在地表铺设高电阻率介质的措施,能够大大降低人身触电风险。     

±800kV与±500kV换流站共用接地极时入地电流对极址附近电位分布的影响

±800 kV楚穗直流换流站与±500 kV兴安直流换流站所共用的鱼龙岭接地极其中一回线路检修,另一回线路单极大地回路运行时,极地附近10 km范围内的电位分布决定了检修线路的检修措施;利用CDEGS软件计算了接地极附近电位分布,并与该极址投运前系统调试期间的测量结果进行了对比。结果表明：单回线路检修,另一回线路单极大地回路运行时,接地极内外环上方呈地表电位峰值,且接地极内环上方地电位高于外环,接地极外环地电位衰减迅速;跨步电压也在极环处达到峰值,但小于设计值,接触电压按标准采取措施后可满足限值要求;实测结果与计算结果基本一致;因土壤电阻率较低使得跨步电压偏高的部分区域,检修作业时应采取相应的防护措施。     

季节因素对发变电站地表高阻层安全效果的影响

发变电站接地系统可通过提高表层土壤电阻率来提高人体允许的跨步电坟和接触电压,处通过人体的电流,但季节因素将影响高阻层的安全性能,导致接触电压和跨步电压的改变,危及电力系统的安全稳定运行。文中采用数值计算绎地表高阻层安全性能的影响。采用ＤＬ－Ｔ６２１－１９９７标准中计算公式得到的允许跨步电压和接触电压过于偏高,高于ＩＥＥＥＳｔｄ８０－１９９７标准推荐公式的值。采用高阻层后,地网表民压在雨季明显减小;     

季节性冻土对变电站接地安全参数的影响

冬季土壤冻结后,土壤电阻率急剧增加,而且冻土层土壤电阻率和深度随着土壤温度变化,不仅影响接触电压与跨步电压的值,同时还影响到跨步电压与接触电压的允许值。为了探究季节性冻土对变电站接地安全的影响,建立了季节性冻土地区的土壤模型,仿真分析研究了季节性冻土参数对变电站接地系统接地电阻、接触电压和跨步电压的影响规律;分析了不同情况下接地电阻、接触电压和跨步电压的最大允许安全值;最后研究了改善冻土地区接地安全性能的方法。研究发现：当冻土冻结深度小于地网埋深时,跨步电压与接触电压受到下层土壤电阻率影响,接地系统较为安全,冻土冻结深度超过地网埋深后接触电压与跨步电压急剧上升,超过安全值,此时通过增设垂直接地极可有效地降低接地电阻值,限制接触电压和跨步电压。     

直流接地极对附近输电线路杆塔的腐蚀影响及防护措施的研究

直流电流在大地中流散时,大地将呈现一定的电位分布,当直流接地极址靠近输电走廊时,将有直流通过地线在处于不同等电位面的杆塔之间流动,从而造成杆塔接地体及基础导体的腐蚀.笔者针对锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电工程送端龙恩接地极址,以距极址最近的二自Ⅱ回500 kV交流线路为例,将直流接地极、土壤结构、避雷线和杆塔接...     

特高压直流输电线路接地极线路高阻故障测距方法研究

直流接地极线路不同于直流输电线路,其在正常运行下,电压电流的值均很小,且极址点是通过阻值很小的过渡电阻接地,因此接地极线路精确定位是故障测距的难点。理论分析和仿真表明,当接地极线路发生接地故障,且接地点电阻大于或等于极址电阻时,流入故障点的电流很小,利用沿线电压分布推导得到的故障点电压不再是电压在线路上分布的最小值,而极址点电压是沿线电压分布的最小值。因此根据故障点电压相等来构造测距函数的测距原理存在不足之处。利用极址点电压相等构造测距函数,提出一种基于故障录波数据的耐受高阻接地的直流接地极线路故障测距新方法。大量仿真表明,该算法可以实现接地极线路的精确定位,对采样率要求不高,便于工程实际运用。     

一种快速切除HVDC输电系统接地极线路接地故障的方案

兴安直流输电系统逆变侧接地极线路与直流线路同杆并架敷设.在直流线路遭雷击后,接地极线路因感应过电压继发接地故障,在高压直流(HVDC)输电系统单极故障重启不成功的条件下,两回并行的接地极线路不平衡电流保护动作,导致直流输电系统双极闭锁.为了彻底消除接地极线路故障导致的HVDC输电系统闭锁现象,提出在换流站接地极线路出口处装设直流断路器灭弧的方案,并相应调整了接地极线路的控制和保护策略.