变电站接地网的频域有限元方法

变电站接地网的安全性问题已成为电力系统电磁兼容的重要研究课题之一。文中基于有限元方法，将接地网一维导体单元与三维土壤单元相耦合，并考虑导体阻抗的频变特性，研究变电站接地网的接地性能。与三维有限元的A-V方法相比，该文计算方法的计算量大大降低，同时可以考虑频率对接地网接地性能的影响。通过与矩量法和测量结果进行比较，验证了该计算方法的正确性和有效性。利用计算得到的接地网导体轴向电流和土壤泄漏分布电流，进一步计算了接地网产生的空间磁场强度。结果表明，文中方法与矩量法的计算结果略有差异，原因在于矩量法中未考虑土壤泄漏分布电流的影响，文中计算方法可以方便地应用于复合土壤结构的接地网的接地性能分析。     

变电站接地网的空间磁场快速计算方法

雷击接地网或者发生短路故障时,变电站接地网导体上的电流以及土壤中的泄漏电流会产生较强的空间磁场,可能影响站内设备的正常工作进而危害变电站的安全运行,计算接地网常用的矩量法无法考虑土壤中的泄漏电流对空间磁场的影响。为此,基于矩量法提出了一种计算土壤中泄漏电流所产生的磁场的方法。利用矩量法求得的接地网导体上的泄漏电流可以计算土壤中任意位置的电场强度,进而求出该位置土壤中的泄漏电流密度。接地网周围土壤区域的泄漏电流所产生的磁场与地网导体轴向电流所产生的磁场之和即为实际接地网所产生的磁场。研究结果表明,采用该方法进行空间磁场计算不仅可以克服传统矩量法的缺点,而且计算速度明显优于同样可以考虑土壤泄漏电流的有限元方法。通过与有限元方法进行比较验证了该方法的有效性。     

接地体与土壤接触电阻的测试评估方法及应用

接地体与土壤的接触电阻是接地网电阻的重要组成部分,但目前接地网设计中通常认为接地体和土壤是理想接触的,土壤颗粒度大时可能给地网设计带来较大误差。论文提出了一种研究接地体和土壤接触电阻的测试评估方法,建立了接地体与土壤接触电阻的测试平台,结合仿真计算对比了石墨基柔性接地材料和圆钢在不同土壤类型条件下的接触特性,并提出在仿真设计中通过等效涂层的方式模拟接触电阻。研究表明:该方法能有效评估接地体和土壤的接触电阻,石墨基柔性接地材料的接触性能在典型山石地区的土壤条件下明显优于圆钢,石墨基柔性接地材料与土壤的接触电阻占工频接地电阻的1.83%～1.95%,而圆钢占比为6.79%～7.57%。     

复杂土壤结构对水电站接地装置散流机理影响分析

准确计算复杂土壤结构中接地装置接地参数及其散流机理是水电站接地装置合理优化设计的基础。提出考虑大范围复杂土壤结构的接地装置有限元计算方法,针对有限元数值计算方法中大范围求解区域和接地导体截面尺寸的差异导致的计算量过大问题,采用二维接地导体与三维散流土壤耦合的有限元数值计算方法;基于有限元模型分别建立垂直三层土壤模型、块状土壤模型以及落差土壤模型,对接地装置散流过程中土壤中的电流密度、电场强度分布规律进行了详尽分析;并对河道两岸土壤电阻率、河水深度对水电站接地网散流过程及接地电阻的影响规律进行了定量分析。对比分析了三种不同土壤模型对水电站接地网散流过程及接地电阻的影响规律,结果表明河水深度是影响接地装置散流过程的重要因素,复杂土壤结构中水电站接地网设计中宜采用考虑实际河水深度的块状土壤模型和落差土壤模型。     

复杂测试条件下分层土壤模型的建立

针对任意布置电压和电流测量极情况下反演土壤模型的计算方法,以及变电站进行后期扩建时测量土壤参数时应选择的测试极与接地网最小距离的问题,基于水平多层土壤中的格林函数和不等间距接地网计算模型,建立了任意布置接地极和考虑接地网影响情况下土壤水平分层模型参数的反演计算方法.在验证该计算方法的同时,说明了等距四极法、直线四极法、...     

特高压变电站接地网方案设计

针对特高压变电站的环境与土壤特点,从接地材料的选择和接地网优化布置两方面展开研究。运用CYMGRD仿真软件对变电站接地设计进行了仿真分析,计算出接地电阻、全站电位升,并仿真出站区接触电势梯度图和站区对角线上各点的接触电势和跨步电势曲线图。通过技术经济比较,推荐全站水平接地体及设备接地线采用铜材;季节冻土或季节干旱时土壤电阻率升高对接地网接地性能影响较大,在水平接地网的接地体交点上加一定数量的5m长的φ25mm铜包钢棒,可以降低冻土层的不利影响;接地网的边沿按最优压缩比0.65设计接地体的间距。铺设高阻层后,站区各处最大电位差均不超过2 000V,可保证站区内的接触电势与跨步电势均在安全范围以内。     

接地材料对大型水电站接地阻抗的影响

对于大型水电站接地系统,由于面积巨大、分散布置、联系松散、土壤电阻率不均匀,接地材料的纵向阻抗特性可能会对接地电阻有较大影响。针对水电站接地网分布的特点,基于场路耦合方法,建立考虑接地材料影响的水电站接地网不等电位分析模型,计算分析了常用铜、钢等接地材料在不同土壤模型、电流入地点位置下的水电站接地阻抗,提出了合理利用接地材料降低巨型接地网接地电阻的措施。由计算结果可知,虽然接地材料对联系紧密的变电站接地网接地电阻基本无影响,但对大型水电站接地网接地电阻影响很大。当电流入地点位于岸上时,钢和铜接地网之间的接地电阻相差可达2倍以上。传统的接地计算公式已经不能满足实际需要,必须依靠数值分析计算来合理设计接地系统。使用铜接地材料可以明显降低水电站的接地电阻,建议在接地网骨干连接线中使用铜材,以达到经济有效地降阻。     

柔性石墨接地体与金属接地体工频接地性能对比

为了研究柔性石墨接地材料与金属材料接地网的工频接地性能及其在发、变电站大型地网应用的可行性,使用仿真软件CDEGS计算了不同条件下两者的工频接地电阻、接触电压及跨步电压。结果表明:柔性石墨接地材料在低电阻率、大面积接地网的接地电阻与金属材料差别较大;接地网边角注流时,柔性石墨接地材料接地网的接触电压及跨步电压随着土壤电阻率的增大与金属接地材料的差异减小,这种差异随着接地网面积的增大趋于增大;合理设计接地线引线位置、优化接地网结构以及提高柔性石墨接地材料自身电导率,能拓宽其在发、变电站接地网的应用前景。     

牺牲阳极保护法在接地网防腐改造中的应用

分析了接地网在土壤中的腐蚀机理及所造成的危害,介绍了接地网防腐方法的特点和不足,并对牺牲阳极保护方法的原理、腐蚀程度的判断及阳极材料的选择进行了论述。     

引外接地对降低接地网接地阻抗的作用分析

工程上常采用引外接地的措施,一般根据经验在离主接地网1~2km范围内另敷设一辅助接地网,并采用扁钢将此辅助接地网与主接地网相连,但国内现行接地设计方法及故障电流下地网等电位计算模型均不能计算引外接地电阻。为此采用接地网工频接地参数分析软件,计算了均匀土壤中引外接地网对降低主接地网接地阻抗的作用。结果表明,辅助接地网与主接地网间的距离超过一定数值后,辅助接地网的作用可忽略,且在土壤电阻率较高的地区,引外接地具有较好的降阻作用。     

计及导体互感的复杂接地网的频域分析方法

基于矩量法和电路理论，提出了一种新的分析接地网频域性能的数值方法。该方法以各段导体的轴向电流为待求变量，待求量比较少。同时，该方法考虑了导体间的互感的影响，使求解结果更加有效，可以用来分析注入电流频率为1MHz以内的接地网的接地性能。为了验证该方法的有效性，在一个试验接地网上进行了有关测试。试验表明，文中方法的结果与测试结果吻合得很好，且优于已有的不考虑互感的频域分析方法。     

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。     

Novel Method for Tower Grounding Resistance Measurement

The main problems of tower grounding resistance measurement are the unknown position of the tower grounding body caused by long-time buried span that affects measurement accuracy because of the imprecise electrode arrangement, the low efficiency achieved when measuring without a connected grounding lead, and the large error obtained when a tower grounding lead is connected. Hence, a novel method to measure tower grounding resistance is presented in this paper. In the proposed method, current of different frequency ranges is injected through the grounding lead on the premise of connecting a tower grounding lead. On the one hand, this method detects the buried position by analyzing the surface magnetic field intensity caused by exciting current. On the other hand, the method measures the tower grounding resistance value of different frequency ranges to obtain an accurate value through data processing. A measurement model with a connected grounding lead was constructed. The surface magnetic field distribution of the grounding body was analyzed. The accurate measurement condition was evaluated to determine the frequency range of exciting current and the data processing method. Finally, a simulation was performed to verify the method. Results showed that the method can identify the position of the tower grounding body and can measure the resistance accurately with a connected grounding lead.     

超高压输电线路铁塔附近三维电场的数值计算

提出了一种基于矩量法的在频域下计算超高压输电铁塔附近三维电场分布的数值方法。该方法在频域下使用复电阻率的概念，将空气和土壤联合起来视为多层介质，待求变量为各段导体的漏电流，激励源既可以为电压源又可以为电流源。该方法可以分析频域下由输电线路、铁塔以及铁塔接地部分产生的三维电场分布。对同一例题下的由该方法和电力系统电磁分析软件包CDEGS计算的结果进行了比较，两者结果是吻合的。在500kV输电线路的实测结果也验证了该方法的有效性。     

An advanced computer model for grounding system analysis

An advanced methodology and a computer model for analysis of practical grounding systems based on the method of moments are presented. The practical methodology is applicable to both simple and complex grounding systems. The grounding system may consist of cylindrical conductors as well as rectangular earth conductors or metallic surfaces buried in earth or located on the surface of the earth. The method consists of computing an equivalent circuit model of the earth embedded electrodes and conductive soil. Uniform or two-layer soil can he accommodated. The problem of computational efficiency is addressed. Several innovations have been introduced to minimize execution time, including adaptive segmentation of grounding structures and adaptive computation of self and mutual impedances. The procedure enables accurate computation of touch and step voltages, body currents, grounding system impedance, voltage profile, etc. The method and computer program have been validated with actual system measurements     

多层土壤接地网设计的机辅分析方法

提出了基于计算机辅助分析的变电站接地网设计方法。主要内容包括：从现场实测在接地电阻率出发,得到多层土壤结构模型;计算出多层不均匀土壤条件下不同地风结构,包括立体地网的接地电阻;分析并设计得到更经济合理的地网;同时给出地网的电位分布。     

季节因素对发变电站接地系统安全性能的影响

季节因素将影响地网的安全性能,导致地网的接地电阻、接触电压和跨步电压的改变。采用数值计算方法分析了季节因素对地网安全性能的影响。雨季将导致地网接地电阻及地表跨步电压减小,但有可能导致接触电压增加。冰冻季节将导致地网接电阻增加,如果冰冻层的电阻率很高,接地电阻将增加到原来的１．７～３．０倍;冰冻季节还导致接触电压和不电压增加。当冰冻层厚度超过地网的埋深时,导致地风遥大幅度下降,危害人身安全。在高寒冰     

地形结构及参数对特高压直流地电流散流特性的影响分析

直流接地极注入电流会对周边电力设施产生不利影响,而地形结构是特高压直流地电流散流特性的重要影响因素。为此,根据接地极极址的不同情况,分别建立了水平双层及复合分层的地形结构。首先,由镜像法和行波法消除了土层间的界面效应,进而推导出一种求解地中电流密度的简易算式,形式简单,易于大规模编程计算。其次,通过软件建模仿真,验证了提出的算式的准确性及可行性。最后,依托工程案例,研究了地形结构及参数对直流地电流散流特性的影响规律。提出的算式可用于特高压直流地电场的计算,对于深层土壤电阻率的测量、交流系统及埋地设施的选址均有一定的指导意义。