水平型直流接地极温升试验与仿真

直流系统在单极运行时,接地极的散流电流会使附近土壤温度升高,同时极址土壤各参数也会随温度发生改变。为研究土壤参数变化情况下的接地极温度场,在考虑接地极自阻的情况下对接地极电流场进行计算,并将电流场计算结果作为温度场的计算条件采用有限元法计算土壤暂态温度场,构成电流场与温度场耦合仿真模型。采用该模型求解直流接地极的暂态温升过程,并采用水平型直流接地极温升试验数据对算法进行验证。试验选取直径30mm、长9m的圆钢作为接地极,加载74h的直流电流,采用霍尔电流传感器和光纤光栅感温光缆对接地极的电流与温度进行采集与记录。试验发现接地极电流注入处的温度曲线表现为尾部上扬,表明土壤电阻率随温度升高而增大,且电阻率的升高也导致了温升更快。根据这一情况,对土壤电阻率与温度的关系进行了拟合,并给出拟合公式。对比实测数据,模型在考虑土壤电阻率随温度变化的情况下,计算结果较为准确。     

特高压共用接地极热参数分析

基于有限差分法原理,建立了一套可对直流接地极周围温度场参数进行时域分析的数值算法。该方法避免了现有接地极温升计算公式将接地极体视为等温体的缺点,可对接地极体温度分布进行计算。将该方法应用于我国云广和贵广II回直流输电系统共用接地极设计中,对接地极热参数进行分析,针对共用接地极3个备选极址的不同土壤参数特征,分别计算系统持续单极大地回线运行状态下的入地电流对接地极温升的影响。计算结果显示,合理设置接地极参数可将其温升控制在标准限值以内。     

特高压直流输电圆环型接地极电流场计算

在特高压直流(UHVDC)输电接地极设计过程中,需要对接地极附近的电流场进行计算。为此,介绍了基于电阻网络模型的高压直流输电圆环型接地极电流场的计算方法。首先将接地极场域在三维空间内分割为若干单元,每个单元等效为系统中的1个节点,通过6个等值电阻与相邻单元节点连接;然后将所有单元节点相互连接,构成1个电阻网络,从而将电流场计算问题转化为对电阻网络的求解问题;最后求解电阻网络,得到节点电压,并根据节点电压计算跨步电压、溢流密度等电流场相关参数。在同等条件下,将该算法与ANSYS仿真得到的电流场计算结果进行对比,结果偏差较小,验证了该算法的正确性。     

基于薄壳理论的直流接地极电热动态耦合有限元模型

超/特高压直流输电工程中共用接地极技术的应用日趋普遍,单极大地运行方式下直流接地极承载的入地电流大幅增加。考虑直流接地极散流时土壤中温度场和电场的相互影响,准确计算其接地参数及电流场分布是直流接地极优化设计及后续相关课题研究的基础。提出了基于薄壳理论的直流接地极电热动态耦合有限元数值计算方法。在土壤中恒定电场与温度场耦合的基础上,分别通过将土壤电参数和热参数:电阻率、比热容和热导率设置为上一时刻该单元土壤温度的函数,实现由时变的温度分布控制土壤参数,准确地模拟散流过程中土壤电场、热场相互影响、相互耦合的动态过程;同时在数值计算过程引入"薄壳"理论,将接地导体用具有一定虚拟厚度的二维面代替,采用三角形单元离散,解决了直流接地极截面尺寸与求解区域差异巨大而带来的计算量大、求解困难的问题。最后,将数值计算结果与文献试验测量结果对比,验证了文中算法的有效性。并基于文中算法分析了土壤参数温度特性对接地极性能的影响,认为考虑土壤参数温度时变特性时,在一定范围内,较高土壤电阻率地区直流接地系统的接地电阻随运行时间有较明显的增大现象。     

垂直型直流接地极暂态温升计算与试验

垂直型直流接地极可以有效解决极址选择困难问题,但也将带来土壤温升过高,接地极散流不均匀等难题。为了对接地极运行时的暂态温升进行有效计算,建立了暂态温度场计算模型,并通过试验进行验证。计算首先基于场路耦合法,在考虑接地极自阻的情况下对接地极电流场进行计算,然后将电流场计算结果作为温度场的计算条件,依据Gurtin变分原理构造时空有限元模型,对接地极进行暂态温升计算。试验选取长9m、直径为30mm的圆钢作为接地极,加载113h的直流电流,分别采用热电偶传感器和霍尔电流传感器采集并记录接地极的温升规律以及散流特性。对比分析表明,计算结果与试验结果具有较高的吻合度,验证了算法的有效性,能为实际工程设计提供参考。     

高压直流接地极多场分布特性及影响规律研究

针对直流接地系统所承受的工作电流过高对接地极的安全运行、人畜安全和地下金属管道设施安全运行构成严重威胁问题，基于等效镜像法与有限元法叠加的方法对复合分层土壤中埋设的环形接地电极周围实际电位进行求解。推导了接地极电流场与温度场之间的交互作用影响；分析了接地极埋深对于地面电位分布及接地特性的影响。结果表明，接地极埋地深度与周围电位和接地电阻阻值成反比，与接地极温升成正比。     

高土壤电阻率条件下的高压直流输电接地极系统接地电阻限值分析

目前,IEC标准和DL行标均未对接地极的接地电阻提出明确的限值要求,但部分海外工程对接地电阻限值提出了额外要求。当接地极极址土壤电阻率较高时,接地极的接地电阻值也会偏大。因此,调研了国内外大量已建接地极的接地电阻值,存在接地电阻0.35?并长期稳定运行的案例;通过理论推导和仿真计算,分析了高接地电阻对接地极稳态温升、暂态温升、跨步电位差、接触电位差、损耗、周边变压器直流偏磁等方面的影响;结合巴西美丽山二期特高压直流输电工程里约接地极的设计案例,得出当设计合理时,接地电阻偏高不会影响接地极安全稳定运行的结论;基于不同的接地极设计方案对比可知,不限制接地电阻可以在确保接地极安全稳定运行的同时大幅节省工程投资。     

土壤电阻率的温度特性及其对直流接地极发热的影响

为了更准确地分析接地极的发热情况,确保接地系统的安全运行,通过土壤温升模拟试验,获得了土壤在一定温度范围内的电阻率与温度、含水量的变化规律,试验结果表明:当温度较高时,土壤水分蒸发加快,土壤电阻率迅速增大,并呈指数上升。基于试验结果,结合电流场理论及传热学原理,建立了简单直线型接地极的发热仿真模型,从仿真结果中发现:土壤电阻率的变化会影响接地极表面的散流分布,从而改变接地极附近土壤的温度分布。对比传统计算模型中将土壤电阻率视为恒定的情况,该模型计算结果说明接地极附近土壤温升速度更快。试验及仿真结果说明,计算时考虑土壤电阻率的温度特性对接地极发热的影响,将有利于接地极的安全设计和维护。     

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.     

直流深井接地极接地电阻的人工布线测量

深井接地极因占地面积小,选址容易的优点,具有很高的工程实用价值。由于单根深井接地极最大对角线距离不到1 m,明显不宜直接采用规程推荐的5倍对角线距离人工布线测量接地电阻。为此,文中建立了直流深井接地极模型,仿真计算了其接地电阻和地表电位分布,基于之提出了电流极距离要求;建立了深井接地极注流、电流极回流的模型,研究了接地电阻测量过程中深井接地极和电流极共同作用下的地表电位分布规律;结合深井接地极接地电阻的仿真计算值,分析获得了电压极的布置要求。改变电流极和电压极的位置,研究了测量误差与布线距离之间的关系,提出了深井接地极接地电阻测量的电流极和电压极布置方案。采用研究获得的方案对深井接地极接地电阻进行了实测,验证了方案的有效性和准确性。最后,分析了深井接地极与水平及垂直接地极接地电阻测量的异同,为类似深井接地极接地电阻测量以及相关标准修订提供了参考。     

UHVDC圆环接地极接地性能分析

为研究UHVDC圆环接地极接地性能,用三维有限元法计算了考虑钢体自身电阻率时其性能参数,在相同电极长度下计算比较了单圆环、双圆环和三圆环3种不同电极型式的接地特性,结果表明引流电缆注入点处的电极电位和温升略高于电极其它部位,且单圆环电极的最高电位升、接地电阻和最高温升最小,双圆环次之,三圆环最大;还分析了双层土壤上下层电阻率、电极埋深等参数对接地性能的影响。结果表明,电极埋深越大,最高电位升和接地电阻越小,但随着埋深的增加,温度却难以扩散,导致电极最高温升变大。此外土壤电阻率是影响接地性能的重要因素,随着土壤电阻率的增大,最高电位升和接地电阻等指标均有不同程度的上升,电极埋设层土壤电阻率对接地性能的影响较下层土壤电阻率的影响更大。     

多层水平土壤地表电位分布的仿真分析

直流输电入地电流可能在交流系统内分布,对变压器和电网安全运行造成一系列不良影响。地表电位（ESP）分布是直流分布的重要参数,为提高数值计算的精度,基于矩阵束方法提出了一种求解格林函数的高阶复镜像法。算例证明了接地标准软件CDEGS在求解奇异格林函数时存在缺陷,高阶复镜像法克服了过往方法的不足,可以精确求解任意参数多层水...     

垂直型直流接地极散流特性试验研究

垂直型直流接地极占地面积小,能将电流导入地底深处,有利于改善跨步电压和接触电势,对环境影响小,是一种可行的新型直流接地极布置方式,但垂直型接地极存在散流分布不均匀的问题。用接近实际工程的方法埋设了3根垂直型直流接地极,并注入直流电流,模拟接地极真实运行环境,对其散流特性、电流分配、接地电阻、跨步电势和利用系数进行了测量。试验表明,接地极散流不均匀,下部散流大于上部,且存在明显的端部效应,但由于其将电流导入地底深处,有效地改善了跨步电势;多根并联接地极间的电流分配受接地极之间的屏蔽作用和接地极接地电阻的共同影响;试验测得的利用系数与理论计算值具有较高的吻合程度,验证了理论计算方法的准确性。     

牛从直流翁源接地极入地电流对周边变压器直流偏磁的影响

根据牛从直流受端翁源接地极周边变电站情况,对牛从直流入地电流进行了实测和分析,并对牛从直流入地电流对周边交流变压器直流偏磁的影响进行了详细的仿真计算。结果表明,翁江站变压器220 k V侧中性点均不接地或装设隔直装置可减小流入交流系统的直流偏磁电流;翁江站110 k V供电片区优化接地方式,选择官渡、回龙站中性点接地,对交流系统直流偏磁的影响最小。     

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。     

一种考虑接地极选址及受端电网结构的偏磁电流减小方法

基于受端电网的结构和接地极的位置对直流偏磁电流的影响,分别分析了交流电网各变电站不同联结方式下,换流站和相邻交流变电站在典型连接结构下的直流偏磁电流（DCBC）水平。分析了影响换流变压器和交流变压器DCBC值的因素,阐述了接地极选址及受端电网结构对变压器DCBC值的影响机理。考虑到受端电网结构和接地极的位置选择,提出了一种降低换流变压器和交流变压器的DCBC的方法。可从系统运行方式选择,接地极位置选择,电网结构规划设计等方面分析抑制DCBC的措施,建议在规划和设计阶段对换流变压器及交流变压器进行偏磁电流的防治。     

特高压半封闭气体绝缘组合电器的暂态电压仿真分析

特高压系统的电压等级高、容量大,暂态电压现象严重。为了提高特高压系统暂态电压计算的准确率,结合我国某特高压开关站建立半封闭气体绝缘组合电器(HGIS)系统整体模型。根据多导体传输线理论和相模变换方法,建立了HGIS外壳传输特性模型。除此之外,采用π型等效电路表示接地体单元,并结合HGIS内部暂态模型,详细计算了隔离开关操作时产生的特快速瞬态过电压(VFTO)和暂态壳体电压(TEV),分析了HGIS内部关键设备处VFTO和相应壳体上TEV的最大值和频谱特性,进一步分析了不同壳体接地方式和接地网对VFTO和TEV的影响。研究结果表明:在考虑接地网的情况下,VFTO的最大值为1 296kV,TEV的最大值为83kV,都要比不考虑接地网时的最大值小,且良好的接地方式是降低特高压HGIS系统暂态电压的有效方法。研究结果可供HGIS设计和相关电气设备绝缘结构设计参考。     

变压器直流偏磁及其与接地电阻关系的研究(英文)

Recently years,UHVDC transmission system is paid more attention to in the field of China’s power system.It takes key part in the China electrical power development stratagem.But,many problems are caused by UHVDC system,such as DC bias,corrosion of metal underground and so on.DC bias is harm to the transformers nearby UHVDC grounding polar.In this paper,the influences of DC grounding current on transformer are introduced and some suggestions of DC bias solution were provided.And,the relationship between UHVDC Grounding Current and grounding Resistance of Substation was analyzed.Firstly,two-part network circuit was used to equivalent the grounding circuit.Then,an analysis of rules was done between DC bias current and grounding resistance.Finally,the conclusion is given that DC bias current rises fast as DC grounding resistance or AC grounding resistance rises.It drops when resistance of AC transmission line or interaction resistance between DC grounding system and AC grounding system rises.Decreasing AC grounding resistance and DC grounding resistance is important to restrain DC bias current.Increasing resistance of AC transmission line such as adding resistance into transformer neutral-point grounding is a useful way to limit DC bias current.