季节性冻土地区变电站地网入地故障电流分析及其限制措施研究

季节性冻土地区,冬季土壤冻结后,其电阻率急剧增加,不仅导致接地电阻上升数倍,同时会引起变电站内部短路时流入地网的故障电流发生变化。文中研究了季节性冻土地区土壤冻结深度对地网分流系数的影响规律。首先建立了季节性冻土地区的土壤结构模型,根据土壤的冻结规律,改变土壤的结构与电阻率,仿真得到了不同情况下变电站地网入地短路电流的分配规律。研究发现:由于杆塔的接地体埋深要小于地网的埋深,杆塔接地装置受冻土影响更大,导致变电站分流系数急剧增加,甚至超过50%,使得原有地网设计无法满足安全标准;仅对地网增设垂直接地极降阻会导致其分流系数的增大,变电站进出线路的临近6～7基杆塔的接地是影响变电站分流的主要因素,因此可以通过对其增设垂直接地极或加大埋深的方式来降低地网分流系数,通过该方法可以提高季节性冻土地区地网的安全性能。     

基于电磁暂态程序的架空地线分流系数的计算

为了准确计算变电站接地网接地短路电流和架空地线的分流系数,以某500 kV输电系统为例,采用电磁暂态程序(the alternative transient program-electormagnetic transient program,ATP/EMTP)对系统中各主要元件进行建模,计算变电站内、外发生单相接地故障时短路电流的分布和架空地线的分流系数,分析变电站接地网接地电阻、杆塔接地电阻、地线型号、线路长度、变电站外短路位置等对其接地短路电流和地线分流系数的影响,得出接地网电阻、杆塔接地电阻增大,出线回路数减少时,接地短路电流增大,架空地线的分流系数减小的结论。     

避雷线绝缘架设对变电站地网分流系数影响的研究

地网分流系数反映了变电站接地系统对短路电流的分流能力,变电站地网分流系数的合理选择是变电站接地安全设计的基础。变电站内发生短路故障时,短路电流主要通过变电站地网和避雷线-杆塔接地系统分流,融冰避雷线绝缘架设后,输电线路杆塔无法参与到短路电流的分配,从而影响变电站地网分流系数,因此有必要针对避雷线绝缘架设后地网分流系数进行研究。本文利用ATP-EMTP建立避雷线绝缘架设前后变电站短路仿真模型,分析了避雷线绝缘架设前后地网接地电阻、杆塔接地电阻、进出线回路数、避雷线型号对地网分流系数的影响,同时提出了降低地网分流系数的方法。研究结果表明,避雷线绝缘架设后地网分流系数增加10%~40%左右,避雷线绝缘架设前后地网分流系数与地网接地电阻、杆塔接地电阻、进出线回路、避雷线型号相关,并且二者的变化趋势并不相同。避雷线绝缘架设后,在变电站出口处6~8基杆塔处设置临时接地点,地网分流系数可以有效降低18%左右。     

福州特高压变电站短路电流分流系数计算与分析

变电站内发生短路故障时真正引起危害的是入地故障电流,而不是短路故障电流。分流系数表征了接地网或架空地线对故障电流的分流能力,可用于分析短路电流的分布情况。研究了变电站站内故障时短路电流的分流机制,提出了适用于工程实际的分流系数定义,重点介绍了分流系数的数值计算方法。在此基础上计算了福州特高压变电站的分流系数与短路入地电流,并分析了分流系数的各种影响因素。分析结果表明:地线分流系数随着变电站接地电阻的增大而增大,随着杆塔接地电阻的增大而减小;500 kV侧和1 000 kV侧短路时地线分流系数差别较小;随着变电站接地电阻的增大,最大入地电流减小,接地电压增大。     

融冰绝缘地线架设对变电站接地网的安全影响分析

为对地线进行直流融冰,地线进行了融冰绝缘化改造。地线绝缘化改造将会影响短路电流在变电站地网和地线中的分配,从而影响变电站接地网的安全。利用ATP-EMTP软件建立地线融冰绝缘化改造的变电站短路模型,研究了融冰绝缘地线架设对变电站地网安全的影响,并提出改进地网安全的措施。研究结果表明:融冰绝缘架设地线将会导致变电站地网分流系数增大,从而影响变电站的接地安全;融冰绝缘架设地线的地网分流系数变化主要受变电站接地电阻和输电线路进出回路数影响;对于地网分流系数设计小于50%的变电站,应重新校验地线绝缘化后的跨步电压和接触电压;变电站附近杆塔的地线接地可有效提高变电站地网安全性能,最佳接地杆塔基数为6~8基。     

架空避雷线分流变电站入地电流的简易计算

高压送电线路的架空避雷线因防雷直接联接到变电站和线路杆塔的接地网,从而也将变电站内接地故障的入 地电流分流到站外,减少站内的入地电流。本文对分流作用提出一个简易的计算方法,可供变电站设计时作参考。     

深圳地区变电站接地电阻计算中分流系数的探讨

深圳地区变电站的特点是系统短路电流大,占地面积小,大多数变电站没有外引接地网的条件,接地电阻不能满足有关技术标准的要求、要解决这个问题,就要充分利用避雷线和进线电缆外护套的工频分流作用．减小在接地故障时接地网的入地电流、为此,阐述了入地电流的概念,对输电线路架空避雷线、电缆线路及架空电缆混合供电线路的分流系数进行了探讨和计算、最后,提出了设计上选取分流系数的方法和工程上应采取的措施。     

避雷线分流对杆塔接地电阻测量的影响

采用电流-电压三极法测量架空线路杆塔的工频接地电阻时,架空避雷线对注入杆塔地网的测量电流具有分流作用,从而影响接地电阻的测量精度。建立了架空避雷线对注入杆塔地网的测量电流的分流模型,分析了避雷线分流的程度和影响分流效果的因素及其影响规律。结果表明：（1）避雷线分流所占比重可以达到60%以上,当测量杆塔接地电阻较大、非测量杆塔接地电阻较小、测量杆塔为变电站出线上的前2座杆塔时,避雷线分流效果更明显;（2）仅考虑分流电流大小对杆塔接地电阻测量的影响是不够的,忽略分流电流与测量电流的相角差同样会造成较大的测量误差,导致接地电阻的测量值偏高。     

变电站内短路电流分流系数实测和分析

变电站内发生单相短路接地故障后,真正引发安全问题的是入地电流部分,而不是总的短路故障电流。入地电流部分所占比重越大,其引发的安全问题也更严重。分流系数表征了接地网或架空地线对故障电流的分流能力,可以用于分析短路电流的分布情况。对某变电站内的单相短路接地故障电流的分布情况进行了现场实测,并与模拟计算结果进行了对比。实测与模拟计算结果相一致,地线分流系数较大。模拟计算可以用于分析变电站内发生短路故障时的地线分流系数,为工程实际提供参考,应用该算法分析了影响地线分流系数的主要因素和影响规律。结果表明,当变电站接地电阻较大或出线数量较少时,地线分流系数较大。     

变电站内短路电流分流系数影响因素分析

变电站内发生短路故障时,真正带来安全问题的是入地故障电流,而变压器和架空线路会影响电流分布,因此有必要研究其对分流系数的影响。鉴于此,基于相分量的回路电流法,计算分析了变压器及非故障侧线路对分流系数的重要作用;在此基础上,研究了变压器及变电站相关参数和架空线路相关参数对分流系数的影响;此外,还分析了变电站接地电阻与地电位升的关系。结果表明:变压器及非故障侧线路对电流分布有较大的影响;考虑变压器及非故障侧线路情况下对影响分流系数的因素进行分析,提高了分析结果的工程参考价值;变电站接地电阻的增加虽减小了分流系数,但提高了地电位升。因此,在计算分流系数时应当考虑变压器及非故障侧线路,同时变电站接地降阻是十分必要的。     

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。     

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     

变电站接地系统中垂直接地极作用分析

简要介绍接地系统数值计算方法的基本原理与发展过程。以某变电站典型简化参数为基础,分析均匀地质条件下,短垂直接地极对接地系统接地电阻与接触电压的作用;并引申考虑季节变化因素对短垂直接地极作用的影响和长垂直接地极对于降低接地电阻的作用。     

1 000 kV特高压变电站接地系统的设计

特高压系统的电压等级高、容量大,接地短路电流将相当大,为确保电力系统的安全、可靠运行,对接地系统的要求将更加严格。结合晋东南特高压变电站短路电流分流系数变化曲线,提出了变电站接地电阻的设计取值方法。采用电磁场数值计算方法对分层土壤中接地系统的电气参数进行计算。分析表明,晋东南变电站采用水平地网可以将地电位升控制在5 000 V以内,但接触电压较大,超过了安全限值,探讨了应用深垂直接地极降低接触电压的效果,以及水平接地网的均压优化布置对接地系统接地电阻、接触电压和跨步电压的影响。最后给出了1 000 kV晋东南特高压变电站接地系统的设计方案以及二次电缆屏蔽层的接地方式。     

Optimal design of grounding system considering the influence of seasonal frozen soil layer

Frozen soil leads to the change of the soil model. This would affect the safety of the grounding system. The design of the grounding system considering the seasonal frozen soil should be based on the full investigation of the actual maximum depth of the frozen soil and the actual layered soil models. The final design scheme of the grounding system should be determined synthetically from two phases-first, the grounding system is designed in the normal soil model and its safety is checked in the frozen soil model, second, it is designed in the frozen soil model and its safety is checked in the normal soil model. The influences of the frozen soils on the optimal design of grounding systems in homogeneous and double-layer soil models were systematically analyzed, and the respective design methodologies of the grounding systems were proposed. The influence of vertical electrodes on the design of the grounding system considering the seasonal frozen soil was discussed. The analyzed results state that the safety of grounding system can be sufficiently improved by vertical grounding electrodes added to the horizontal grounding grid.     

500 kV GIS变电站雷电过电压保护研究

将500 kV GIS变电站和进线段结合起来,考虑绝缘子串冲击伏秒特性、进线段冲击电晕、远近区杆塔冲击接地电阻、落雷点等因素的影响,采用ATP-EMTP对500 kV GIS变电站的雷电侵入波过电压进行了研究。研究表明,冲击电晕、近区杆塔接地电阻对雷电过电压有很大的影响;雷击最靠近变电所终端"门"形塔的杆塔时,过电压有可能不是最严重的;当设备过电压较严重时,母线上增装一组避雷器能有效降低过电压。该研究思路兼顾安全和经济两方面,可为工程提供新的参考。     

分层土壤中典型特高压杆塔基础接地计算的建模与分析

由于特高压杆塔基础尺寸大、钢筋多,在水平分层土壤条件下,杆塔基础可能穿入下层土壤,以往的简化方法计算特高压杆塔基础的接地电阻会产生较大的误差,难免造成不经济的设计。针对该问题,依据电磁场基本原理,同时考虑土壤水平分层土壤结构和杆塔基础混凝土层穿入下层情况,采用矩量法对静电场积分方程进行离散,并基于C++编程进行数值求解。文中通过典型特高压杆塔基础算例的接地电阻计算,说明了该方法的有效性和正确性。还分析了典型特高压杆塔基础接地电阻与水平双层土壤模型参数的关系,说明上层土壤厚度逐渐增大是影响典型特高压杆塔基础接地电阻的主要决定因素,同时说明当上层土壤厚度较浅时,降低下层土壤电阻率对减小杆塔基础接地电阻效果明显,准确估计下层土壤电阻率对接地计算有重要影响。     

一类垂直双层土壤中地网接地电阻的简易计算公式

针对特高压输电系统变电站地网常跨越垂直分层土壤,研究垂直双层土壤中地网接地电阻的工程计算方法。用待求接地电阻与参考电阻的比值以及双层土壤两侧电阻率比值减少参数数量,并通过数据拟合得到这两个比值的函数关系,分析自变量等于1和趋向无穷大对应的地网接地电阻和土壤结构获得函数系数的表达式,将表达式代入函数之后进行化简,得到垂直双层土壤中地网接地电阻的计算式。计算式中包含的参考电阻和辅助电阻都是均匀土壤中地网接地电阻,这两个接地电阻可用IEEE标准或中国电力行业标准的推荐公式代替。与仿真软件相比,所得式不需建立土壤和地网模型,不需要仿真计算电流分布,能简单快捷地计算出接地电阻。通过几个算例分析可知,所得计算式的精度受推荐公式的影响,其精度能满足工程设计的需要。     

Lightning Impulse Performances of Grounding Grids for Substations Considering Soil Ionization

When lightning strikes a substation or a transmission tower near the substation, high current generated by the stroke would flow into the grounding grid of the substation and dissipate in the soil. The transient characteristic of the grounding grid is very important to the safe and reliable operation of the power system. A circuit model with a lumped time-variable parameter is proposed to calculate the transient characteristics of a grounding grid under lightning current. The ionization phenomena around the ground conductors in the soil are simulated by means of time-variable parameters under appropriate conditions. The influences of different parameters on the transient characteristics of the grounding grid subjected to lightning impulse current are analyzed and the effective usage area of the grounding grid under lightning is discussed.     

输电线路短路电流对埋地管道电位抬升及抑制方法研究 已排

针对城市中输电线路与埋地油气金属管道临近问题,通过建立架空导/地线-杆塔-接地网-埋地管道一体化电磁场计算模型,综合考虑导线和避雷线对金属管道的感性耦合影响以及杆塔入地电流对管道的阻性耦合影响。基于此模型研究土壤电阻率、临近距离、管道参数、交叉跨越角度以及不同供流方式对金属管道电位、防腐层耐受电压的影响规律,并开展管道电位抬升的抑制方法研究,可以为输电线路发生接地短路故障时临近燃油（气）管道安全防护提供指导。