复杂土壤结构对杆塔接地装置冲击 特性影响分析

随着电网输送距离的增大,输电线路不可避免要跨域河流、山地等复杂地形,准确计算复杂土壤结构中杆塔接地装置的接地参数及其冲击散流特性是输电线路杆塔接地装置优化设计的基础。本文基于有限元数值计算方法,建立了考虑河流、山体的块状土壤结构模型,对接地装置散流过程土壤中电流密度和电场强度进行分析;并对河流与接地装置的距离、山体的坡度、山体顶面积对接地装置冲击接地电阻的影响进行定量的分析。结果表明:高土壤电阻率地区,接地装置与河流距离小于5 m时,河流对接地装置散流以及冲击接地电阻影响较明显;当山体顶面积为20 m×20 m时,坡度5°≤α≤75°,接地装置敷设于山顶和山侧时,接地装置冲击接地电阻值分别增加了79. 6%和32%,山体输电线路防雷设计应综合考虑山顶面积和坡度对接地装置散流和冲击接地电阻值的影响。     

杆塔接地体冲击对输电线路雷电反击分析

为了减少雷害事故的发生,为输电线路防雷提供科学依据,计算输电线路雷电反击跳闸率时必须考虑杆塔接地体冲击特性。通过EMTP建立了线路及杆塔模型,考虑雷电流作用下接地体冲击特性,分析线路反击时杆塔和接地体暂态电压变化规律。计算不同土壤电阻率和接地体长度下线路反击跳闸率,同时讨论工频电压对反击跳闸率的影响。分析结果表明:雷电流幅值较大时,接地体冲击接地电阻降低明显。工频电压对线路反击跳闸率有一定影响。增加接地体长度和降低土壤电阻率可以有效减少线路反击跳闸率。     

杆塔基础外敷螺旋接地装置的冲击散流优化研究及其应用

为有效降低高压输电线路杆塔接地装置的雷电冲击接地电阻，本研究充分利用杆塔基础的垂直空间，采用一种螺旋状接地装置沿杆塔基桩表面敷设直至基桩底部，在更大限度散泄冲击电流的同时降低水平外延射线的铺设难度。研究了冲击接地电阻的原理及其在CDEGS软件仿真计算中的实现方法，并对计算方法进行了可靠性验证。建立考虑雷电流冲击下的土壤非线性电离的接地模型，研究不同雷电流幅值、土壤电阻率下螺旋接地装置的冲击特性，从而进行螺旋结构的优化选择；以110 kV输电杆塔典型四角放射型接地网为原型，对比计算双层土壤下杆塔基础外敷螺旋装置前后所需外延射线的长度，分析杆塔基础外敷螺旋接地装置的应用效果，为螺旋接地装置的推广使用提供理论基础以及方法参考。     

石墨烯复合接地装置在杆塔接地中的应用

针对高土壤电阻率、强腐蚀土壤环境下输电线路杆塔接地装置降阻困难、腐蚀严重、敷设不便等实际问题,应用一种接地新型材料—石墨烯复合接地装置,可有效解决上述问题。本文简要概述了石墨烯复合接地装置的组成及特性,对比分析不同土壤电阻率下镀锌圆钢、石墨基柔性接地体与石墨烯复合接地装置的工频与冲击接地电阻特性,计算分析工频故障电流通过接地装置散流时的跨步电位差分布特性,最后通过500 kV线路杆塔接地装置实际应用证明该材料可有效满足实际工程需求。     

时变接地电阻对输电线路耐雷水平的影响分析

冲击电流作用下,输电线路杆塔接地装置接地电阻呈现非线性时变特性,考虑接地电阻时变性对架空输电线路雷击暂态过电压及线路耐雷水平的影响是进行准确的输电线路防雷设计并提升其耐雷水平的基础。基于电磁暂态软件PSCAD建立了考虑时变接地电阻的220 k V同塔双回输电线路模型,分析了时变接地电阻对杆塔各处暂态过电压及输电线路耐雷水平的影响;并在此模型中添加"疏导型"防雷装置-并联间隙,分别计算考虑与不考虑时变接地电阻时并联间隙对输电线路耐雷水平的影响。结果表明:接地电阻大于20Ω时,定值接地电阻和时变接地电阻下输电线路耐雷性能及并联间隙安装方式相差较大。高土壤电阻率地区输电线路防雷设计应考虑接地电阻的时变性对输电线路耐雷性能的影响。     

输电线路杆塔接地体地电位分布特性研究

为了研究雷击输电线路时输电杆塔接地装置时的暂态特性以及地电位分布情况,通过在陕西省境内选取高压输电杆塔实地测量的方式,分析了雷电流波前时间和半波时间对地电位峰值的影响、3种不同结构接地体地电位的分布规律以及同一种接地体在不同电阻率土壤环境下的电位分布情况,试验结果表明雷电流波前时间越短、土壤电阻率越高的条件下地电位峰值更大,不同结构类型接地体周围的地电位都是从地网中心注流点到地网边缘逐渐下降,地网中心附件电位梯度大于地网边缘,但3种接地体周围的局部散流规律呈现出不同的特点.研究结果为输电线路杆塔接地体优化设计和降低冲击接地电阻等方面提供参考.     

杆塔钢筒基础桩冲击散流特性研究

降低杆塔冲击接地电阻是输电线路防雷重要措施,杆塔接地系统的冲击散流特性主要受接地装置形状及土壤结构影响.应用CDEGS仿真研究了预制钢筒桩基础及其接地系统的冲击散流特性,获得了锚栓长度及数量、分层土壤结构以及加装水平接地极对钢筒桩基础冲击散流的影响;并在此基础上提出了应用预制钢筒桩基础降阻策略.可为输电线路接地工程提供参考.     

输电杆塔混凝土桩基接地散流与结构优化研究

电力输电线路杆塔除桩基自然接地体外往往需要额外敷设人工外延接地体,实际工程中人工外延接地往往受地形、征地以及施工难度所限,提高杆塔桩基自然接地的接地散流效率具有重要意义.笔者提出基于柔性石墨复合接地材料搭建杆塔桩基立体"笼"式外敷接地装置,采用COMSOL仿真软件建立混凝土杆塔桩基散流计算模型,针对典型杆塔桩基采用"笼"式外敷接地装置的不同敷设方式、根开间距等因素进行仿真计算,验证"笼"式接地装置对杆塔散流的影响,最后针对整个杆桩基础,对比了桩基外敷接地与传统人工外延接地的散流效果.计算结果表明:随着土壤电阻率的提升,桩基"笼"式外敷接地装置的降阻效率始终保持在19％以上;与人工外延接地装置相比,外敷接地装置的散流比在90％以上,可以有效地分担桩基钢筋的散流占比;当入地电流中包含冲击高频分量时,外敷接地装置的降阻效率始终在20％以上,且外敷接地装置的散流比高于人工外延接地体.     

柔性石墨接地体与金属接地体散流特性对比

不同接地材料因其电磁参数的不同使得接地体的工频与冲击散流特性有区别。针对石墨、锰铜和钢三种接地材料进行仿真建模计算,建立了输电线路杆塔接地网常用的方框带射线型接地网模型,分别对比分析了三种接地材料在不同频率电流、不同土壤电阻率条件下的冲击散流特性,阐述了接地体散流特性对接地阻抗的影响。通过对比分析可知:在高频电流、高土壤电阻率条件下,柔性石墨接地体在远端的散流能力要优于钢接地体,接地阻抗更小。     

适于降阻的输电杆塔预制式钢筒桩基础的优化方法

输电杆塔接地装置的接地电阻直接关系着电力系统输电线路的防雷保护效果。钢筒桩基础在输电线路杆塔中的作用是保证杆塔结构的稳定性，并未充分利用其降阻效果，提出了一种不同土壤电阻下，适于降阻的钢筒桩优化长度的计算方法。利用CDEGS接地计算软件对钢筒桩基础的降阻效果计算，得到了不同土壤电阻率下钢筒桩基础的长度与杆塔工频接地电阻的关系变化曲线；以单位长度降阻率的阈值为指标，选取了钢筒桩的最优长度。针对高土壤电阻率地区钢筒桩基础自然接地的工频接地电阻仍不满足规程规定的问题，采用水平接地体和钢筒桩基础共同构成输电杆塔的立体式接地装置的设计方案，并给出了设计实例，以满足规程要求，为实际输电杆塔接地装置的接地设计提供了方法指导。     

接地装置冲击特性对线路避雷器性能影响分析

输电线路安装避雷器是有效的防雷措施,但是有必要合理分析杆塔接地装置冲击特性对避雷器性能的影响。利用EMTP软件搭建220 kV输电线路模型,考虑杆塔接地装置的冲击特性,分析线路安装避雷器的防护效果,计算避雷器吸收的能量,预测避雷器的运行寿命,讨论土壤电阻率对线路避雷器运行寿命的影响。研究结果表明:考虑接地装置冲击特性后,避雷器残压和波形持续时间均小于未考虑冲击特性情况;线路安装避雷器后反击耐雷水平得到大幅提升,50Ω·m土壤电阻率情况下提升幅度可达70%;考虑接地装置冲击特性后反击耐雷水平高于未考虑冲击特性情况,但两种情况下耐雷水平均随着土壤电阻率的增加而降低;考虑接地装置冲击特性后,避雷器吸收能量小于未考虑冲击特性情况,因此避雷器预期寿命高于未考虑情况,在2 000Ω·m土壤电阻率情况下,避雷器预期寿命仍可延长35%。避雷器预期寿命随着土壤电阻率的增大而显著减小,土壤电阻率从50Ω·m增大至2 000Ω·m时,考虑接地装置冲击特性后避雷器预期寿命也缩短了45. 6%。高土壤电阻率地区需要尽可能降低接地装置电阻以提升避雷器防护效果和运行寿命。     

500kV线路杆塔雷电冲击全波电磁暂态特性研究

为了研究土壤电阻率、雷电流幅值以及波前时间等不同因素对500kV线路杆塔在雷击时杆塔全波电磁特性的影响,建立了线路-杆塔-接地极一体化模型,计算了雷电冲击下考虑不同雷电流参数、土壤电阻率参数的500kV输电线路杆塔电磁暂态特性影响。计算结果表明,避雷线分流大小随着土壤电阻率和雷电流幅值的增加而增加,波前时间的改变对其影响较小;通过引下线向土壤散流的电流随着土壤电阻率的减小和雷电流幅值的增大而增大;接地体电压和横担电压均随着土壤电阻率和雷电流幅值的增加而增加,并不改变峰值出现时刻,波前时间的改变会同时改变峰值和出现时刻。     

输电线路不同位置遭受雷击时的暂态电流及散流特性研究

为了研究输电线路不同位置遭受雷击时的雷电流分流状况以及接地装置上的电位分布和散流特性,通过建立输电线路杆塔和接地装置的完整模型,分析了雷击避雷线、绕击导线和雷击杆塔塔顶3种不同雷击下杆塔和接地装置上各自承受的电压和电流,以及雷击线路不同位置时对地电位分布和电流密度分布的影响.计算结果表明雷击导线时对线路安全运行影响最大,地电位和电流密度的下降速率随着远离雷电流注入点而逐渐降低.研究结果可以指导杆塔绝缘配合,为输电线路杆塔雷电流监测装置的安装位置提供参考数据,并且为输电线路杆塔接地体优化设计和降低冲击接地电阻等方面提供参考,当现场试验受限制难以开展时,可以采用本研究所选取的方法做替代分析.     

考虑多基杆塔接地散流线路临近管道雷击过电压研究

由于目前输电线路与管道常交叉、并行架设，当雷击杆塔时雷电流会沿杆塔两侧避雷线流向相邻多基杆塔，而杆塔接地散流不可避免会对临近管道产生过电压影响。针对多基杆塔接地散流下管道过电压进行仿真计算并提出管道过电压防护方法。首先利用电磁暂态软件ATP-EMTP搭建输电线路雷电暂态计算模型，计算不同土壤电阻率下多基杆塔雷电流分布特征；然后基于多基杆塔雷电流分布特征，搭建多基杆塔接地网-油气管道散流计算模型，计算分析土壤电阻率、“管-线”间距及雷电流幅值等因素对管道过电压的影响；最后对比分析“接地排流线”、“迫向换流”等方式对管道过电压的防护效果。研究结果表明：土壤电阻率增加使杆塔接地电阻变大，从而使得杆塔分流系数会逐渐减小；相较单基杆塔模型，考虑多基杆塔接地散流会加剧管道过电压问题，土壤电阻率和雷电流幅值增加将导致管道过电压升高，“管-线”间距增加会导致管道过电压降低；敷设排流线和采用迫向换流等方式均可有效降低管道电位。     

高土壤电阻率地区柔性石墨复合接地材料与圆钢接地材料的有效长度对比研究

改善杆塔接地能够有效的降低输电线路雷击跳闸率,对于高土壤电阻率地区的杆塔,减小冲击接地电阻是降低雷击跳闸率的关键,而减小接地体冲击接地电阻可以通过延长接地体长度来实现,但是当长度超过一定值时,延长将不再有效。因此研究接地体的有效长度、选取有效长度更长的接地材料,对降低接地电阻有着重要意义。首先分析了接地体有效长度的物理意义,然后运用CDEGS仿真软件计算工程中常用的镀锌钢和柔性石墨复合材料水平接地体的工频接地电阻与接地体长度、冲击接地电阻与接地体长度之间的关系。由此对比在高土壤电阻率情况下柔性石墨复合接地材料的和镀锌钢材料的有效长度,并分析其原因。此后采用冲击散流试验加以验证,最后得出结论,高土壤电阻率情况并通以冲击电流时,柔性石墨复合材料接地体有更长的有效长度。     

土壤结构和雷电流冲击电阻的关系

建筑物外部防雷装置将雷电流经接闪器、引下线及接地装置引入大地进行散流。接地装置将雷电流分散时,为了防止设备产生过电压,冲击接地电阻要尽可能的小。冲击接地电阻设置是否合理影响电气装置的安全。影响冲击接地电阻的首要因素为接地装置所处的土壤结构即土壤电阻率,文章主要探讨土壤电阻率对接地电阻的散流长度和阻值大小的影响。     

土壤频变性对接地装置冲击系数的影响分析

冲击系数是反映输电线路杆塔接地装置冲击特性的重要参数,对其进行准确计算是防雷优化设计和提升输电线路耐雷性能的基础。在深入分析土壤介质微观极化过程的基础上,引入Visacro-Alipio土壤频变特性公式,建立了考虑土壤电参数频变性的接地装置冲击特性数值模型;利用所建模型仿真分析了考虑土壤频变性时土壤电阻率、冲击电流波形等因素对接地装置冲击系数的影响规律。仿真数据分析表明考虑土壤频变性时接地装置的冲击系数与不考虑土壤频变性时的冲击系数相比有一定减小,在高土壤电阻率及陡波前冲击电流作用下其减小程度更明显。     

输电线路杆塔接地极冲击接地电阻特性分析

为研究雷电流流经输电线路杆塔接地极的冲击特性,运用CDEGS软件仿真分析杆塔接地极在冲击电流作用下的冲击特性。分析水平接地极及四种改进接地极的冲击特性,探讨不同接地极尺寸以及不同土壤电阻率对冲击接地电阻的影响规律。得到接地极长度及半径对水平接地极冲击接地电阻的影响规律,接地极冲击接地电阻随水平接地极长度的增加而降低,但逐渐趋于稳定;同时获得垂直接地极对四种改进接地极的冲击接地电阻特性,为实际工程中采用合适的方法降低杆塔冲击接地电阻提供了参考。     

计及土壤电离的接地装置冲击特性有限元分析

接地装置是电力系统中的重要组成部分,是故障电流和雷电流的泄流通道,对接地装置冲击特性的研究是接地优化设计和提高输电线路耐雷性能的基础。利用基于有限元方法的COMSOL软件建立了考虑土壤火花效应的接地装置冲击特性有限元模型,通过与试验数据对比验证了模型的有效性以及准确性。并对接地装置冲击散流特性进行了分析,定量研究了土壤火花放电现象对接地装置冲击特性的影响,验证了火花效应对接地装置接地电阻的降低作用,且地表电位分布规律证明火花放电减小跨步电压,提升安全距离。以上对基本接地装置冲击特性的分析结果对接地装置的设计和运行有重要的参考价值。     

基于杆塔耐雷水平的冲击接地阻抗控制值计算研究

输电线路杆塔冲击接地阻抗作为影响输电线路耐雷水平的重要因素，在杆塔的接地设计以及状态评估方面应该重点考虑，因此需要提出杆塔冲击接地阻抗控制值。通过建立110 kV、220 kV、500 kV的输电线路模型，计算了不同冲击接地阻抗情况下输电线路的耐雷水平，并基于我国对各电压等级输电线路雷击跳闸率的要求，计算得到各电压等级输电线路杆塔冲击接地阻抗控制值，可为输电线路杆塔的运行维护和状态评估提供参考。同时计算了典型方框带射线杆塔接地体在不同土壤电阻率下满足冲击接地阻抗控制值的最小射线长度，避免了仅凭经验估算造成的施工材料浪费，为实际工程建设提供了参考数据。