基于平面复合降阻材料的杆塔基础接地降阻研究

杆塔基础自然接地作为输电线路重要的接地装置,能减少外延接地及降阻施工成本。针对特高压输电线路杆塔基础接地提出基于平面复合降阻材料的塔基外敷接地降阻策略,首先,采用CDEGS仿真计算软件建立特高压杆塔单根浇注桩接地计算模型,分析均匀土壤、多层土壤、混合土壤三种条件下的外敷接地降阻效果;然后,通过单个塔基外敷计算模型分析外敷材料不同敷设方式的降阻效率;最后,计算完整杆塔基础外敷接地降阻效率和散流分布特征,并与水平人工外延接地降阻方式进行对比。结果表明,外敷接地降阻效率与土壤条件、敷设位置等因素有关,在高土壤电阻率条件下,塔基外敷接地降阻效率超过22%,与水平人工外延接地相比,塔基外敷接地降阻的散流比超过96%,接地材料利用率高,可减少征地和二次接地施工成本。     

输电线路杆塔辅助接地网降阻效率及影响因素研究

输电线路杆塔接地网能够有效降低接地网接地阻抗,保证雷击电流安全地流入大地,实际杆塔施工过程中存在地形受限、盲目施工、降阻效率低等问题。对此,采用防雷接地领域中的CDEGS软件建立双边、单边、方框、垂直4种辅助接地网形式,通过改变外延长度、电流频率、土壤电阻率及土壤结构等因素分析比较4种辅助接地网的散流特性和降阻效率,进而研究降阻效率的影响因素。计算结果表明,杆塔辅助接地网的降阻效率与外延引线长度及辅助接地网终端形式关系密切,并随不同频率电流作用呈现不同的变化趋势,土质及地形条件对辅助地网散流特性有影响。该结论可为复杂地形下输电线路设计与施工、杆塔接地改造提供参考。     

输电线路杆塔接地网典型接地材料散流特性研究

锰铜、圆钢及石墨复合接地材料作为输电线路杆塔接地网常见的三种接地材料,因材料本身电磁参数的不同使得接地体工频与冲击散流特性有区别。为此针对三种典型接地材料,采用软件CDEGS对3种接地体进行仿真建模计算,分别对比分析了3种常见金属及非金属接地材料在不同频率、不同土壤条件及不同直径下的接地散流特性,阐述了接地体散流特性对接地阻抗的影响并给出结论,研究结果为输电线路杆塔接地网选材及外延降阻设计提供参考依据。     

输电线路杆塔分形外延接地网接地特性及影响因素研究

降低输电杆塔接地电阻是减少雷击跳闸事故的重要措施,而山区等地势复杂区域存在传统外延接地网施工困难、土壤电阻率高等问题。提出基于分形理论的分形外延接地网敷设方案。采用有限元仿真软件建立分形外延接地网模型,研究角度、分形维数、分形层数等因素对接地电阻、分流系数的影响,并比较典型外延接地网的接地特性。研究表明,适中的角度、较小的分形维数及分形层数有利于促进分形外延接地网散流降阻。该研究可为地势复杂且土壤电阻率高的山区等区域输电线路杆塔接地设计提供参考。     

杆塔接地装置冲击散流规律模拟试验

杆塔接地装置的冲击散流特性直接影响接地装置冲击接地电阻的大小,根据接地装置的散流规律来设计和优化接地装置的结构可有效提高接地装置的接地效果,通过模拟试验研究了六种接地装置的电流分布规律和冲击散流特性。试验结果表明,单根接地体主要通过接地体末端散流;接地体上漏电流分布越均匀,接地体的冲击接地电阻越小;水平放射型接地体上漏电流分布不均匀,主要通过四条射线上靠近注入点处和末端的导体段散流;接地体导体间的屏蔽效应会影响接地体上漏电流的大小和分布规律。试验得出的冲击散流规律,为提高接地装置在实际应用中的接地效果提供了参考。     

山脊风电机组多向辅助接地网散流特性与影响因素研究

风电机组遭受雷击时极易损坏。内陆风电机组通常架设在山脊、山顶等复杂地形处,较高的地面落雷密度造成风机雷害事故频发。文章针对典型山脊地形条件下的风电机组,分别建立单边辅助和双边辅助接地网模型;通过仿真计算,对比分析了传统镀锌钢接地材料和新型柔性石墨接地材料作为辅助地网材料时的接地特性;分析了外延引线长度、数量对单向辅助接地网的影响;并对多向辅助接地网进行了散流特性分析和结构优化。计算结果表明:在高频电流作用下,选取合适的外延引线长度、数量,有利于增大分流系数和降低机组接地电阻值;多向辅助接地网比单向辅助接地网降阻效果以及散流特性更好,且主接地网两侧辅助接地网长度相同时,降阻效果最明显。在实际工程中,采用柔性石墨接地体,有利于实现山脊风电机组多向辅助接地网的均衡散流。     

考虑土壤非线性电离的杆塔接地装置冲击特性仿真研究

研究杆塔接地装置的冲击特性对输电线路的雷电防护具有十分重要的意义。针对现有场路结合的频域算法对接地装置进行建模时需增加中点节点的问题,提出将中点对地散流均分到导体段两端,建立了考虑土壤非线性电离的不等电位模型,在特高压基地接地试验室进行冲击模拟试验,测量得到不同电流幅值下方框带射线型接地极的冲击特性,并采用同轴圆柱形电极对接地池的土壤进行试验,测得土壤的临界击穿场强。结合冲击模拟试验结果,验证了考虑土壤非线性电离的接地装置冲击特性频域数值仿真程序的正确性。     

110kV线路型避雷器对杆塔接地要求和运行效果研究

针对110 kV输电线路安装线路型避雷器后是否需降低接地电阻及其允许的接地电阻值是否有要求等问题,以河南省三门峡110 kV中横线输电线路为例,通过仿真计算得到安装线路型避雷器后对杆塔接地电阻技术要求值的影响,给出了110 kV输电线路在国家标准规定的最低耐雷水平40 kA条件下的杆塔接地电阻范围,并计算了杆塔接地电阻值对线路型避雷吸收的能量及流过避雷器电流的影响.结果表明,在杆塔接地电阻允许值范围内避雷器完全能承受放电要求.     

基于线路杆塔冲击降阻效果的火花刺布置方式优化设计

鉴于改变线路杆塔接地装置的局部结构,加装针刺状短导体(也称火花刺)可有效降低其冲击接地电阻,建立多种加装火花刺结构的线路杆塔接地体模型进行仿真计算,分析火花刺布置方式的加装角度、分支位置及数量改变对冲击接地电阻的影响。结果表明,针刺导体间的电流屏蔽效应是影响火花刺降阻效果的主要因素,据此提出火花刺的优化布置方式。计算典型线路杆塔接地网模型加装火花刺的冲击降阻效果,其中以垂直方式加装24m火花刺能达到11.34%降阻率,为实际工程应用提供了参考。     

接地装置冲击特性场路耦合分析方法研究

输电杆塔接地装置的冲击特性是影响输电线路安全运行的重要因素之一,在低土壤电阻率下由于忽视接地装置的冲击特性给电网的安全运行带来隐患。因此,结合接地装置的电路理论、电磁场理论和有限元方法提出一种分析接地装置冲击特性的场路耦合分析方法。综合考虑接地体在高频下的自感、互感及电流在土壤中的散流特性,减少模型等效,计算精度较高。利用该方法分析了低土壤电阻率下注入电流频率为0～500kHz的接地体性能及2.6/50μs的冲击电流下导体电势分布,并与CDEGS软件分析结果进行对比,验证了该方法的有效性。     

线路杆塔接地装置雷电冲击特性仿真计算与模拟试验

杆塔接地装置的冲击接地电阻值直接影响输电线路的防雷效果,降低杆塔冲击接地电阻是降低线路雷击跳闸率的有效措施。采用ATP EMTP仿真计算和模拟雷电冲击试验的方法,对杆塔接地装置的雷电冲击特性进行了研究,设计了一种改进型接地装置。经仿真分析验证,在不改变接地装置覆盖面积的情况下,该装〖JP2〗置比普遍使用的接地装置型式具有更好的雷电冲击特性,可作为高土壤电阻率地区改善线路防雷的有效途径。     

基于回路阻抗测试的输电线路防范误操作方法

针对输电线路带地刀或临时接地线合闸误操作问题,提出了一种基于线路对地回路阻抗测试结果判定线路对地状态,从而避免误操作的方法。通过理论分析和数值计算,明确了线路末端有无接地点时回路阻抗的差异。基于仿真模型,计算了线路有无接地条件下的回路阻抗,并比较分析了信号源频率、长线路换位、杆塔接地电阻、土壤电阻率对回路阻抗检测结果的影响,最终提出了线路送电条件判据。在某110kV输电线路上,针对单相接地、三相接地、相间短路的回路阻抗进行了实测。实测结果与仿真计算结果吻合,验证了所提方法的可行性。     

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。     

双层土壤台阶型特高压杆塔基础接地参数的计算与分析

台阶型特高压杆塔基础结构复杂,包含多个块状介质,在水平分层土壤条件下,以往简化模型计算台阶型杆塔基础的接地参数存在缺陷,从而对特高压杆塔基础的接地设计造成不利影响。为此,依据电磁场基本原理,计及土壤水平分层结构和杆塔基础混凝土,采用边界元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,以典型台阶型特高压杆塔基础的接地模型为例,计算得到均匀土壤中该接地模型的接地电阻,并与其他计算方法得到的结果进行比较,验证了该方法的有效性和正确性。另外通过计算水平双层土壤接地模型的接地参数,分析了土壤条件、基础尺寸对杆塔基础接地的影响。结果表明,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,增大基础尺寸可降低接地电阻。     

湖泊岸边红壤土渗流对杆塔接地电阻的影响

为研究湖泊水分渗透对红壤土区的杆塔接地装置电阻的影响,采用有限元法结合试验研究了红壤土电阻率与饱和度的关系及水分渗透过程,在CDEGS中构建接地装置模型,提出水分影响系数的概念,计算渗透存在对湖泊周边杆塔接地装置接地电阻的影响。结果表明,红壤土电阻率对水分十分敏感,渗透会改变土壤饱和度的分布,引起土壤电阻率降低,使接地电阻下降;离湖泊越远,杆塔接地电阻越大,水分影响系数越大,水分影响系数呈缓慢-迅速-缓慢的上升趋势。