接地网格的雷电冲击特性

系统地分析了发、变电站接地网格在雷电流作用下的冲击暂态特性 ,建立了基于分布的、时变电路参数的等效电路模型。该模型考虑了接地导体周围土壤电离引起的动态、非线性火花效应以及导体间互感的影响 ;详尽分析了不同接地装置的结构、雷电流波形以及雷电流注入点等因素对接地网格冲击特性的影响     

接地网的雷电冲击响应特性计算分析

为了分析发、变电站接地网在雷电流作用下的性能,提出了一种近似于工频情况下的节点电压法的模型,并借助软件求取接地网格在雷电流冲击响应下的电气参数。该模型借助电网络理论中节点电压法,考虑了接地导体周围土壤火花放电对雷电暂态效应、非线性火花效应和导体间互感的影响,对接地导体的土壤放电击穿建立基于分布、时变电路参数的等效电路模型,同时此法对接地网在大冲击电流作用下性能的动态趋势预测提供一种思维方法。分析了针对不同地网结构、不同雷电流注入点等因素情况下的接地网冲击特性。边角注入时,注入点周围电位、散流电流、轴向电流均关于注入点所在对角线对称分布。中心点注入时,地表电位分布关于中心点对称。     

土壤非线性击穿效应对垂直接地体散流特性的影响

基于L-D(Liew and Darveniza)提出的土壤非线性击穿模型,利用Taku Noda和Yoshihiro Baba等分别提出的导体在无耗介质和有耗介质中的细导线处理方案,开发了一套三维时域有限差分(three dimension finite-difference timedomain,3-D FDTD)算法,研究了在不同雷电流幅值和波形以及土壤低频电导率作用下,土壤非线性击穿效应对垂直接地体受土壤击穿影响的散流区域、冲击阻抗和暂态地电位升等参数的影响。结果表明,当土壤低频电导率为0.02 S/m和0.005 S/m时,垂直接地体横向散流半径分别约为0.5 m和1.2 m;接地极尖端部位的纵向散流区域分别约为0.3 m和0.9 m。此外,暂态地电位升的变化特性与注入的雷电流幅值和波头时间以及土壤低频电导率密切相关,但无论是否考虑土壤击穿效应,垂直接地极冲击阻抗最大值保持不变,仅决定于土壤低频电导率等相关土壤特性参数。工程上定义的冲击阻抗值仅表征了未考虑土壤击穿情况下的稳定阶段阻抗值,远小于文中计算的冲击阻抗最大值。     

输电线路杆塔及接地体雷电冲击响应分析

雷击是造成输电线路跳闸的主要原因,研究输电线路及接地体的雷电冲击响应具有十分重要的意义。为此,笔者运用电磁分析软件CDEGS建立了500 kV双回路自立式输电线路杆塔雷电冲击模型,分析不同雷电流波形、不同杆塔参数、不同土壤电阻率和不同接地体长度下输电线路杆塔及接地体上雷电冲击响应规律。计算结果表明,雷击杆塔塔顶时,避雷线分流大小与土壤电阻率成正比关系,雷电流过大将导致绝缘子击穿;雷电流波前时间越短、横担越窄、杆塔越高、土壤电阻越大、接地体越短,雷击时塔顶和接地体冲击电压峰值越高;在高土壤电阻率地区通过增长接地体长度、降低土壤电阻率能有效降低塔顶和接地体电位。     

单根垂直接地体冲击特性数值分析

介绍一种对单根垂直接地体在雷电冲击波作用下的特性进行数值模拟的新方法。该方法以积分方程为基础,建立并求解时变参数状态方程组,能精确地分析接地板的冲击响应特性。     

采用降阻剂接地体的冲击特性

本文从大量实验中得出采用降阻剂接地体的冲击特性，并与常规接地体进行比较，得出了降阻剂能很好地降低冲击接地电阻的结论。     

不同针刺型接地网结构的雷电冲击散流特性影响分析

在接地网添加针刺是一种降低冲击接地电阻的有效方法,且效果随针刺短导体的布置方式不同而存在区别。研究接地体针刺的冲击散流作用特性,对比分析了针刺数量、长度、间距等影响因素对接地体冲击散流特性的影响。首先分析不同针刺对“一”字形水平接地极在冲击电流作用下的电位、电场、电流分布进行研究,其次计算不同针刺结构下的接地极冲击接地电阻、散流效率等参数并分析针刺式接地装置的降阻机制。仿真结果表明,针刺数量、针刺长度等会产生散流屏蔽效应,影响接地体的散流特性,恰当的针刺数量和长度可有效增加散流面积,提高接地体的散流效率。     

影响绝缘子雷电冲击特性的因素分析

结合线路运行中绝缘子雷击故障的特点,对绝缘子悬挂方式、均压环的形状及均压环的布置方式进行了耐雷电冲击特性试验,试验研究结果表明并联绝缘子串的雷击击穿电压较单串时低;开口状均压环的均压效果和引弧效果均优于闭口状均压环;均压环的开口方向与导线垂直时,可保护绝缘子和导线。     

接地体冲击特性试验与降阻剂的作用

本文介绍了施放降阻剂与不放降阻剂接地极进行的冲击特性试验及其结果,并与模型试验结果进行了比较分析,证明了现场试验所得到的冲击系数远低于模型试验,同时证明了施用降阻剂对降低冲击接地电阻仍有相当的效果。     

模拟雷电冲击电流对接地网腐蚀的影响研究

当雷电冲击电流经接地网泄放入地时,会对接地网造成严重腐蚀,从而威胁建筑物、工作人员和设备的安全。为了得到雷电冲击电流对接地网腐蚀速率的影响,本文基于热等效性利用交流工频电流来模拟雷电流,通过长期试验测量了不同位置、不同电流下接地网的腐蚀率,得到了模拟雷电流对接地网腐蚀率的影响规律,并通过测量接地电阻的方式分析了电流和土壤对接地网腐蚀的综合影响,最后,论文根据试验结果分析了接地网腐蚀机理。研究结果表明,接地网的腐蚀率是由土壤性质和电流综合决定的,施加模拟雷电流会大大增加接地网的腐蚀程度,未施加电流的接地网腐蚀机理为微电池腐蚀,施加电流的接地网腐蚀机理为电解腐蚀,其中,电解腐蚀对接地网腐蚀的影响大。本文所得结论可为接地网的安全防护提供理论依据。     

基于电磁场的杆塔接地体冲击特性计算分析

输电线路杆塔接地体的冲击接地阻抗决定了雷击输电线路或杆塔时的塔顶电位,从而影响线路绝缘子串两端的过电压水平,直接关系到线路的耐雷水平。接地体在雷电流作用下的冲击特性表现为火花效应和电感效应,使接地体的冲击特性明显区别于工频特性。基于电磁场理论建立了输电杆塔典型接地体冲击接地阻抗计算模型,通过模型试验验证了其准确性,得到了接地体在不同土壤电阻率和射线长度下的冲击接地阻抗,并与国际著名的接地计算软件CDEGS工频接地阻抗计算结果对比分析,进一步揭示了接地体的工频和冲击特性的差异,同时验证了接地体冲击电流下存在有效长度。     

接地体雷电暂态响应建模分析

为克服接地体传输线模犁在进行雷电暂态响应计算时存在的分段导体尺寸难以确定,及分段元件间互耦参数计算困难的2个技术瓶颈,采用电磁散射理论与矩阵分析方法对传统时域传输线模型进行了优化.改进后模型考虑了土壤火花放电效应,给出了等效差分元件尺寸选取方法及分段导体间互耦参数递归的计算方法,可有效计算接地体雷电流作用下的冲击有效长度及冲击接地电阻.经与试验结果对比,证明了优化后模型的计算结果误差较小,能够满足工程应用要求.     

方框带射线型接地体冲击特性影响因素

为研究方框带射线型接地体冲击特性,从而获取有效降阻方法,采用模拟试验方法在单一土壤与双层土壤条件下,分别研究了土壤参数、电流波前时间以及形状尺寸对接地体冲击特性的影响。结果表明:相比于黏土,细沙的临界击穿场强更大,小幅值电流造成的火花效应并不显著,随着电流幅值增加,火花效应开始显现,冲击接地电阻下降趋势更加明显。冲击电流幅值由60 k A增至90 k A,细沙环境下H–60冲击接地电阻降幅为11.7%,黏土环境下H-60冲击接地电阻降幅为1.7%;根据试验结果,波前时间对接地体冲击特性影响不大,在波前时间范围4~20μs、幅值3.125 k A的冲击电流下,H-10接地体冲击接地电阻维持在6.5?左右;方框带射线型接地体结构尺寸中,射线存在有效利用长度,方框边长与射线比例在0.167~0.273之间较优。由于导体间的屏蔽作用,添加分支的降阻措施有一定的局限性。采用调整方框带射线型接地体结构尺寸的方式降阻时,需综合考虑泄流通道与屏蔽效应的影响。     

不同结构土壤中接地网冲击特性的测量与分析

变电站接地网的冲击特性研究对于接地网的优化设计具有重要意义,为能系统真实反映接地装置在不同土壤结构中的冲击特性,基于量纲相似性原理,利用冲击电流发生器进行了接地网在均匀及双层土壤中的冲击接地模拟试验。在均匀土壤中测量了5种埋深、3种冲击电流注入点位置时对应的接地网冲击接地电阻值,并测量了典型情况下接地网的地表电位分布情况;在双层土壤中测量了3种土壤厚度、3种冲击电流注入点位置时对应的接地网冲击接地电阻值。通过分析不同试验条件下接地网模型的冲击接地电阻及电位分布得到了冲击电流注入点位置、地网埋深及土壤结构等因素对接地网的冲击接地特性的影响规律。     

水平分支对方框带射线型接地体冲击特性的影响

接地电阻是衡量接地体性能的重要指标。为降低方框带射线型接地体冲击接地电阻,文中采用模拟试验方法,在双层土壤环境下,研究水平分支对不同接地体冲击特性与散流分布的影响。结果表明:对于单根水平接地体,分支呈120°三段式结构的改型接地体的降阻效果最优;相较于简单方框带射线型接地体,添加水平分支,且分支呈120°的三段式结构可减小电感效应,使其分支端部的流散电流增大,火花放电更为强烈,使得平均降阻百分比可达10%。增加水平分支有利于降低接地体冲击接地电阻,需根据具体接地体尺寸改进。     

雷电冲击波形对接地极冲击接地电阻的影响实验研究

研究雷电冲击波形对接地极冲击接地电阻的影响,在完善接地极冲击接地电阻研究、统一防雷接地实验标准方面有着十分重要的意义。为此,开展了一系列实验,研究了冲击电压、冲击电流波形以及极性对接地极冲击接地电阻的影响,提取了冲击电压、冲击电流波形下的实验差异,总结了规律并分析了原理。研究结果表明:控制冲击波幅值不变时,随着波前时间的减少或半波时间的增加,接地极冲击接地电阻都会降低;冲击接地电阻在负极性冲击波形下的实验结果要比在正极性冲击波形下的大,且差额最大为10%;冲击波发生器的可控性较差,不能保证输出波形的绝对稳定,而土壤火花放电现象会使得冲击波形的局部差异在响应波的幅值上反映出来,造成标准冲击电压、冲击电流波形控制下的冲击接地电阻存在差异,即幅值相同时,波峰区域的冲击波增大会造成冲击接地电阻降低。这些研究结果可以为解决冲击接地实验中的波形问题提供参考。     

考虑土壤非线性特性的接地网冲击特性分析方法

考虑土壤的非线性特性对接地系统冲击特性的影响,基于场路结合思想提出一种新的接地网冲击特性频域分析方法,并进行了接地网的冲击特性模拟试验。推导了考虑土壤非线性特性时接地极的等值半径后经过合理假设建立了更符合实际散流情况的接地系统分析计算模型。该模型待求变量少,计算时间短,兼顾了计算效率和计算精度,适用于分析接地网的冲击暂态特性。计算结果与软件包CDEGS的计算结果及冲击试验结果吻合得较好,进一步验证了该方法的准确性。     

单根水平接地体冲击特性仿真研究

冲击接地电阻与输电线路杆塔耐雷水平紧密相关,正确模拟杆塔接地体在雷电流下的冲击特性对线路防雷设计具有重要意义。在对冲击机理的理解基础上结合电磁暂态分析软件ATPDraw及理论公式得出了冲击特性的建模思路;利用其控制功能可以很好地模拟雷电流流过接地体时的电感效应和火花效应,完善了冲击条件下接地体仿真模型。为了验证该模型及计算方法的正确性,建立了实际单根水平接地体模型,研究了其电感效应随长度的变化和火花效应随电流幅值的变化规律,并将结论与模拟试验结果进行了对比。     

合成绝缘子悬挂方式对雷电冲击特性影响

试验研究了合成绝缘子并联和V型悬挂方式对耐雷电冲击特性的影响并运用有限元软件计算了绝缘子串周围电场分布,结果表明并联绝缘子串间击穿电压较单串时低,而型串的影响很小。认为绝缘子串悬挂方式对绝缘子串之间电场分布变化的影响是造成击穿电压变化的原因。