雷电对埋地光纤的危害及其防护分析

为了对埋地光纤进行有效雷电防护,必须合理分析雷电对其危害和具体防护措施的防护效果。分析了雷电对埋地光纤的危害途径及其危害机理,利用蒙特卡洛模拟法计算埋地光纤年预计雷击损坏次数和累积损坏概率,讨论土壤电阻率和光纤耐雷水平对损坏概率的影响,最后探讨防雷屏蔽线对埋地光纤的屏蔽防护效果。分析结果表明:埋地光纤的年预计雷击损坏次数随着土壤电阻率的增加而增大,随着光纤耐雷水平的增大而减小;土壤电阻率对埋地光纤的累积损坏概率影响非常大,高土壤电阻率下的光纤累积损坏概率远高于低土壤电阻率情况;防雷屏蔽线的雷电分流比随着距正对电流注入点距离的增加呈现出先增大后减小的变化趋势;单根防雷屏蔽线可以分流约50%的入地电流。安装防雷屏蔽线能够有效降低埋地光纤的损坏概率。     

雷击埋地电缆暂态过电压计算

为了对埋地电缆进行有效雷电防护,必须合理分析电缆遭受直接雷击后暂态过电压。分析了埋地电缆遭受直接雷击的危害途径及危害机理,利用拉普拉斯变换计算埋地电缆雷击暂态过电压,分析芯线-缆皮间电位差随雷电流幅值、电缆埋深、雷击点距电缆水平距离的变化,讨论双层土壤结构下土壤电阻率对电缆雷击过电压的影响。分析结果表明:芯线-缆皮间暂态电位差随着雷电流幅值的增大近似呈线性增加;电缆埋深和雷击点距电缆水平距离的增大对芯线-缆皮间暂态电位差有着十分明显的衰减作用;双层土壤结构中下层土壤电阻率对电缆暂态电位影响非常大,当下层土壤电阻率远大于上层土壤时,电缆暂态电位较均匀土壤情况下增加显著。在埋地电缆敷设过程中可以尽量增大埋设深度,同时避开高土壤电阻率区域。     

地网暂态过电压对牵引变电所二次设备干扰规律性分析

利用电磁暂态分析软件联合搭建电缆—地网暂态模型,意在对工程实践中典型地网布置方式下地电位干扰规律进行定量分析,研究表明:二次电缆干扰电压明显受雷电流幅值、土壤电阻率、电缆布置方式、接地铜排及电缆接地方式影响;随着土壤电阻率、雷电流幅值及电缆长度增加,干扰电压显著增加;为降低干扰电压,电缆敷设长度应尽可能短且应沿地网中部敷设;同时,研究发现电缆沟中接地铜排可以明显提高二次电缆抗干扰能力,当接地铜排采用方案二布置,电缆采用末端接地时,抗干扰效果最好。     

屏蔽线对直埋电缆直击雷的防护作用

采用时域有限差分法(FDTD)论证了屏蔽线对直埋电缆预防直接雷击的保护作用。FDTD模型由一公里长的绝缘电缆以及屏蔽线构成,雷击地点设置在正上方。该模型仿真计算得到的结果与文献中的实验实测结果相吻合,由此可证实模型正确性。结果表明,屏蔽线能有效防止直埋电缆被直接雷击;雷击点附近电缆上电压与接地电阻呈现非线性正相关关系;土壤表面电离是决定屏蔽线上分流电流和绝缘电缆上电压大小的主要因素。另外,屏蔽线周围的土壤电离作用很小,屏蔽线的电阻率对电缆电压峰值影响不明显,但对波形持续时间有影响。     

雷击临近建筑物土壤散流引发配电线路雷电过电压及防护

为研究雷击配电线路附近建筑物时,土壤散流引发配电线路雷电过电压及防护效果,采用专业防雷计算软件CDEGS建立建筑接地网及临近配电线路雷电过电压仿真模型,分析了配电线路与临近建筑接地网间距、土壤电阻率、雷电流幅值和配电线路接地网长度对配电线路上雷电过电压的影响,并仿真验证了引流法和绝缘间隔法的防护效果。研究结果表明：配电线路电位随间距的增大而减小,随土壤电阻率和雷电流幅值的增大而线性增大,受配电线路接地网长度影响不大;引流法和绝缘间隔法能有效地降低配电线路接地体上电位,水平外延法引流降压效果更好,可以将配电线路接地体上电位降到56 kV以下,有效地避免雷电反击事故发生的概率。本研究可为实际配电线路雷电过电压和防护提供参考。     

接地系统互连风场雷电浪涌分析

雷电对风电场的正常运行构成了严重威胁,需要详细研究雷电浪涌对其危害。利用PSCAD软件搭建简单风电场模型,分析风机塔筒高度对塔底雷击暂态电位的影响,讨论接地系统互连情况下连接电缆敷设方式、雷击点位置、土壤电阻率对浪涌传播的影响。仿真结果表明:风机塔筒越高,塔底雷击暂态电位越大,波形振荡越明显;接地系统互连能够降低塔底暂态电位,但效果并不显著,连接电缆敷设方式对于降低暂态电位幅值几乎没有效果;采用互连接地系统时,浪涌会传播至其他相连风机,距离雷击点越远的风机,塔底入地电流和暂态电位幅值越低;土壤电阻率增大,塔底雷击暂态电位越大,过电压会对变压器等设备绝缘产生危害,需要尽可能采取措施降低塔筒接地电阻。     

直流接地极周围金属管道敷设缓解线防护效果研究

为了研究直流接地极周围金属管道的缓解线防护措施对降低管道泄漏电流密度防护效果的影响,通过CDEGS软件,建立了直流接地极、埋地金属管道和缓解线防护装置的仿真计算模型,依次分析缓解线敷设位置、缓解线与管道距离、缓解线与管道连接方式、缓解线半径、接地极和土壤参数对防护效果的影响,并得出如下结论:缓解线在管道的靠近直流接地极...     

海洋环境对海上风场接地系统雷击暂态特性影响研究

海上风力发电产业的蓬勃发展面临日益严重的雷电灾害威胁,为有效指导海上风电机组的雷电防护研究,需要研究海洋环境对海上风场接地系统雷击特性的影响。利用PSCAD软件搭建简化海上风场模型,讨论海洋土壤分层环境下上层海水深度和下层土壤电阻率对风机接地系统雷击暂态响应的影响,分析增加接地体长度对于降低暂态过电压的效果。仿真结果表明:风机遭受雷击后,浪涌会传播至其他相连风机,距离雷击点越远的风机,塔底暂态电位幅值越低。下层海床土壤电阻率越大,风机塔底暂态电位幅值越高。上层海水深度越大,风机塔底暂态电位幅值越小。上层海水电阻率固定时,风机塔底暂态电位随着土壤反射系数的增大而增加。随着接地体长度的增加,风机塔底暂态电位逐渐降低,但降低趋势趋缓,且受下层海床土壤电阻率的影响增大。     

电力架空线路与管道交叉点雷电冲击防护措施研究

随着综合能源走廊修建,电力架空线与油气管道交叉跨越情形时有发生,电力架空线在雷电袭击时会影响周围的埋地油气管道,此种情况下雷电冲击安全防护措施研究极为重要.本研究通过COMSOL Multiphysics有限元软件对混凝土桩基加设人工接地体方案进行建模计算,分析了土壤电阻率、外延接地体长度对管道电位的影响,对比了人工接...     

工频电压作用下新式接地模组指标参数特性分析

高效的接地模组可降低接地系统的冲击接地内阻,提高雷电流吸收、泄散效率。为此介绍一种新式接地模组,并借助雷电冲击平台,研究其能量吸收、残压和通流的变化规律。分析内阻与土壤电阻率两者关系,并就接闪效果与传统避雷设施进行比较。结果表明:随着冲击电压不断增大,模组的内阻呈现明显减小趋势,且接地模组的吸收能量与冲击电压呈正相关,吸收能量百分比与冲击电压呈负相关;土壤电阻率越低,模组泄流效果发挥更佳;在串联该接地模组的对比试验中较传统防雷装置提高6.5%的接闪概率。     

补偿模糊神经网络在埋地管道重构的应用

使用ANSYS有限元分析软件建立埋地钢质管道模型,模拟计算管道在不同影响因素(电压、埋深、管径、土壤电阻率以及破损半径)下的电位峰值和电位均值,得到960组数据,以此构建了6输入(电压、埋深、管径、土壤电阻率、电位峰值以及电位均值) 1输出(破损半径)的补偿模糊神经网络模型。对补偿模糊神经网络模型进行训练,探讨补偿模糊神经网络模型中各因素对训练误差收敛的影响。对两种数据标准化方法(min-max标准化方法和x/max标准化方法)进行对比,发现采用x/max标准化方法对收敛更有效。当其他因素一定时,初始输入隶属函数宽度对训练误差存在一定的影响,其值为0. 1时更有利于收敛,而初始输出隶属函数宽度对收敛没有明显的影响。通过正交试验的方法确定了神经网络的最优因素组合,对其进行了性能验证,输出破损半径与实际破损半径之间的相对误差在1%以下,表明该补偿模糊神经网络输出的数据能够反映实际情况。采用补偿模糊神经网络模型,输入6因素计算输出破损半径。在ANSYS中输入管径、管长、破损位置(实际检测中可以探测得到)、破损半径等信息,输出埋地钢质管道三维重构图,为检修人员是否进行开挖修复提供更详细的管道信息。     

雷击线路杆塔时埋地油气管道防护措施与 防护效果研究

为了研究雷击线路杆塔时埋地油气管道的防护措施对降低防腐层感应电压防护效果的影响,本文通过CDEGS软件建立了埋地油气管道、线路杆塔及接地装置的仿真计算模型,对排流带的布置方位、与管道的连接方式、与管道的距离、排流带的长度对降低防腐层感应电压的效果进行了分析,得到如下结论:排流带靠近杆塔侧敷设比背向杆塔侧敷设效果更优;排流带与管道连接点数量对管道防腐层感应电压影响不大,但管道上排流带连接点与杆塔越接近效果会稍好;排流带与管道之间的距离对管道防腐层感应电压影响不明显,但排流带越靠近管道对降低防腐层感应电压效果会稍好;增加排流带的长度可明显增加对管道沿线防腐层感应电压的防护范围。     

中深层地埋管换热器最佳钻孔间距的模拟研究

利用地热之星Ⅱ商业软件,对中深层套管式地埋管换热器最佳钻孔间距进行模拟研究。钻孔深度为2 000 m,直径为446. 7 mm,地埋管的高度与钻孔深度取值相同,循环水采用外进内出的流动方式。取热时间为供暖期,其他时间为土壤温度恢复时间。在地埋管取热负荷一定的条件下,钻孔热影响半径随着运行时间的延长而增大。随着运行时间的延长,供暖期的取热量超过了土壤的自然恢复能力,不利于长期运行,应考虑向土壤补热。当地埋管换热器取热负荷为200kW时,最佳钻孔间距推荐值(对应运行时间为20 a)为133 m。当运行时间一定时,钻孔热影响半径随取热负荷增大而增大。在实际工程中,中深层套管式地埋管换热器最佳钻孔间距的确定,应同时考虑取热负荷和运行时间。     

雷电对人体的伤害效应分析

为合理地防护雷电对人体带来的伤害,需要研究雷电对人体的伤害机理。介绍了雷电对人体的危害方式和雷电危害能量阈值。通过建立人体电路模型,利用ATP软件模拟雷电和与人体模型间相互作用,具体分析不同土壤电阻率情况下,跨步电压、接触电压和转移电位作用下流经心脏的电流,计算导致心室纤维性颤动的比能量。仿真结果表明:土壤电阻率的增大有助于降低跨步电压和转移电位对人体的伤害;接触电压更容易给人体带来致命性危害。雷电作用下人体伤害机理需要作进一步研究。     

10 kV防雷绝缘子引弧板参数对绝缘子电场与电位分布的影响

10 kV线路中,采用并联间隙绝缘子是有效地防雷手段之一,雷击时通过引弧板疏导工频电弧在引弧板端部燃烧,从而避免了电弧对绝缘子串和绝缘导线的破坏。绝缘子安装引弧板后会对绝缘子电场强度分布和绝缘子伞裙的电位分布产生影响,使用有限元法建立绝缘子的三维模型,分析在工频电压下引弧板各个参数对绝缘子电场强度以及伞裙电位的影响,力求寻找最佳的引弧板结构既不影响其防雷性能又能使绝缘子的电场和电位均匀分布。结果表明:引弧板合适的伸出边角度、罩入深度和引弧板宽度有利于改善绝缘子的电场和电位分布;引弧板与导线的空间角度和引弧板弯折处的曲率半径都会对绝缘子最大电场强度产生影响,从而影响了线路的雷击跳闸率。     

制冷工况下水平埋管换热器运行试验研究

通过夏季工况的地源热泵运行试验,对运行过程中水平埋管的换热性能参数、试验场地周围气象因素和换热过程中土体的温湿度变化等因素进行实时监测,探讨了地源热泵运行过程中水平埋管换热器热交换性能及其周围土壤的温、湿度场变化规律。研究结果表明,地源热泵间隙运行有利于土壤温度场的恢复,随着停机时间的增加,水平埋管与周围土壤的热交换能力明显提高;气候变化对水平埋管周围土壤的温度场分布具有显著影响,随着埋深的递减,土壤温度受气候变化的影响越明显;水平埋管周围土壤温度的变化幅度随着与埋管距离的增加呈递减趋势,其影响半径为1.0m左右;热交换对水平埋管周围土壤湿度场的影响不明显,但大气降雨引起的地表水入渗对土壤湿度场的分布具有显著影响。     

同轴电缆耦合强电磁脉冲特性分析

针对同轴电缆耦合强电磁脉冲产生的感应过电压对同轴电缆终端设备造成暂时或永久性损害的问题，用理论和试验相结合的方法，采用有界波模拟器模拟2.3/23 ns电场波形，选用SYN-75-3-1-64网无氧铜008M型号的监控线作为同轴电缆耦合对象进行试验，得出以下结论：1)当场间电场强度作为自变量时，随着电场强度的增大同轴电缆耦合到的电压也会变大；2)电场强度一定时，同轴电缆在电场中耦合到的电压会随着耦合长度的增加而变大；3)同轴电缆耦合到的电压还与摆放角度相关，同轴电缆与电场方向的夹角越大，耦合到的电压会越小；4)同轴电缆屏蔽层接地时，加上75Ω的匹配阻抗相比于开路情况下耦合到的电压会有明显的减小。这些结论对于探究同轴电缆在强电磁脉冲下的防护具有一定的意义。     

管间距对土壤源热泵换热效果的影响

由于土壤源热泵长期运行会导致地埋管周围的热干扰现象,为了研究土壤源热泵工程设计中钻孔间距对地埋管传热效果的影响.用数值模拟的方法对土壤源热泵不同管间距进行模拟仿真,结果表明在此模拟工况下,均匀土壤结构模型与分层土壤结构模型两种传热模型的最终平均土壤温度基本相同.当管间距从4 m增加到6 m土壤最终平均温度上升明显,而当...     

风机接地装置的冲击特性研究

随着风电场的大规模建设以及风机位置的特殊性,雷电对风机危害的事故愈发频繁,为保证风电机组的安全运行,可靠的接地装置是风机防雷工程中的关键组成部分。以CDEGS软件作为仿真计算工具,通过建立风机接地网仿真模型,比较了雷电流作用下不同形状接地网的冲击特性,讨论了雷电流注入点、土壤电阻率、接地网埋深和雷电流波形对风机接地装置冲击特性不同程度的影响。仿真结果表明:多圆环接地网比单圆环接地网具有更好的散流性,采取接地网中心引流的方式可得到最小冲击接地电阻;土壤电阻率的增大会导致冲击接地电阻增大,不过增大的幅度逐步降低;仅增加接地网埋深对其降阻效果不明显,工程中应根据地理环境选择适当的埋深;对于同一雷电流注入点,当雷电流波前时间缩短时,冲击接地电阻将会增大。采用加装水平接地极和圆环不等间距布置的措施,对风机接地网的降阻效果比较明显,仿真结果对实际工程中设计风机的接地装置有一定指导意义。     

风电场接地系统雷电冲击特性的研究

良好的接地系统对于风电机组的正常运行至关重要。基于风机接地圆环的不等电位模型研究雷电流波头时间与入地点、雷电流幅值、土壤击穿场强、土壤电阻率等因素对风电机组接地系统雷电冲击特性的影响规律以及多年冻土地区通过对接地网敷设垂直接地极的散流效果。结果表明:雷电流经风机接地圆环中心注入时具有更好的散流效果,雷电流波头时间越短,接地导体的电感效应越强烈,风机冲击接地电阻越大;随着雷电流幅值的增加,土壤的火花效应得以加强,风机接地圆环面积越小,冲击接地电阻降低越明显;土壤临界击穿场强越小,接地网附近土壤越容易发生火花效应,风机冲击接地电阻越小;风机接地网存在有效的散流半径,当接地网半径超过15 m时,散流效果不再明显增强;随着土壤电阻率的增加,风机接地圆环面积较小时的散流效果有限,冲击接地电阻几乎呈线性增长,而风机大面积接地圆环的冲击接地电阻增长有限,很快趋于饱和;对于存在多年冻土现象的地区,垂直接地极的散流效果较好,垂直接地极的布置不应过于密集,以减小导体之间的屏蔽效应。