直流输电接地极对地表电位分布的影响

为消除直流输电的单极运行方式给我国交流电网的安全运行带来的威胁,采用有限元法分析了直流输电单极运行时接地极附近的地表电位分布特征,并通过简化的大地电阻率数学模型,定性分析了地形、大地各层电阻率、接地极设计和多个接地极共同作用等对地表电位分布的影响。因大地导电条件复杂,传统方法很难计算出有实际意义的可能流过变压器中性点的电流值,故根据等效阻抗的概念和逆向求解的思路,提出一种计算流过变压器中性点直流电流的新方法。     

基于CDEGS和ANSYS的直流接地极仿真计算研究

UHVDC工程建设之前,相关设计单位运用CDEGS进行了大地电位升的模拟仿真计算,工程投运后,接地极入地电流对极址附近变电站变压器的影响很大,其原因与极址大地电阻率模型建立不准确和地表电位分布计算不够精确有关。分析了直流输电接地极对周围地表电位造成的影响,并对直流输电接地极电流场的计算方法进行了推导。参考陕北换流站接地极工程中陕北接地极大地电磁测深(MT)法实测大地分层电阻率数据,建立的6层大地土壤模型,应用CDEGS软件和ANSYS软件,分别计算了接地极方圆0~100 km范围内大地电位升分布,重点对2种方案计算结果中0~50 km范围的大地电位分布结果进行了比对,计算结果表明,ANSYS计算结果数值上均略小于CDEGS计算结果,相差约0.6 V。2种方案计算结果均可对现场单极运行调试提供参考。     

基于有限元方法的直流输电接地极多层土壤地电位分布计算

高压直流输电单极-大地回路方式运行时入地电流会在接地极周围的土壤中产生强电场,会对接地极附近电网的电力设备和地下金属管线等产生影响。针对接地极周围实际土壤的分布情况,建立了典型土壤模型和多层土壤模型,采用有限元法对典型接地极的地电位分布进行计算。比较了采用典型土壤模型和采用多层土壤模型下的直流输电接地极的接地特性以及对地面电位分布的影响。计算结果表明,在极址附近,接地极所在层土壤电阻率对接地电阻和跨步电压的影响较大,在离接地极数十公里范围内,深层土壤电阻率对地表电位的影响较大。     

高压直流输电接地极地电位分布ANSYS仿真

酒泉—湖南UHVDC等工程投运后,UHVDC接地极入地电流对极址附近变电站变压器的影响很大,其原因与极址大地电阻率模型建立不准确和地表电位分布计算不够精确有关。分析了直流输电接地极对周围地表电位造成的影响,并对直流输电接地极电流场的计算方法进行了整体推导。应用有限元方法,结合ANSYS软件,建立简单的土壤模型,求解运算生成接地极附近土壤表层电位分布图,并以此为基础建立了更贴近实际工况的多层复杂土壤模型,进行了仿真分析,结果能更直观表述接地极周围地电位的分布规律。     

特高压直流接地极周边地表电位分布计算与敏感性参数研究

特高压直流输电工程单极大地运行时产生的地表电位分布对交流系统存在不利影响,为确保其安全稳定运行。文中对特高压直流接地极周边实际的土壤分布情况进行建模,采用行波法与镜像法对周边地表电位的分布进行计算。在MATLAB编写计算程序,比较水平分层和复合高山土壤模型地表电位分布规律;同时通过改变复合高山土壤模型参数,分析研究影响地表电位的敏感性参数。研究表明,以复合高山土壤模型计算地表电位后得到的电流分布基本与实测电流值相符;在距离直流接地极较近的复合高山土壤模型中浅层土壤厚度与电阻率、高山电阻率对地表电位的影响最为敏感,深层土壤电阻率影响次之,直流接地极埋深、高山宽度影响最小。     

复杂地质情况下接地极土壤模型建立及研究

如何构建能够准确反映直流接地极附近土壤真实特性的土壤电性模型是一项极其重要但又悬而未决的难题,因数千安的直流电流通过接地极注入大地将会引起接地极附近地表电位畸变,给周边地区生产生活带来严重的安全隐患。但目前,惯用的典型接地极模型将接地极等效为点电源,无法体现接地极尺寸带来的影响,在计算跨步电压和接触电势时极其局限并且精度有限。针对上述问题,该文提出基于线电流源的三维土壤电性模型及地表电位计算方法。首先,从理论出发,推导复杂地质情况下的接地极地表及以下任一点电位的计算方法,进而,以某实际接地极工程的土壤电阻率勘测数据为基础,提出基于线电流源的复合分层土壤模型建模方法。最后,在COMSOL中完成了对接地极附近地表电位(earth surface potential,ESP)和最大跨步电压的仿真计算,验证了模型的合理性和先进性。     

深层接地极对直流偏磁影响的研究

直流输电系统单极大地回路运行时,直流电流通过变压器中性点流入变压器,造成直流偏磁问题。从深层接地极是否能够改善电流分布出发,研究深层垂直接地极的电位分布和溢流密度的计算方法,计算和比较了深层接地极在不同埋深时引起的地表电位大小,得出的结论是,接地极的埋深至多对接地极附近的土地表面电位有较大的影响,而对远方的电位影响不大。通过一个实际的500 kV电网的仿真,说明直流电流在交流电网中的分布受埋深的影响很小,通过深埋接地极无法有效地解决直流偏磁问题。     

深层接地极对直流偏磁影响的研究

直流输电系统单极大地回路运行时，直流电流通过变压器中性点流入变压器，造成直流偏磁问题。从深层接地极是否能够改善电流分布出发，研究深层垂直接地极的电位分布和溢流密度的计算方法，计算和比较了深层接地极在不同埋深时引起的地表电位大小，得出的结论是，接地极的埋深至多对接地极附近的土地表面电位有较大的影响，而对远方的电位影响不大。通过一个实际的500kV电网的仿真，说明直流电流在交流电网中的分布受埋深的影响很小，通过深埋接地极无法有效地解决直流偏磁问题。     

金属管道受入地电流影响的抑制措施研究

直流输电系统处于单极大地回线运行方式时,直流接地极入地电流会导致管道上产生感应电位,在管道的破损点会有电流流进、流出,从而加速管道的腐蚀。从耦合途径、敏感设备两个角度,研究了抑制直流接地极入地电流对埋地金属管道影响的措施。分析了直流接地极与埋地金属管道防护距离对管道干扰电压的影响,研究表明当直流接地极与埋地金属管道防护距离大于一定值时,直流接地极入地电流对管道的影响很小,可以不考虑其影响。着重研究了土壤电阻率对防护距离的影响,发现防护距离受土壤电阻率的影响很大,在一定范围内,防护距离随土壤电阻率增大而增大。对分段绝缘法、旁路排流法、强制阴极电流法三种金属管道自身抑制直流接地极干扰的措施进行了总结。     

土壤结构对流入变压器中性点直流电流的影响

当直流输电系统单极大地回路运行时，会在直流接地极附近的中性点接地变压器中流过较大直流电流，从而导致变压器直流偏磁等一系列后果。采用复合分层土壤结构模型，基于特定的计算模型，对直流接地极流入直流电流时引起的地中电流场分布和地电位分布进行计算，分析流入变压器中性点的直流电流。同时通过改变土壤结构模型参数，分析不同土壤结构配置下流入变压器中性点直流电流的变化。研究表明，土壤结构对流入变压器中性点的直流电流影响较大，因此在精确计算流入变压器中性点的直流电流时应考虑土壤情况的复杂性。研究结果为实际工程中直流接地极附近变电站选址提供理论参考。     

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。     

直流接地极与大地中金属管道的防护距离

针对直流输电工程接地极对地下金属构件的腐蚀问题,对电腐蚀的特性进行了分析,确定了大地金属构件腐蚀的限值。因海岸与陆地直流接地极计算模型不同,考虑到海洋面积远大于陆地面积,且海水的电阻率远小于大地土壤电阻率,对附近大地电位的分布影响较大,因此海岸直流接地极应根据周围的地质环境建立计算模型。考虑到海洋对大地电位的影响,对大地土壤电位梯度进行了计算,预估了海岸直流接地极与地下金属构件的防护距离。     

短时大电流入地时管道阻性耦合电压计算方法研究

交流架空输电线路与钢制埋地管道共用走廊资源的现象越发频繁,短时大电流入地时产生的阻性耦合电压将会严重加速管道腐蚀。为量化计算埋地管道阻性耦合电压,文中提出一种基于CDEGS仿真模型的计算方法。首先建立大电流入地仿真模型;其次给出工频电流接地时管道阻性耦合电压的计算方法,并分析电流幅值、土壤电阻率以及电流入地点离管道最近点的距离对管道阻性耦合电压的影响;最后给出雷电流入地时,计及频率的管道阻性耦合电压的计算方法以及基于时频转换的电压最大值计算方法,并分析雷电流幅值、雷电流入地点离管道最近点的距离、土壤电阻率以及雷电流经多杆塔入地对管道阻性耦合电压的影响。     

特高压直流接地极周边断裂结构对地表电位分布的影响研究

为了提高复杂地质条件下接地极选址的合理性,避免直流系统单极大地运行时入地电流对交流电网产生不利影响,针对特高压直流接地极周边典型断裂结构建立复合土壤地质模型,将行波法与镜像法相结合推导地表电位计算公式。运用Matlab仿真平台比较了水平和复合两种土壤地质模型下的地表电位分布情况,研究断裂及其参数影响下的地表电位分布规律。结果表明:复合土壤地质模型下地表电位更接近实测值;大区域内断裂到接地极距离对地表电位影响较大;接地极近区应主要考虑断裂处电阻率的影响。该结论对接地极选址及预防直流偏磁都有重要意义。     

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。     

直流接地极的地电流对埋地金属管道腐蚀影响分析

当直流接地极单极运行且附近埋设有金属管道时,会有部分地电流通过埋地金属管道散流,造成金属管道的电化腐蚀。首先从理论上分析了接地极附近埋地管道的腐蚀原理,得出了管道上的电位分布会影响管道的腐蚀程度。然后,通过建立模型,仿真分析了接地极型式、管道的埋设深度及土层电阻率对埋地金属管道上电位分布的影响。最后,总结了上述三个因素对金属管道腐蚀程度的影响规律。     

直流输电大地回流对附近地下金属管道的影响

本文介绍了用金属管道的传输线型等值模型分析埋设于均匀土壤中的HVDC圆环接地极的大地回流对地下金属管道、电缆等的影响。着重探讨了接地极的埋深、到接地极的距离等因素对地下金属管道所受腐蚀的影响,并得出若干相应的结论。     

土壤电阻率的温度特性及其对直流接地极发热的影响

为了更准确地分析接地极的发热情况,确保接地系统的安全运行,通过土壤温升模拟试验,获得了土壤在一定温度范围内的电阻率与温度、含水量的变化规律,试验结果表明:当温度较高时,土壤水分蒸发加快,土壤电阻率迅速增大,并呈指数上升。基于试验结果,结合电流场理论及传热学原理,建立了简单直线型接地极的发热仿真模型,从仿真结果中发现:土壤电阻率的变化会影响接地极表面的散流分布,从而改变接地极附近土壤的温度分布。对比传统计算模型中将土壤电阻率视为恒定的情况,该模型计算结果说明接地极附近土壤温升速度更快。试验及仿真结果说明,计算时考虑土壤电阻率的温度特性对接地极发热的影响,将有利于接地极的安全设计和维护。     

城区变电站地电位模拟测试研究

在城市电力建设中,研究故障入地电流产生的地电位分布特点,防止地电位升高对电信设施和计算机系统产生的危险影响十分重要.由于城区存在大量地下金属管线和建筑物,建立有效的地电位计算模型相当困难.文章采用大电流变频法对城区变电站的地电位分布进行了模拟测试;分析了地下金属管线、建筑物的钢筋混凝土地基、变电站附近的其它接地网以及与变电站相连的电缆金属护套对地电位分布的影响;还指出了在城市电力建设中为减小地电位应注意的问题.