改善冲击散流时地中电场分布的接地降阻试验

已有的冲击接地试验研究表明,冲击电流入地后地中电场分布决定了接地装置的散流性能。从改善冲击散流时地中电场分布的角度进行冲击接地模拟试验研究,可提高接地装置冲击散流效率,降低接地装置冲击接地阻抗,为高土壤电阻率地区的防雷降阻措施提供新的解决思路。因此基于相似准则,对单根水平接地体和星型水平接地体在两种土壤电阻率下的冲击散流规律进行了模拟试验,并根据试验结果利用针刺状导体改善了接地体冲击散流时的地中电场分布。改善后的冲击接地试验结果表明,基于冲击散流时地中电场分布的接地装置改善措施,能够起到较明显降低冲击接地阻抗的效果,且冲击降阻的效果受冲击电流幅值和接地体结构布置的影响。     

雷击下500kV杆塔接地装置的散流有效性

合理布置杆塔接地装置可提高其散流效率和降低其冲击接地电阻,从而有效降低线路雷电反击跳闸率。为此,建立了500 kV典型杆塔接地体的仿真模型,研究了杆塔接地装置冲击泄漏电阻分布规律以及外部射线长度对整体散流分布的影响规律,分析了土壤电阻率与有效散流长度之间的关系,并对比了延长单根射线长度的降阻效果与增加射线数量的降阻效果。结果表明:冲击泄漏电阻可反映杆塔接地装置各个导体段的散流能力;土壤电阻率越低则其射线有效散流长度越短;在射线总长度一定的情况下,当外部射线长度小于有效散流长度时,延长单根射线长度的降阻效果要优于增加射线数量。研究结果可为杆塔接地装置的设计及改造提供理论支持。     

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。     

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。     

杆塔接地体冲击散流分布试验研究

冲击电流作用下接地体的表面散流分布对接地体的冲击接地电阻有决定作用。分别在均匀土壤（23 Ω?m）和水平双层土壤（上层砂土2 180 Ω?m,下层土壤23 Ω?m）条件下,对不同型式的方框带射线接地体进行了模拟试验,从散流不均匀度和散流分布的角度,分析了土壤电阻率、冲击电流波前时间和峰值的影响,研究了常用改型方法的效果。结果表明,土壤电阻率越低、冲击电流波前时间越短、冲击电流幅值越高,则接地极散流越不均匀;方框带射线型接地体射线的末端散流一般大于首端和中部的散流,水平射线的中部散流比例基本不受冲击电流幅值的影响;在方框带射线型接地体的射线上添加水平分支及垂直分支能起到很好的降阻效果     

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。     

本期问题5则

1．输电线路杆塔水平敷设的接地体的长度为什么不宜过长？ 用管状或金属带做成的接地体在工频情况下其电感值很小，但通过雷电流时，由于雷电流随时间的变化很快，接地体的感抗4／t就会增大，使冲击电流在全部长度上的电流扩散密度不一，接地装置的利用程度大为降低。接地体的长度越长，感抗效应就越显著，冲击接地电阻值就增加得越多。为了在冲击电流作用下有较好的效果，单根水平敷设接地体的长度不宜过长。     

基于模拟实验与有限元仿真的针刺式接地体接地特性研究

由于接地体电感效应的存在,在土壤电阻率较大的区域,接地体的冲击接地阻抗很难通过延长接地体长度的手段来降低,因此会影响系统的安全稳定运行。在现有接地体上增加针刺,增强雷电大电流冲击下土壤的火花效应,扩大低电阻率土壤散流区域,从而显著降低冲击接地阻抗。基于模拟实验和有限元仿真,研究了针刺设置数量、长度、间距等参数对冲击接地阻抗的影响,对针刺的布置方式进行优化。研究结果表明:针刺的长度、间隔与冲击接地阻抗之间呈非单调性,存在最佳值。通过优化针刺布置方式可以有效降低冲击接地阻抗,提高线路耐雷水平。     

典型特高压杆塔基础接地计算与分析

为研究人工水平接地体对特高压杆塔基础接地电阻及散流的影响,在CDEGS软件中建立了典型特高压杆塔基础及人工水平接地体仿真计算模型,分别对不同根数水平接地体、不同水平接地体长度、不同土壤电阻率的降阻率及散流比进行仿真计算.计算结果表明:水平接地体对特高压杆塔基础接地电阻减小效果并不十分明显,特高压杆塔接地应充分利用其自然接地体作用.另对3种典型特高压杆塔基础接地体电流密度分布进行计算,计算结果表明,单桩垂直型接地体有最大电流密度.当入地电流为10A时,非底段的最大电流密度为1.156A/m.     

接地网冲击特性试验

基于地网不等电位模型,在忽略土壤火花放电造成的非线性情况下,采用小功率冲击发生器对运行中的110kV变电站地网进行了冲击接地试验,测得了不同冲击电流作用下地网内外各点的冲击电位升的暂态波形,分析了垂直接地体(杆塔接地)及地网冲击散流规律及其动态时变性和冲击阻抗特性,并绘出了地网冲击电位分布图。     

考虑端头效应与屏蔽效应的集中接地装置冲击降阻方法

降低接地装置的冲击接地电阻是提高输电线路耐雷水平的有效措施,而冲击接地电阻主要取决于接地装置的冲击散流能力,研究降低集中接地装置冲击电阻的方法对于提高电力系统安全性具有重要意义。在已有冲击接地理论和试验的基础上,提出了一种在集中接地装置合适位置增加散流端头增强端头效应,从而提高散流能力的冲击降阻方法。基于相似性原则开展接地模拟试验,验证了在接地装置添加散流端头实现冲击降阻方法的有效性,同时研究添加不同位置和间距的散流端头条件下,屏蔽效应对冲击降阻效果的影响。试验结果表明,添加散流端头可以实现冲击降阻的目的;考虑屏蔽效应,添加单组散流端头时,在水平接地装置中间区域布置具有更加明显的降阻效果,添加2组散流端头时,端头间距需要控制在合适的范围内,试验中2组长度L的散流端头间距控制在2L以上,能得到明显的冲击降阻效果。     

基于有限元分析方法对接地装置冲击特性研究

由于冲击电流的作用,接地体周围的土壤将会产生火花效应,使得土壤的电阻率会发生变化,进而对冲击电流的散流过程造成影响.因此本文采用有限元分析方法,利用COMSOL Multiphysics软件,构建了考虑火花效应的接地装置冲击散流模型,主要研究了垂直、水平接地体的冲击散流过程,通过模型的计算发现,接地装置在冲击散流的过程中电流主要从接地装置的末端散流到土壤中,这一情况也与实际情况相符合.     

连续冲击作用下不同土壤地区接地装置的散流特性研究

连续雷电冲击作用下接地装置的冲击散流特性更能反映杆塔接地的防雷保护效果,并且不同土壤地区的杆塔接地装置在雷电流的连续冲击下会有不同情况的冲击散流特性,为了探究这种特性,该文基于ATP-EMTP软件建立考虑火花效应的双脉冲五段式水平接地体仿真模型,仿真和实验相结合对不同土壤地区接地装置的连续冲击特性进行研究,对冲击接地电阻进行计算总结。研究结果表明：连续冲击下接地装置的冲击特性远不同于单次冲击下接地装置的冲击特性,这主要是由于接地装置所处土壤环境的不同,火花效应和挥发效应对土壤冲击散流效果的作用会相互影响,因而产生较大差异：当土壤比较湿润时其二次冲击散流效果较一次冲击散流效果较差,当土壤比较干燥时,其二次冲击散流效果较一次冲击散流效果较优。     

石墨基柔性接地材料特性及其在防雷接地中的应用

为满足复杂土壤环境对接地材料耐腐蚀性以及高频雷电流和短路故障入地电流对接地材料热稳定性的要求,研制了一种强通流能力的石墨基柔性接地材料。通过耐腐蚀试验分析了石墨基柔性接地材料与钢材类材料的耐腐蚀性能;试验对比了圆钢与石墨基柔性接地材料与不同土壤的接触性能;仿真研究了石墨基柔性接地材料的热稳定性以及冲击散流有效利用长度。研究结果表明:石墨基柔性接地材料耐腐蚀性强,预期使用寿命超过30 a;其与土壤接触性能优于圆钢,接触电阻降低约30%;冲击散流有效长度增加约30%。     

基于增强火花效应的集中接地装置冲击降阻试验研究

降低接地装置冲击接地阻抗是提高输电线路的防雷水平的有效措施,而降低冲击接地阻抗的关键是提高集中接地装置的冲击散流效率。文中在接地装置冲击特性理论与仿真的研究基础上,从增强火花效应以提高散流效率的角度,在典型集中接地装置上添加适当的出线端头,并对其冲击降阻效果进行模拟试验研究。试验结果表明,通过在集中接地装置的合适位置增加出线端头,增强了局部火花效应,可以起到了降低冲击阻抗的作用;同时冲击降阻效果受出线端头长度与布置的影响,相比于水平方向,当出线端头为垂直地面方向时,其降阻效果更为明显。     

电感效应与火花效应对接地体及其周围土壤雷电冲击特性的影响分析

为研究电感效应、火花效应对接地体冲击特性的影响规律,区分2种效应占主导的影响范围,构建了接地体的电网络模型和考虑火花放电的迭代算法,并使用冲击大电流作用下的真型试验数据对上述模型、算法的有效性和准确性进行了验证。在此基础上,对不同波形冲击电流作用下不同长度水平接地体的冲击特性进行了仿真计算。结果表明:随着土壤电阻率的增大,接地冲击特性呈现出由电感效应影响占主导逐渐转换为火花效应影响占主导;归纳得到归一化参数的临界值为450 k A·?,可以以此定量区分电感效应影响占主导和火花效应影响占主导的范围。所得结论对于优化设计伸长接地体和水平射线的长度具有指导意义。     

土壤电离动态过程对接地装置冲击散流的影响分析

准确地分析接地装置的冲击散流规律是接地优化设计和提高输电线路防雷性能的基础。为考虑雷电流经过接地装置散流时,由于土壤电离动态过程的存在,接地装置周围土壤在散流过程中呈现的非线性特性,及其对接地装置冲击散流规律的影响,通过模拟试验和仿真计算对这一过程及其影响进行了研究。提出了考虑土壤电离动态过程非线性的计算模型,并基于模...     

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。     

地网冲击电位升及其分布的测量

采用小功率冲击电流发生器对运行中的110kV变电站地网进行冲击接地试验,测得不同幅值冲击电流作用下地网内外的冲击电位升,分析了地网冲击散流规律及其动态时变性,并绘出该地网的冲击电位分布图。     

考虑土壤电离动态过程的接地体有限元模型

准确地分析接地装置的动态冲击特性是接地优化设计和输电线路防雷计算的基础。针对冲击电流下接地导体周围土壤电离区域的时变性及其沿接地导体分布的不均匀性,基于电磁场理论,建立了考虑土壤动态电离过程的计算接地体冲击特性的有限元模型。其中对于冲击电流经接地体流散产生的地中时变电磁场,采用空间电磁场有限元格式与时域有限差分格式相结合的算法,计算接地体冲击散流的动态物理过程;将离散土壤单元的电阻率设置为对应时刻该单元电场强度的函数,实现由时变的空间电场分布控制土壤特性,准确地模拟冲击散流过程中土壤参数的分布时变性;同时,引入空间坐标变换解决了有限元计算中无穷散流空间与有限的计算资源之间的矛盾,在保证计算准确度的基础上减少了计算量。通过与文献数据以及接地装置冲击散流特性模拟试验结果的对比,验证了该计算方法的有效性。