扩径石墨基柔性接地材料接地性能及其实际工程应用

为了研究扩径石墨基柔性接地材料和常见金属接地材料在接地特性上的差异性,为扩径石墨基柔性接地材料的实际应用提供理论支撑,以典型杆塔地网小模型为例采用仿真建模计算的方法研究了不同土壤电阻率和外延射线长度对接地材料工频接地特性的影响,并开展了实际的工频、冲击接地模拟试验得到了扩径石墨基柔性接地材料的冲击系数;最后在实际的典型杆塔地网中采用同沟敷设的设计方案对扩径石墨基柔性接地材料进行了实际的工程应用。研究结果表明:相同土壤电阻率条件下,扩径石墨基柔性接地材料地网的工频接地电阻值比碳钢和锰铜地网低10%～20%;地网达到相同工频接地电阻值的条件下,其单根外延射线的长度分别能降低12. 26%和11. 43%;该材料的实测冲击系数为0. 840;实际工程的典型应用案例也印证了扩径石墨基柔性接地材料的接地工程应用的可靠性。     

基于有限元分析的石墨基柔性接地体冲击接地特性研究

针对目前电力系统中存在的接地体严重腐蚀问题,新型柔性石墨接地材料得到了一定程度的应用,然而对于该材料接地特性的研究依然不够完善,选用接地体时沿用金属接地体的设计思路,因此在实际使用过程中仍然存在一定问题.基于此,笔者在考虑土壤非线性火花效应的前提下,建立了接地体有限元分析模型,通过试验验证仿真模型准确性后,比较研究了石墨基柔性接地体与钢接地体之间冲击接地特性差异,并以此为依据对两种接地体的有效长度进行了相应分析,同时还确定了两种接地体在不同频率电流下的趋肤深度.研究结果表明:接地体的冲击接地电阻主要与接地体尺寸相关,材料自身电气特性影响相对较小,同时石墨基柔性接地体有效长度相比钢接地体较长,且其趋肤效应较弱,因此接地材料的整体利用率较高.     

柔性石墨复合接地模块接地特性研究

输电线路杆塔接地网在外延、垂直接地等措施受限时常采用辅助降阻材料降阻,实际接地工程采用接地模块时缺少统一规范性指导,在应用时存在一些盲目施工、降阻效率低等问题。采用CDEGS软件针对新型辅助降阻材料——柔性石墨复合接地模块的接地特性进行仿真计算研究,针对"一"字型、方框型以及方框射线型接地网采用柔性石墨复合接地模块时的降阻效率进行计算,分析模块敷设位置、敷设密度、敷设方式、接地网面积等因素对接地特性的影响规律,针对实际输电线路采用柔性石墨复合接地模块降阻给出相应施工建议。     

一字型接地体冲击散流机理研究

为了研究接地体在遭受雷电流时的暂态散流规律,以一字型接地体为例进行了现场的冲击注流试验,选择不同幅值的冲击电流注入5 m长度铜覆扁钢的端部和中心,以及不同幅值的冲击电流注入5 m长度不锈钢包钢圆钢的端部,以总结一字型接地体在遭受冲击电流注入时的冲击散流规律。试验推理出土壤火花放电效应在一字型接地体散流时明显存在,并且接地体在散流时呈现出明显的端部效应,当端部注流时,首端和末端的散流比例高于中间导体约5%～15%,端部注流时的冲击电阻值比中心注流时大15%～25%,试验数据可以为复杂结构接地体的选材和设计提供参考,对于线路防雷中接地体的研究具有启示意义。     

柔性石墨复合接地体电感效应与火花放电效应研究

柔性石墨复合接地体是一种具有良好的导电性、耐腐蚀性且非铁磁性的非金属接地体.为研究电感效应与火花放电效应对石墨复合接地体冲击特性的影响规律,笔者搭建了频域电网络模型及其迭代算法对接地体的冲击接地特性进行仿真计算,通过与CDEGS仿真结果及文献的试验结果进行对比,验证了仿真计算方法的有效性及准确性.在此基础上,对不同土壤...     

考虑火花放电效应的典型接地材料冲击特性研究

雷击是造成输电线路发生跳闸和停运事故的主要原因。"防雷在于接地",对输电线路的接地网的冲击接地特性进行研究改进对于防止雷击事故有着不可或缺作用。本文在不考虑火花放电效应和考虑火花放电效应两方面对钢、铜、石墨复合接地材料的接地网冲击接地阻抗进行对比分析。同时,采用ATP-EMTP建立了考虑火花效应时的接地散流模型,研究了土壤电阻率、接地网面积及冲击电流幅值对接地网冲击接地特性的影响。研究结果表明:考虑火花放电效应时,接地材料的冲击接地阻抗相比不考虑火花放电有所降低。不同接地材料冲击接地阻抗同时受火花放电效应与电感效应的影响,二者的强弱关系与冲击电流的幅值有明显关系。相对于传统金属接地材料,石墨复合接地材料冲击接低阻抗小。     

输电杆塔混凝土桩基接地散流与结构优化研究

电力输电线路杆塔除桩基自然接地体外往往需要额外敷设人工外延接地体,实际工程中人工外延接地往往受地形、征地以及施工难度所限,提高杆塔桩基自然接地的接地散流效率具有重要意义.笔者提出基于柔性石墨复合接地材料搭建杆塔桩基立体笼式外敷接地装置,采用COMSOL仿真软件建立混凝土杆塔桩基散流计算模型,针对典型杆塔桩基采用笼式外敷接地装置的不同敷设方式、根开间距等因素进行仿真计算,验证笼式接地装置对杆塔散流的影响,最后针对整个杆桩基础,对比了桩基外敷接地与传统人工外延接地的散流效果.计算结果表明:随着土壤电阻率的提升,桩基笼式外敷接地装置的降阻效率始终保持在19％以上;与人工外延接地装置相比,外敷接地装置的散流比在90％以上,可以有效地分担桩基钢筋的散流占比;当入地电流中包含冲击高频分量时,外敷接地装置的降阻效率始终在20％以上,且外敷接地装置的散流比高于人工外延接地体.     

柔性石墨接地体电阻特性的试验研究

以高纯石墨作为主要导电材料的柔性石墨接地体,因具有价格低廉、便于运输、电阻率低、耐腐蚀性好等诸多优点,而被电力、通信、石油化工、铁道、建筑等场所用于防雷接地网,并逐步推广使用。对4种典型结构的柔性石墨接地体在不同电流幅值下的交/直流体积电阻进行了测量,试验结果表明:柔性石墨接地体的连接金具的材料以及连接金具与柔性石墨接地体的连接方式对其体积电阻值有较大影响;柔性石墨接地体的电阻率低于6×10^-5Ω·m;当施加的测量电流幅值足够大时,柔性石墨接地体的交/直流体积电阻的测量值趋于恒定。     

扩径桩抗压性能的颗粒流数值模拟

采用二维颗粒流分析程序对扩径桩抗压试验进行数值模拟分析,并与现场试验结果进行对比。应用PFC2D程序,研究扩径桩在试验过程中时步-位移曲线、桩土颗粒排列变化及颗粒位移的变化。通过不同受荷阶段桩土细观力学特征的对比分析,得出桩在下压达极限荷载时的破坏性状。绘制桩在受荷过程中的荷载-位移曲线,并与实测值进行对比分析。     

临坡杆塔外延辅助接地网散流特性与选材研究

随着电力网不断建设,丘陵、山区地带的杆塔数目也逐渐增多,这些地区土质贫瘠、地形复杂,易发生雷击事故,因此有必要对临坡杆塔接地网进行研究.笔者采用数值模拟的办法,应用仿真软件CDEGS,建立单边、双边和方框辅助接地网模型,接地材料选用镀锌钢、柔性石墨接地体和高导柔性石墨接地体,通过对比不同材料接地网间的分流系数和接地电阻...     

杆塔接地网跨越公路路基接地散流特性与行人安全防护

针对城镇人口密集区输电杆塔与公路临近时接地网散流特性及公路路面跨步电压分布问题,本研究建立杆塔接地网及公路路基模型,研究公路路基宽度、主接地网与公路间距离和辅助接地网形式对接地网分流系数及跨步电压的影响,并提出为跨越公路路基接地体添加绝缘层的防护措施。研究结果表明：公路路基宽度的增加使得接地网分流系数降低及路面跨步电压增大;随着频率的改变,主接地网与公路之间距离对接地网接地特性影响不同;垂直型辅助接地网与其他辅助接地网形式相比受公路路基影响最小;跨越公路路基接地体添加绝缘层后降低路面跨步电压效果比较明显。研究结果可为城镇输电线路杆塔接地装置的设计提供参考。     

杆塔钢筒基础桩冲击散流特性研究

降低杆塔冲击接地电阻是输电线路防雷重要措施,杆塔接地系统的冲击散流特性主要受接地装置形状及土壤结构影响.应用CDEGS仿真研究了预制钢筒桩基础及其接地系统的冲击散流特性,获得了锚栓长度及数量、分层土壤结构以及加装水平接地极对钢筒桩基础冲击散流的影响;并在此基础上提出了应用预制钢筒桩基础降阻策略.可为输电线路接地工程提供...     

多级扩径桩承载特性模型试验及计算研究

在宁波砂质粉土中开展了等直径桩、扩底桩、扩径桩(多级扩径)抗压静载模型试验,测试获得了单桩承载力–沉降(Q–s)曲线、桩侧摩阻力,对比分析了3种桩的承载特性,并推导建立了多级扩径桩承载力和沉降计算公式,结果表明:多级扩径桩更能充分地发挥扩大头下端土体的承载作用,具有提高承载力、减小沉降的作用;受到扩大头的影响,多级扩径桩中部侧阻无法充分发挥,但扩径阻力是荷载传递的重要方式;建立的多级扩径桩的承载力及沉降计算公式较为合理。     

考虑火花效应的杆塔接地体冲击特性仿真研究

为研究雷击杆塔时接地体的冲击特性,以便优化设计接地体结构,针对雷电冲击时产生的火花效应,运用电磁暂态分析软件ATP-EMTP,搭建了接地体射线的时变非线性冲击阻抗模型。在验证模型的基础上,研究了接地体冲击接地阻抗受雷电流波前时间、土壤临界击穿场强及射线长度的影响。仿真结果表明:波前时间与冲击接地阻抗呈反比关系,波前时间越长,冲击接地阻抗越小;冲击接地阻抗正比于土壤临界击穿场强;对于高土壤电阻率的地区,雷电流幅值在10～110 k A之间,接地体射线的有效长度为40 m,无限加长射线长度不利于减小冲击接地阻抗。所得结论对于接地网优化改造、接地体射线长度选取具有指导意义。     

输电线路深井掏挖桩井壁外敷接地特性研究

现行杆塔混凝土桩基内部钢筋骨架受混凝土介质电阻率的影响散流效率低,提高掏挖桩基散流性能可有效降低接地电阻并减少耕地开挖面积。本研究根据实际杆塔掏挖桩基结构与施工工序,提出深井掏挖桩井壁外敷接地结构模型并验证其降阻效率。首先,根据实际杆塔深井掏挖桩尺寸结构,建立柔性接地材料缆体外敷、面状外敷和组合外敷3种垂直接地模型。然后,分别计算3种井壁外敷结构在单桩情况下的接地电阻变化规律及影响因素,并分析不同接地模型的混凝土桩基散流密度特征。最后,计算整塔四桩基采用井壁外敷结构的降阻效率并与常规方框射线型接地网进行对比。研究结果表明：杆塔掏挖桩基采用井壁垂直外敷,可以明显改变深井掏挖桩基在垂直维度上的散流结构与电流密度分布规律,相比于常规方框外延射线型接地结构,3种井壁外敷方式均能有效降低杆塔接地电阻并节省水平耕地开挖面积。仿真结果可为在有限施工面积下设计掏挖桩基接地结构提供参考。     

OPGW终端接地残流损伤特性及防护措施研究

输电线路光纤复合架空地线(OPGW)两侧变电站终端经常会发生烧损、断股等事故,对电力通信安全构成威胁。OPGW损伤较多是接地残流过大导致发热严重引起。实际调查并研究多起OPGW终端接地残流损伤案例,通过ATP-EMTP软件对OPGW终端接地残流进行仿真计算。研究表明,对单回线路,两条地线逐基接地方式下,接地残流较小;普通地线(CGW)单点接地、OPGW逐基接地方式下,接地残流较大,有几十安,需要采取防护措施。对双回线路,两条地线逐基接地方式下,OPGW终端接地残流问题较为突出,需要防护。提出了OPGW终端接地残流防护原则,即切断OPGW终端与金属夹具之间的电气连接,还给出对OPGW引下线及余揽架进行接地残流防护的具体措施。     

石墨基柔性接地体电阻率及外部环境的影响研究

金属接地材料在实际应用过程中,长期面临着容易发生腐蚀、偷盗以及人为破坏的问题。为此,在电力工程中已经逐步开始应用石墨材料作为接地系统的使用材料。通过对石墨蠕虫电阻值随膨化温度变化的情况进行研究,为工程上选取制备石墨蠕虫的膨化温度提供了依据。通过对铠装石墨带进行雷电流冲击试验和工频电流冲击试验,以试品直流电阻和接续电阻的变化情况为判断依据,证明了该接地材料具有实际应用性。通过研究冲刷试验对铠装石墨带造成的影响,提出了铠装石墨带应用于接地系统中常见问题的解决办法。     

扩径桩反射波检测的小波分析研究

介绍了反射波法的波阻抗理论及其局限性,建立了扩径桩和桩周有坚硬夹层土的完整桩两种情况的有限元模型,分别研究了在不同扩径大小和土层弹性模量的情况下,采样点加速度的小波分解图的特征。发现当采样频率大于40 kHz时,扩径反射和桩低反射之间有一系列明显的高频率峰值可以作为两种缺陷反射波相区别的特征。其结论可以为实际工作参考,为波形反演研究提供着手的方向。     

扩体锚杆承载特性的模型试验研究

面对许多规模宏大、技术难度与风险程度高的岩土工程,与普通土层锚杆相比,扩体锚杆能够提供更大的承载能力并解决复杂工程问题。利用自行研制的自动化锚杆载荷仪,分别进行了拉力型与压力型扩体锚杆竖向力室内模型试验。试验结果表明,模型锚杆的破坏基本呈锥形,扩体段直径对破坏圆锥体的直径和极限承载力影响较大,扩体段长度对破坏锥体的直径和极限承载力影响较小,随扩体段直径的增大,模型锚杆的极限承载力增大幅度逐渐减缓,单位横截面积荷载提高比由正变负,随扩体段长度的增大,单位侧周面积荷载与单位扩体长度荷载提高比均为负值。两类锚杆的Q-s滞回曲线呈抛物线状,在相同对比条件下的弹性变形曲线十分相似,塑性变形曲线也基本一致,压力型扩体锚杆能更快的提供约束荷载。在工程实践中,对扩体锚杆的扩体段直径与长度以及上覆土层的厚度进行优化设计,有助于提高扩体锚杆的技术优势和经济效益。     

多节钻扩混凝土桩扩径体间距对桩周土体位移影响试验研究

多节钻扩混凝土桩是一种新型的变截面桩,深入研究竖向荷载作用下多节钻扩混凝土桩桩周土体位移分布对准确掌握多节钻扩混凝土桩的承载特性具有重要意义。通过室内原状土小比例半截面桩模型试验,采用数码相机实时记录桩周土体在荷载作用下的变化规律,结合数字图像处理技术,获得桩周土体的位移规律和发展情况。试验结果表明：在破坏过程中双扩径体桩与单扩径体桩的桩周土体位移发展情况存在相同点,扩径体间距对双扩径体桩最终的破坏形式有较大的影响;荷载作用下,桩周土体的竖向位移较水平位移更加明显,并随着与桩体的距离和埋深的增加而逐渐减小;竖向位移和水平位移都随着扩径体间距的增大而呈现出逐渐减小的趋势。