考虑土壤电离特性时变电站接地网的暂态特性

当接地网遭受雷击时,较大的泄漏电流产生的电场可能会使接地网导体周围的土壤发生电离,使得接地网参数发生变化,此外,雷电流不像工频电流那样具有恒定的频率和幅值,因此常用的仿真软件难以模拟该复杂的暂态过程。为了准确地计算出变电站接地网的雷电冲击暂态特性,在考虑土壤电离特性的基础上,建立了较为完善的雷电流冲击作用下的接地网暂态分析模型,即全面考虑了接地网的自身电阻、电感以及对地电容作用,并采用快速傅立叶(反)变换,将频域和时域分析方法相结合,对考虑土壤电离时接地网的暂态特性进行了分析。计算结果表明:雷电冲击接地网时,土壤临界击穿场强越小,电流注入点电位就越小,反之亦然;考虑电离时接地网最远两点间的电位差有所下降;雷电流从边角注入时接地网散流能力差,土壤电离更严重;土壤电阻率与土壤电离程度密切相关。     

500 kV架空线路雷电过电压与冲击接地电阻关系

为考虑雷击架空输电线路后,雷电流在避雷线、杆塔、接地网和土壤中的动态散流过程,建立了输电线路-杆塔-接地网一体化雷电全波电磁暂态模型,计算冲击接地电阻和反击过电压。基于全波电磁暂态模型,从冲击接地的概念出发,将土壤电阻率、雷电流波前时间和幅值对输电线路的影响直接反映在雷电过电压上,对雷电过电压与冲击接地电阻计算公式进行拟合。研究表明：波前时间减小和土壤电阻率增大均会使冲击接地电阻值与雷电过电压增大。不考虑火花效应时的冲击接地电阻值与雷电流幅值无关,雷电过电压随雷电流呈正比例增大。在进行接地网设计时,应考虑能使雷电过电压值下降的接地网射线的有效长度。     

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。     

基于节点电压法的接地网暂态响应模型计算

基于改进的节点电压法,提出了一种接地网频域性能分析的数值计算方法,该方法考虑了导体阻抗的频率特性和接地网周围的土壤对导体散流性能的影响。该方法通过求解电磁场方程完成,运算实现简单,更直观地获得了地表电位的暂态响应性能。由于模型是针对接地网时域特性进行处理,更具有合理性和针对性,可计算雷电、短路电流等不同形式电流下的接地网暂态响应特性曲线。此模型简单,且在工程实际中有着足够的精度。     

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     

高铁信号系统多芯扭绞电缆宽频建模研究

为了研究高铁信号系统多芯扭绞电缆暂态过电压特性,指导高铁信号电缆的暂态过电压防护,该文分析了现有电缆暂态模型的不足,提出一种改进计算方法。该计算方法可分为单个扭绞周期长度电缆级联传输线参数计算和电缆多导体传输线时域宽频等效建模两个方面,考虑了芯线间的临近效应和集肤效应的影响以及电缆的扭绞特性。通过与雷电冲击下的转移阻抗特性和传递特性试验对比验证了建模方法的有效性。针对高铁常用的双四线组扭绞信号电缆,建立了其宽频模型,分析了电缆屏蔽接地方式和备用芯线接线方式对电缆芯线雷电暂态过电压特性的影响,结果表明:双端接地方式能明显限制芯线对地暂态过电压幅值;备用芯线与屏蔽层连接并接地可一定程度上降低工作芯线对地暂态过电压幅值。     

基于场路结合思想的风电机组接地网冲击特性研究

在雷击过程中,雷电流沿风电机组塔筒注入接地网,会引起接地网的地电位升高。为更好地研究雷击产生的暂态过电压对风电机组及其输变电设备产生的影响,采用场路结合的思想建立接地网暂态电路模型,对雷击引起的地电位升高进行系统仿真计算。计算结果表明:由于雷电流波头频率很高,与电阻相比接地体本身的电感效应非常明显,将引起接地网的地电位大幅度升高;暂态过电压将对地下传输、通信和控制电缆最外层绝缘造成破坏,严重时甚至会造成局部放电。     

土壤介电频变特性对接地极冲击散流的影响

为研究土壤介电常数频变特性对接地极暂态电阻的影响规律,在典型土壤介电谱测量结果的基础上,对冲击电流作用下的动态电磁过程进行了理论分析。提出了从电磁场角度出发的、考虑土壤频变特性的接地极冲击特性数值计算方法,分析了土壤介电常数的频变特性对接地装置冲击散流特性的影响。结果表明:考虑土壤介电常数频变特性的接地极暂态接地电阻与假定介电常数恒定时相比有显著差异;暂态电阻值受到施加的冲击电流波形和幅值的影响,波前时间越长,局部峰值越大;同种冲击波形下,电流幅值越大,波前时间内接地极暂态接地电阻局部峰值越小。     

水平双层土壤对接地网电气特性的影响

土壤参数是进行接地网设计时需要重要考虑的影响因素之一.研究了水平双层土壤参数变化对接地网特性的影响,提出了反射系数K的概念.定量地分析了不同K值情况下,接地网接地电阻、长垂直接地体的散流效果变化情况及对传导性干扰的影响.分析结果表明,当K0时;随着K值的增加,长垂直接地体的散流效果逐渐变小.同时结果表明,随着K值的增加,电流在土壤中散流时对其他金属导体的传导性干扰明显增加.研究成果可为接地网设计提供参考.     

特高压半封闭气体绝缘组合电器的暂态电压仿真分析

特高压系统的电压等级高、容量大,暂态电压现象严重。为了提高特高压系统暂态电压计算的准确率,结合我国某特高压开关站建立半封闭气体绝缘组合电器(HGIS)系统整体模型。根据多导体传输线理论和相模变换方法,建立了HGIS外壳传输特性模型。除此之外,采用π型等效电路表示接地体单元,并结合HGIS内部暂态模型,详细计算了隔离开关操作时产生的特快速瞬态过电压(VFTO)和暂态壳体电压(TEV),分析了HGIS内部关键设备处VFTO和相应壳体上TEV的最大值和频谱特性,进一步分析了不同壳体接地方式和接地网对VFTO和TEV的影响。研究结果表明:在考虑接地网的情况下,VFTO的最大值为1 296kV,TEV的最大值为83kV,都要比不考虑接地网时的最大值小,且良好的接地方式是降低特高压HGIS系统暂态电压的有效方法。研究结果可供HGIS设计和相关电气设备绝缘结构设计参考。     

Lightning Impulse Performances of Grounding Grids for Substations Considering Soil Ionization

When lightning strikes a substation or a transmission tower near the substation, high current generated by the stroke would flow into the grounding grid of the substation and dissipate in the soil. The transient characteristic of the grounding grid is very important to the safe and reliable operation of the power system. A circuit model with a lumped time-variable parameter is proposed to calculate the transient characteristics of a grounding grid under lightning current. The ionization phenomena around the ground conductors in the soil are simulated by means of time-variable parameters under appropriate conditions. The influences of different parameters on the transient characteristics of the grounding grid subjected to lightning impulse current are analyzed and the effective usage area of the grounding grid under lightning is discussed.     

XLPE电缆绕组的电路模型及其外半导电层暂态电压分布特性研究

以XLPE电缆为绕组的新型电力设备可能承受很高的暂态电压,而所用的XLPE电缆外部没有金属回流层,只有一层半导电层,因此深入了解其外半导电层的暂态特性很有必要.本文给出电缆绕组高频暂态下的电路模型,并将实际绕组的实测数据与仿真结果进行比较,两者吻合很好.这表明该电路模型可表达这类绕组外半导电层暂态时的表现,同时得出在冲击电压作用下,绕组前部的外半导电层是最薄弱部位及芯线与外半导电层间为电容耦合的结论.     

外半导电层经电阻接地后XLPE电缆绕组的暂态现象

为了研究电缆绕组变压器的暂态特性,笔者通过对无外金属屏蔽及护套的XLPE电缆绕组芯线加模拟雷电冲击电压,对外半导电层是否接电阻接地两种情况进行试验,得出了外半导电层接小电阻接地对芯线电压振荡有一定抑制及外皮电压最大值虽有一定的提高但震荡消失,有益于改善暂态特性的结论。     

基雷电冲击电压下双层XLPE电缆绕组的暂态特性研究

当雷电波侵入XLPE电缆绕组后,双层XLPE电缆绕组的芯线及外半导电层上的暂态电压分布与单层绕组有很大的不同。研究发现,由于其结构上的特殊性,导致其在外半导电层上会出现一定幅值的暂态电压,这与传统变压器绕组遭受雷电波侵入时所表现的暂态特性有很大的不同。通过试验测量其芯线与外半导电层上的暂态电压分布,分析其在雷电冲击电压下的暂态特性,为这种新型变压器的设计、保护技术提供了参考依据。     

变电站和移动基站共建时接地网的可靠性研究

变电站和移动基站共建时接地网的可靠性主要考虑雷击的影响。通过CDEGS建立接地网的计算模型。基于矩量法和傅立叶变换方法,分析变电站接地网和移动基站接地网不同连接方式,两接地网不同间距时,雷电在二次电缆屏蔽层上产生的影响;分析共建时不同土壤电阻率,不同连接方式对地电位升和地表电位分布的影响。研究结果表明,两个接地网采用不连接、最大间距、土壤电阻率低的电连接方式时二次电缆的骚扰电压最小,观测点地电位升最小和地表电位分布均匀。因此共建时两接地网应采用此电连接方式．同时变电站和移动基站之间应设立安全区。     

柔性直流系统挤出绝缘电缆暂态过电压仿真

电压源换流器高压直流(VSC HVDC)输电系统中广泛应用了挤出绝缘直流电缆。针对开关操作、内部故障以及雷击所引起的暂态过电压对直流电缆系统可靠性的挑战,基于南澳柔性直流输电示范工程,利用PSCAD/EMTDC建立直流电缆系统仿真模型,设置交流单相接地、两相短路、桥臂电抗器接地等不同类型的故障,分析了各类故障条件下直流电缆系统的暂态过电压特性。研究结果表明,直流电缆端部过电压峰值最大可达2 p.u.,且电缆端部出现的过电压幅值与短路电阻值有关。     

变电站屏蔽电缆端口的雷电感应电压计算方法

变电站内屏蔽电缆容易受到雷电干扰,严重时会造成端接设备损坏,有必要开展电缆端口的雷电感应电压计算研究。基于电磁骚扰的耦合路径分析,提出了依次求解电缆屏蔽层响应和电缆内部响应的耦合分析步骤。对于电缆屏蔽层响应,指出了基于地电位差的传导耦合分析方法和基于空间磁场的感应耦合方法的不足,提出了基于电磁散射理论的更一般的分析方法;对于电缆端口响应,提出了基于转移阻抗和转移导纳的分布激励源的传输线计算方法。通过典型算例,计算了屏蔽电缆单端接地和双端接地时端口雷电感应电压,计算结果表明电缆屏蔽双端接地比单端接地具有更好地雷电屏蔽效果。     

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。     

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。