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。     

冲击电流作用下杆塔接地体的散流分布及降阻措施研究

采用模拟试验的方法得到了水平射线的电流分布,包括不同电阻率土壤中的纵向传导电流及相应各段接地导体的横向流散电流,结果显示杆塔接地体水平射线上的横向流散电流呈现出"两端大、中部小"的分布特点,具有明显的端部效应。基于这一分布规律,提出分支呈120°的三段式结构的水平射线改型方案,模拟试验证实这一结构改型最大可使方框接地体的冲击接地电阻降低22%,降阻效果显著。     

柔性石墨接地体与金属接地体散流特性对比

不同接地材料因其电磁参数的不同使得接地体的工频与冲击散流特性有区别。针对石墨、锰铜和钢三种接地材料进行仿真建模计算,建立了输电线路杆塔接地网常用的方框带射线型接地网模型,分别对比分析了三种接地材料在不同频率电流、不同土壤电阻率条件下的冲击散流特性,阐述了接地体散流特性对接地阻抗的影响。通过对比分析可知:在高频电流、高土壤电阻率条件下,柔性石墨接地体在远端的散流能力要优于钢接地体,接地阻抗更小。     

扩径石墨复合接地材料的接地体散流特性研究

目前在输电线路杆塔接地网中应用广泛的接地材料包括镀锌扁钢、锰铜等传统金属材料,但在高频电流条件下传统金属接地体存在明显的集肤效应,进而影响其散流特性,新兴的非金属石墨复合接地材料因其"导电不导磁"的特性有效改善了上述问题。针对石墨复合接地体的结构进行优化进而制备了扩径石墨复合接地体,利用有限元仿真分析其集肤效应,并采用CDEGS软件仿真分析传统金属接地体、实心石墨复合接地体及扩径石墨复合接地体在不同频率、不同土壤情况、不同直径条件下的散流特性。研究结果表明,在高频高阻条件下,扩径石墨复合接地体的散流特性明显占优,相同截面积下,30%～40%的扩径率可以有效减小接地体的集肤效应。     

杆塔接地极的冲击散流特性及降阻研究

分析杆塔接地极的冲击散流特性对优化接地极的结构、降低接地极的冲击接地电阻具有指导意义。基于电磁场的理论,在CDEGS中建立了计及土壤非线性电离影响的接地极仿真模型,通过模拟试验验证了模型的正确性,并依据模型对放射型接地极的冲击散流特性进行了研究。结果表明:放射型接地极在水平射线上的散流分布很不均匀,且散流比重远大于内部方框;冲击散流分布受土壤电阻率的变化影响较明显,冲击电流幅值的变化对其影响不大。此外,从提高接地极的冲击散流效率出发,提出两种改进的放射型接地极,经仿真验证,改进的接地极冲击接地电阻降低显著。     

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.     

220kV变电站接地散流事故研究

针对某变电站雷击导致绝缘子炸裂事故进行分析和研究,通过现场勘查分析,事故原因主要是由于避雷针接地问题导致。提出增设均压环、避雷针接地体进行冲击优化以及避雷针接地体与主接地网进行连接等措施,同时采用实验室高压试验和ATP仿真软件分别对均压环均压效果和连接主接地网降低残余过电压进行验证。结果表明,均压环能够有效的改善绝缘子串的电压分布,避雷针接地与主接地网连接很大程度上降低避雷针残余过电压。降低变电站雷击事故的发生,提高电力系统的供电可靠性。     

不同频域范围对水平接地体的雷电冲击响应特性的影响分析

雷电流可分解为不同的频率分量,目前对于雷电流各频域范围与冲击响应电压之间的对应关系还缺乏相应的研究。在CDEGS中建立土壤电阻率500Ω·m下的100 m长水平接地体模型,利用MATLAB计算研究2.6/50μs雷电流中各频域范围对100 m长水平接地体的冲击电压幅值及幅值时间的影响,研究了将雷电流通过傅里叶变换分解为一系列的离散频率,计算接地极在各频率下的响应电压,再通过傅里叶反变换合成得到雷电流冲击响应电压波形的方法。并通过与CDEGS仿真的雷电流冲击响应电压波形对比分析,证明该方法可用于计算雷电流作用下接地极的冲击响应电压。研究发现雷电流不同频域范围对接地体冲击响应电压的影响不同:0~33 333 Hz频域对冲击电压幅值起增幅作用并且增幅程度最大;66 666~360 000 Hz的频域主要影响峰值电压出现的时间;586 667~910 000 Hz频域对冲击电压幅值起削弱作用,对冲击电压幅值时间影响较小;1 080 000 Hz之后频域主要产生毛刺谐波,此外还会削弱冲击电压的幅值。     

基于暂态电网络模型的杆塔接地装置冲击降阻优化措施研究

为研究接地装置冲击降阻的有效措施,本文建立了接地装置时域暂态电网络模型,考虑冲击电流作用下土壤电离的作用,通过高阶有限差分法求解得到了接地装置的冲击电压响应,仿真计算结果与试验测量结果误差在10%以内,证明了仿真模型的正确性。采用该模型分析了接地装置射线角度,布置形式及射线长度在冲击降阻中的效果差异,得到主要结论如下:方框带射线的伸长射线与方框边之间存在一定的屏蔽效应,带一/两组射线时,射线角度分别设为45°/0°;接地装置射线布置型式需综合考虑射线有效散流长度及导体间屏蔽效应的作用;增加射线长度对降阻的作用具有明显饱和效应。     

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...     

配电线路混凝土杆塔接地体冲击特性实验研究

为了分析雷击配电线路杆塔时的冲击特性,选择实地试验的方式进行测量工作,同时为了增加试验的可靠性及对比不同土壤电阻率环境下的杆塔冲击特性,在陕西省某地选择了两处不同土壤电阻率的同类钢筋混凝土材质杆塔进行测试,选择移动式冲击电流发生器作为本次试验的激励装置,采用三级法布线方式,测量得到了4种不同幅值的冲击电流下的杆塔接地体表面电位及杆塔周围地电位升的数据。本次试验属于配电线路杆塔防雷任务的基础研究工作,测量得到的杆塔接地体冲击特性数据及电位分布规律可以指导此类钢筋混凝土材质类型的配电线路杆塔本体及接地体优化设计工作,降低配电线路的雷击致故障概率。     

接地极附近杆塔接地体电腐蚀研究

相对于周围土壤而言,接地极附近的金属接地体能够提供导电性更强的导电通道,因此金属接地体中也会有接地极中的电流流过,处于土壤中的杆塔接地体因电流和运行环境的作用将会有电腐蚀,从而影响附近线路杆塔的接地性能。结合直流接地极工作条件和附近输电线路电气结构,在3种不同土壤模型的基础上建立了接地极对杆塔影响的理论分析模型;并考虑接地极在不同阴阳极模型条件时,对附近单回单基杆塔接地体的电腐蚀特性展开研究;在不同土壤模型条件下对线路总腐蚀量进行分析,最后针对接地极附近杆塔接地体提出了4种典型的防腐措施。     

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.     

基于ATP-EMTP的伸长接地体时变接地电阻仿真研究

运用电磁暂态分析软件ATP-EMTP搭建了单根伸长水平接地体的π型等值电路仿真模型,使用电路理论的分析方法对接地体雷电冲击特性进行了研究。仿真模型考虑了火花效应的影响。运用模型对不同条件的伸长水平接地体进行了仿真计算,有别于工程上广泛使用的冲击接地电阻的概念,得出了接地体在雷电冲击条件下实际接地电阻随时间变化的曲线,分析了其变化规律。同时从接地电阻变化曲线的角度研究了接地体长度、雷电流幅值、土壤电阻率对接地电阻的影响。     

基于FDTD方法的垂直接地体冲击时-频特性分析

基于L-D(Liew and Darveniza)提出的土壤非线性击穿效应模型,根据电磁场理论开发了一套三维时域有限差分(3-D FDTD)算法,建立了垂直接地体仿真模型,利用该模型于时域内从电场强度,电导率分布,最大暂态地电位升和暂态冲击阻抗的角度来研究了不同接地体长度和不同电流幅值对垂直接地体冲击散流特性的影响,于频域内从电场强度和电导率分布的角度来研究了垂直接地体在不同正弦电流频率中的散流特性。研究表明:1)接地体长度越长,土壤横向击穿区域越小,纵向击穿区域越大,最大暂态地电位升越小,暂态冲击阻抗越小;2)电流幅值越大,土壤横向和纵向击穿区域越大,最大暂态地电位升越大,暂态冲击阻抗越小;3)正弦电流频率越高,土壤的"趋肤效应"越强,极大影响了接地体的散流过程。     

分层土壤模型下大型接地网冲击特性研究

为了分析分层土壤模型下大型接地网的冲击特性参数分布规律,包括暂态地电位升、接触电压和跨步电压等,结合在陕西渭南市某地测量土壤电阻率试验的基础上,通过CDEGS软件建立了分层土壤模型下的大型接地网常规设计模型,并针对模型进行了30 kA雷电流冲击特性仿真,得到了大型接地网在雷电流入侵时的地电位升分布,并针对常规接地网的设...     

基于随机散粒体模型的堆石体真三轴数值试验研究

基于三维变形体离散单元法,模拟堆石体的真三轴试验,研究堆石体在三向不等应力状态下的强度和变形特性。真三轴数值试验装置采用六刚性板加荷方式,等中主应力比路径加载。数值试验结果表明：真三轴数值试验能较好反映堆石体在三向不等应力状态下的应力和变形规律,数值模拟得到宏观应力变形特性与试验规律相似;等中主应力比参数的大小对堆石在三向应力状态下应力和强度特性有显著的影响,堆石体在 3 个加载方向的变形也随该参数的变化而变化,应力比参数从 0 到 1 变化过程中中主应变方向先压缩后膨胀,小主应变方向一直处于压缩状态;堆石体的内摩擦角随着值的增加而增大,基本符合 Lade-Duncan 破坏准则;在细观层面上,围压越高,值越大,颗粒配位数越大; 加载过程中,颗粒接触法向和法向接触力各向异性程度加强,各向异性主方向角由水平向转向大主应变方向,试样各向异性系数的演化规律和试样的宏观应力变形曲线相对应,试样的宏观力学特性与细观组构存在内在的关联。     

基于磁场分布的接地网诊断研究

为了有效的解决电网络法中方程数过少以及电磁感应法无法准确的计算的问题,提出一种基于电磁感应原理的电网络法,为准确的计算接地网各段导体的电阻值,提供了一种简单的办法。通过施加直流电,利用各段导体产生的静磁场,求出导体中流过的电流的大小,接着通过基尔霍夫电压定律,建立接地网腐蚀诊断方程。仿真表明,该方法能有效的检测接地网的腐蚀情况。     

基于网络流理论的区域建筑能源规划模型研究

本文分析了现有能源规划模型运用于区域建筑能源规划存在的问题,介绍了网络流理论并论证了在区域建筑能源规划中引入网络流理论的可行性,运用网络流理论构建区域建筑能源规划初步模型并介绍其求解方法与应用思路。