大型变电站接地网雷电冲击暂态特性的仿真

为了更深入掌握雷电冲击下大型变电站接地网的暂态特性,指导变电站的防雷接地设计,建立了大型变电站雷电冲击暂态特性的仿真模型。在此基础上,使用矩量法(MOM)在不同土壤电阻率、不同地网边长、不同网孔大小以及不同雷电流波头时间等情况下分别进行了接地网的雷电冲击暂态特性的仿真计算。结果表明:土壤电阻率越大,接地网的冲击接地特性越呈现出阻性;地网面积越大,接地网的冲击接地特性越呈现出感性;网孔大小对接地电阻的影响不明显,当网孔边长从50 m下降到10 m时,接地网的工频接地电阻与冲击接地电阻分别下降了22.95%和5.63%;随着雷电流波头时间的增加,接地网的冲击接地电阻与冲击系数近似线性下降。     

输电线路杆塔接地极冲击接地电阻特性分析

为研究雷电流流经输电线路杆塔接地极的冲击特性,运用CDEGS软件仿真分析杆塔接地极在冲击电流作用下的冲击特性。分析水平接地极及四种改进接地极的冲击特性,探讨不同接地极尺寸以及不同土壤电阻率对冲击接地电阻的影响规律。得到接地极长度及半径对水平接地极冲击接地电阻的影响规律,接地极冲击接地电阻随水平接地极长度的增加而降低,但逐渐趋于稳定;同时获得垂直接地极对四种改进接地极的冲击接地电阻特性,为实际工程中采用合适的方法降低杆塔冲击接地电阻提供了参考。     

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。     

雷电冲击下杆塔接地阻抗特性研究

降低杆塔冲击接地阻抗是提高输电线路耐雷水平、降低雷击跳闸率的重要措施之一。目前采用的工频接地电阻乘以冲击系数得到冲击接地阻抗的方法与实际工况存在差异,随着接地体尺寸、埋设方式、土壤分布和雷电流参数变化,这种差异越来越大,因此研究杆塔接地体在雷电流下的冲击特性具有重要的意义。基于电路理论的方法,采用ATP-EMTP软件,考虑雷电流的高频特性和高幅值特性,建立了对杆塔接地体的细化仿真模型,模拟电感效应和火花效应的实际效果,并利用该模型对雷电冲击下杆塔接地阻抗特性进行研究。     

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,对不同土壤和雷电流参数下石墨复合接地体的冲击特性进行仿真计算.研究结果表明:高土壤电阻率作用下,石墨复合接地体的冲击系数较小,火花放电效应较强,相反的,当土壤电阻率较低时,电感效应较强.火花放电效应强度在高幅值雷电流作用下增强,且与土壤临界击穿场强有关,而电感效应受两者的影响不大.雷电流波前时间越短,接地体的长度越长,电感效应的影响就越强,尤其是在低土壤电阻率条件下影响更为显著.本研究仿真结论可为杆塔接地施工与材料选型提供参考.     

基于ATP-EMTP的风电机组雷击过电压分析与防护研究

基于ATP-EMTP仿真软件对风电机组内部的雷电过电压及其相应的防护措施进行了研究。首先分别针对风力发电机、风机变压器、雷电模型、冲击接地电阻、电缆、电涌保护器(SPD)等建立了ATP-EMTP模型。接着通过仿真计算,分析雷电流在风机系统中的分布,比较了冲击接地电阻阻值对雷电过电压的影响。最后,研究了加装SPD对风力发电机机端出口过电压的抑制效果,证实了加装SPD对风机系统雷电过电压的保护作用。     

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.     

输电线路杆塔接地体地电位分布特性研究

为了研究雷击输电线路时输电杆塔接地装置时的暂态特性以及地电位分布情况,通过在陕西省境内选取高压输电杆塔实地测量的方式,分析了雷电流波前时间和半波时间对地电位峰值的影响、3种不同结构接地体地电位的分布规律以及同一种接地体在不同电阻率土壤环境下的电位分布情况,试验结果表明雷电流波前时间越短、土壤电阻率越高的条件下地电位峰值更大,不同结构类型接地体周围的地电位都是从地网中心注流点到地网边缘逐渐下降,地网中心附件电位梯度大于地网边缘,但3种接地体周围的局部散流规律呈现出不同的特点.研究结果为输电线路杆塔接地体优化设计和降低冲击接地电阻等方面提供参考.     

杆塔接地体冲击对输电线路雷电反击分析

为了减少雷害事故的发生,为输电线路防雷提供科学依据,计算输电线路雷电反击跳闸率时必须考虑杆塔接地体冲击特性。通过EMTP建立了线路及杆塔模型,考虑雷电流作用下接地体冲击特性,分析线路反击时杆塔和接地体暂态电压变化规律。计算不同土壤电阻率和接地体长度下线路反击跳闸率,同时讨论工频电压对反击跳闸率的影响。分析结果表明:雷电流幅值较大时,接地体冲击接地电阻降低明显。工频电压对线路反击跳闸率有一定影响。增加接地体长度和降低土壤电阻率可以有效减少线路反击跳闸率。     

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。     

一种用于计算雷击接地网时最小冲击接地阻抗值的方法

为了研究接地网在雷击时冲击接地阻抗的特性,提出了一种型等值电路,在考虑火花效应的条件下,运用ATP-EMTP仿真软件对接地网进行分析计算。将土壤电阻率以内分为四个区间,每个区间对应一个地网有效面积值。并运用多项式回归分析软件得出相应区间的冲击接地阻抗拟合公式,能方便计算不同条件下冲击接地阻抗的最小值。为防雷接地工程计算提供参考依据。     

接地模块对地网接地电阻的影响

介绍了非金属接地模块的组成以及降阻原理,利用接地网仿真计算模型,分析了接地模块的安装位置,接地模块个数,接地网面积以及土壤电阻率等条件发生变化时接地电阻的变化规律。地网散流时,在地网边角上的电流最大,接地模块最佳的安装位置是地网的边角;相同的接地模块对不同面积地网的降阻效果是不同的,地网越小,降阻效果越好;接地模块之间会产生屏蔽现象,影响降阻效果;土壤电阻率越高,接地模块的降阻效果越明显;在不同土壤电阻率的情况下,使用接地模块而产生的地网接地电阻下降率是相同的。     

接地模块在冲击电流下的降阻特性及其优化布置试验研究

为掌握接地模块在雷电冲击电流下对接地体的降阻效果,指导防雷接地的优化设计和改造,在不同土壤环境和冲击电流幅值下,对接地模块的非金属包围层,及接地模块安装数量和位置对水平接地体冲击特性的影响进行了对比试验研究。结果表明,接地模块的降阻效果在小幅值冲击电流下更显著,在火花放电效应极其强烈的高土壤电阻率和大幅值电流下,接地模块与其极芯导体的冲击特性曲线几乎一致,围绕在极芯周围的非金属包围层降阻材料作用被淹没。在同样条件下,圆形接地模块的降阻效果优于方形和梅花形。水平射线上的接地模块,宜优先布置在首端注流点,其次为靠近射线末端,布置数量更多时,宜均匀分布在射线上。为提高技术经济性,接地模块的布置间距不宜过小;当达到饱和数量时继续并联加密接地模块对降阻作用不明显,可以通过串联加长模块的方式进一步减小冲击接地阻抗。     

高土壤电阻率地区柔性石墨复合接地材料与圆钢接地材料的有效长度对比研究

改善杆塔接地能够有效的降低输电线路雷击跳闸率,对于高土壤电阻率地区的杆塔,减小冲击接地电阻是降低雷击跳闸率的关键,而减小接地体冲击接地电阻可以通过延长接地体长度来实现,但是当长度超过一定值时,延长将不再有效。因此研究接地体的有效长度、选取有效长度更长的接地材料,对降低接地电阻有着重要意义。首先分析了接地体有效长度的物理意义,然后运用CDEGS仿真软件计算工程中常用的镀锌钢和柔性石墨复合材料水平接地体的工频接地电阻与接地体长度、冲击接地电阻与接地体长度之间的关系。由此对比在高土壤电阻率情况下柔性石墨复合接地材料的和镀锌钢材料的有效长度,并分析其原因。此后采用冲击散流试验加以验证,最后得出结论,高土壤电阻率情况并通以冲击电流时,柔性石墨复合材料接地体有更长的有效长度。     

风机基础外引接地有效长度分析

外引接地是降低风机接地电阻的常用措施,必须详细研究雷电流作用下风机外引接地的有效长度及其影响因素。利用PSCAD软件建立风机叶片、塔筒和外引接地系统模型,考虑冲击电流作用下外引水平接地体的散流特性和火花效应。讨论土壤电阻率、波头时间对外引接地有效长度的影响,拟合出相应函数关系。分析结果表明:采用外引接地措施能够降低接地体的冲击接地阻抗,但外引接地体存在一个明显的有效长度,超过有效长度后对降低冲击接地阻抗几乎没有效果。外引接地的有效长度随着波头时间和土壤电阻率的增加而增大,三者之间存在一个幂函数关系。风机接地采用外引接地措施时应选取恰当的接地体长度,并非越长越好。     

接地电阻简化计算公式辨析

对单根垂直接地体、单根水平接地体和复合环形接地网的各种接地电阻简化计算公式进行了分析比较。验证了其中较为合理的简化计算公式,供接地设计计算时参考。     

基于频域电网络模型接地体冲击散流分布的研究

研究接地体冲击散流特性是优化地网冲击特性、降低输电线路雷击跳闸率的重要措施。通过对接地导体分段建立频域电网络模型模拟接地体冲击泄流过程,采用迭代法考虑土壤动态电离对散流分布的影响,并利用CDEGS软件仿真及真型散流试验对频率电网络模型及其迭代求解结果进行了对比验证。本文研究了标准电流波形下水平伸长接地体在不同接地体尺寸、不同土壤电阻率及不同电流峰值下的散流规律,得出接地体冲击散流不均匀分布是由导体段之间对地互阻抗及电感效应引起的。     

连续雷电冲击下土壤恢复特性分析及仿真研究

根据对雷电现象的研究发现，闪电通常包含了多个回击。在多脉冲电流下，土壤特性不仅与击穿特性有关，还与电参数恢复有关。不同地区，不同季节土壤的含水量不同，雷击对接地电阻的影响差异很大。构建了连续冲击试验平台，对典型接地体进行连续冲击试验。对连续冲击电流下作用下不同含水量的土壤的放电特性进行了研究，根据实验结果，讨论了连续冲击电流下土壤电阻率的修正方法。最后以ATP-EMTP软件为仿真平台搭建了连续雷击下接地装置的仿真模型。     

基于PSCAD的10kV配电线路接地装置冲击特性研究

在考虑接地电阻火花效应的基础上,采用逐次渐进的算法,得出了模型元件参数,在PSCAD仿真软件中建立10 kV配电线路常用的接地装置仿真模型,对在不同雷电流幅值、不同接地装置尺寸、不同土壤电阻率以及埋设深度下该装置冲击接地电阻的冲击特性进行了仿真,分析常见10 kV配电线路的接地装置冲击特性,为10 kV配电线路的接地装置设计提供了理论数据依据,具有一定的工程应用价值。     

接地体与土壤的接触电阻影响因素研究

接地电阻主要包含接地体本体电阻、土壤电阻以及接地体与土壤之间的接触电阻,但目前接地电阻计算与接地网设计中常常忽略接触电阻的影响.为研究不同材料的接地体与土壤之间接触电阻的影响因素及影响规律,本研究提出了一种研究接地体和土壤接触电阻的测量评估方法,并建立了接地体与土壤接触电阻的试验平台,采用控制变量的实验方法从温度、湿度、土壤类型3个方面研究了接地体与土壤间的接触特性.研究表明:土壤在低温度、低湿度和土壤颗粒较大的环境中,不同材料与土壤的接触电阻都会增大,并且土壤环境变化引起土壤电阻率增大越高,接触电阻增大越明显;同时在不同土壤条件下,由于新型石墨基柔性接地材料的易形变的柔性,其接触性能明显优于镀锌圆钢,即石墨材料的接触电阻明显低于镀锌圆钢的接触电阻.