基于冲击电位分布的风机新型接地装置优化研究

风电场遭受雷击时,传统接地装置因接地电阻值过大,且雷电流在土壤垂直方向穿透性弱,会导致冲击电位分布不均,局部电位升高等问题。提出了一种新型的立体均压结构,用以扩大雷电流垂直泄流能力,改善地电位的下降梯度。理论计算与仿真结果表明:单个立体均压结构,相比于雷电注入点,地电位下降了约41.67%;多层立体均压结构,最外层地电位下降了约45.5%。     

不同形状输电杆塔接地装置的研究

输电杆塔接地装置形状的不同会引起其接地电阻、散流分布与跨步电压分布的不同,对人身安全产生影响。分别对四种不同形状的接地装置:方框型、圆环型、方框带四条斜射线型与方框带四角树枝状放射线型进行理论与仿真分析,比较五种接地装置接地电阻的大小、散流分布与跨步电压分布。得出冲击接地电阻:Rch(分叉型)Rch(射线型)Rch(圆环型)Rch(方框型),地电位最高且下降梯度最陡峭的区域与最大跨步电压分布在接地装置的边框及边框顶点、射线及射线分叉顶点和边框与接地引下线连接点的周围。     

风机接地装置的冲击特性研究

随着风电场的大规模建设以及风机位置的特殊性,雷电对风机危害的事故愈发频繁,为保证风电机组的安全运行,可靠的接地装置是风机防雷工程中的关键组成部分。以CDEGS软件作为仿真计算工具,通过建立风机接地网仿真模型,比较了雷电流作用下不同形状接地网的冲击特性,讨论了雷电流注入点、土壤电阻率、接地网埋深和雷电流波形对风机接地装置冲击特性不同程度的影响。仿真结果表明:多圆环接地网比单圆环接地网具有更好的散流性,采取接地网中心引流的方式可得到最小冲击接地电阻;土壤电阻率的增大会导致冲击接地电阻增大,不过增大的幅度逐步降低;仅增加接地网埋深对其降阻效果不明显,工程中应根据地理环境选择适当的埋深;对于同一雷电流注入点,当雷电流波前时间缩短时,冲击接地电阻将会增大。采用加装水平接地极和圆环不等间距布置的措施,对风机接地网的降阻效果比较明显,仿真结果对实际工程中设计风机的接地装置有一定指导意义。     

采用立体均压环对特殊地区输电线路铁塔的接地改造分析

针对输电线路杆塔无法铺设水平放射接地极的特殊地区,提出利用立体均压环接地装置配合降阻剂的方法对接地装置进行优化设计,通过建立等效模型推导出新型接地装置接地电阻的理论计算公式,并应用MATLAB仿真软件验证其准确性,结合ANSYS有限元软件对比分析了采用水平放射极接地装置和新型接地装置的地表电位分布情况,结果表明,该新型接地装置在较小占地面积条件下不仅具有有效降低杆塔接地电阻的作用,而且大大增加了铁塔周围等势面面积,起到很好的均压作用,从而减小附近人员承受跨步电压和接触电压的概率。     

基于层次分析法的杆塔接地装置对人身安全影响研究

在线路杆塔遭受雷击或者发生接地故障时,故障电流经接地体入地时可能造成地电位异常升高而产生危险的接触电压或跨步电压,从而对人身安全构成威胁。基于层次分析法,综合考虑接地体对人身安全影响的散流特性、跨步电压分布与接地电阻这3种主要因素,结合仿真得出接地体周围地电位及跨步电压的分布规律,计算比较3种接地体的安全系数。计算比较得出,圆环型接地体是最安全的,适用于人口密集区域;方框带四条斜射线型接地体次之,适用于人口稀疏区域;方框型接地体最不安全,适用于山林等人口稀疏区域。     

双层高土壤电阻率地区发变电站接地网的分析

高土壤电阻率地区存在土壤垂直分层现象.为了均匀地表的电位分布,应进一步降低接触电压和跨步电压.采用接地设计软件CDEGS分析了发、变电站接地网不等间距布置方式压缩比的选取对接地电阻.接触、跨步电压的影响.讨论了不等间距接地网导体根数的选取原则.分析了青海某高土壤电阻率地区变电站接地网不同布置形式对接地网接地电阻、短路电流、接触电压以及地表电位的影响.分析表明.最优压缩比与上层土壤厚度、反射系数和接地网边长有关:在设计接地网时.只需考虑接触电压的最大值就能够达到安全要求;对于100 m×100m的接地网.其导体根数不少于10根.可保证导体上的泄漏电流密度更均匀,并显著地减小接地网接地电阻及地表电位.达到了对接地网的安全要求.     

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计提出了两种不同的优化方案,以尽可能降低雷电流流入接地网时的地电位升,使地电位升分布均匀,比较得出一种优选方案,可作为大型接地网工程设计的参考建议,具有一定的工程实用价值.     

利用浅基础作接地装置的探讨

通过比较接地网的网格数量、水平接地带和埋深对跨步电压的影响,定量论述了利用建筑物浅基础做接地装置的可行性。结论:均压措施能有效降低跨步电压;增加接地网的网格数量、水平带数量可以取得和增加接地装置埋深同样的效果;当土壤和基础等客观条件都满足规范要求,利用埋深很浅的钢筋混凝土浅基础梁作接地装置,即使仅有均压措施,也可以预防跨步电压的危害。     

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.     

风电场接地系统雷电冲击特性的研究

良好的接地系统对于风电机组的正常运行至关重要。基于风机接地圆环的不等电位模型研究雷电流波头时间与入地点、雷电流幅值、土壤击穿场强、土壤电阻率等因素对风电机组接地系统雷电冲击特性的影响规律以及多年冻土地区通过对接地网敷设垂直接地极的散流效果。结果表明:雷电流经风机接地圆环中心注入时具有更好的散流效果,雷电流波头时间越短,接地导体的电感效应越强烈,风机冲击接地电阻越大;随着雷电流幅值的增加,土壤的火花效应得以加强,风机接地圆环面积越小,冲击接地电阻降低越明显;土壤临界击穿场强越小,接地网附近土壤越容易发生火花效应,风机冲击接地电阻越小;风机接地网存在有效的散流半径,当接地网半径超过15 m时,散流效果不再明显增强;随着土壤电阻率的增加,风机接地圆环面积较小时的散流效果有限,冲击接地电阻几乎呈线性增长,而风机大面积接地圆环的冲击接地电阻增长有限,很快趋于饱和;对于存在多年冻土现象的地区,垂直接地极的散流效果较好,垂直接地极的布置不应过于密集,以减小导体之间的屏蔽效应。