石墨基柔性接地装置在输电线路中的适用性研究

石墨基柔性接地材料因具有化学性质稳定、耐腐蚀性优异、与土壤相容性较好等优点被应用在输电线路杆塔接地体中,但是其在应用时的适应性必须依据输电线路的输送能量、杆塔位置和运行环境确定.本文通过建立不同输电线路杆塔接地装置的有限元仿真模型,计算相应的接地电阻;根据接地电阻值,采用ATP-EMTP软件,计算接地短路及雷电冲击大电流下流过接地装置的电流和温升,从接地电阻和工频短路电流,以及雷电冲击大电流下的温升两个方面,研究石墨基柔性接地装置在输电线路中的适用性.研究结果表明,规程要求的工频接地电阻满足输电线路杆塔接地电阻的要求,但是特高压输电线路发生单相接地短路故障时,保护拒动会使接地装置的温升超过限值.     

接地极入地电流对杆塔腐蚀及防护研究

当直流接地极址靠近输电走廊时,有直流通过地线在不同等电位面的杆塔之间流动,造成杆塔接地体及基础导体腐蚀.针对锦屏一苏南±800kv特高压直流输电工程送端龙恩接地极址,以距极址最近的二自Ⅱ回500kV交流线路为例,仿真计算了流过各个杆塔的直流电流值,分析了土壤结构、杆塔接地电阻等参数对直流分布的影响,结果表明中层电阻率越大、杆塔接地电阻越小,流过杆塔的直流电流值就越大、腐蚀就越严重,而整条线路由直流引起的腐蚀量并不严重,最后结合分析结果提出几种防护措施.     

基于有限元法的水平接地体冲击接地电阻计算与分析

杆塔冲击接地电阻是输电线路防雷接地的重要技术参数-传统冲击接地电阻计算时,通常将接地体各段的电感视为常数,忽略了各段之间的互感,造成冲击接地电阻计算精度较差:基于此,采用有限元法计算并分析了考虑互感的输电线路杆塔水平伸长接地体冲击接地电阻。采用ANSYS对不同长度接地体上的电感进行计算,得出其走势,并分析变化规律;进行了分布参数电路模型的仿真计算,与传统公式的冲击电压波形及接地电阻计算进行对比。结果表明:水平伸长接地体上的电感大致呈现两端小,中间大的规律,数值最高相差2.4倍;在低土壤电阻率环境下,考虑了自感和互感的模型所得的数据更加符合实际结果,因此在多种接地装置的冲击接地电阻分析中可以取代传统经验公式计算。     

500kV输电线路杆塔接地电阻季节变化特性测量与分析

输电线路杆塔接地电阻测量是线路防雷的一项重要工作内容,而杆塔接地电阻随降雨量的季节性变化而变化。采用三极法在不同月份对杆塔接地电阻进行测量,分析降雨量、温度、地形、土壤类型等因素对杆塔接地电阻的影响,探讨不同因素对季节系数的影响机制。测量与分析结果表明:500kV输电线路杆塔接地电阻出现季节性变化最主要影响因素是不同季节降雨量的变化,并由所测数据分析地形对接地电阻季节性变化的影响,给出该地区平地和坡地的接地电阻季节影响系数。     

杆塔接地技术探讨

输电线路杆塔接地装置通过杆塔或引下线与避雷线相连,其主要作用是将击于输电线路的雷电流引入大地,以减小雷击引起的停电和人身事故。无疑,降低杆塔接地装置的接地电阻是提高线路耐雷水平的一项十分重要的措施。本文对冲击接地电阻的计算及接地电阻偏高的原因进行了讨论,并提出了降低输电线路杆塔接地电阻的措施。     

输电线路杆塔及接地体雷电冲击响应分析北大核心CSCD

雷击是造成输电线路跳闸的主要原因,研究输电线路及接地体的雷电冲击响应具有十分重要的意义。为此,笔者运用电磁分析软件CDEGS建立了500 kV双回路自立式输电线路杆塔雷电冲击模型,分析不同雷电流波形、不同杆塔参数、不同土壤电阻率和不同接地体长度下输电线路杆塔及接地体上雷电冲击响应规律。计算结果表明,雷击杆塔塔顶时,避雷线分流大小与土壤电阻率成正比关系,雷电流过大将导致绝缘子击穿;雷电流波前时间越短、横担越窄、杆塔越高、土壤电阻越大、接地体越短,雷击时塔顶和接地体冲击电压峰值越高;在高土壤电阻率地区通过增长接地体长度、降低土壤电阻率能有效降低塔顶和接地体电位。     

输电线路杆塔及接地体雷电冲击响应分析

雷击是造成输电线路跳闸的主要原因,研究输电线路及接地体的雷电冲击响应具有十分重要的意义。为此,笔者运用电磁分析软件CDEGS建立了500 kV双回路自立式输电线路杆塔雷电冲击模型,分析不同雷电流波形、不同杆塔参数、不同土壤电阻率和不同接地体长度下输电线路杆塔及接地体上雷电冲击响应规律。计算结果表明,雷击杆塔塔顶时,避雷线分流大小与土壤电阻率成正比关系,雷电流过大将导致绝缘子击穿;雷电流波前时间越短、横担越窄、杆塔越高、土壤电阻越大、接地体越短,雷击时塔顶和接地体冲击电压峰值越高;在高土壤电阻率地区通过增长接地体长度、降低土壤电阻率能有效降低塔顶和接地体电位。     

500 kV输电线路绝缘地线雷电流分布

对于重覆冰区域的输电线路来说,地线覆冰会严重威胁到线路的安全运行。采用绝缘地线直流融冰的方式是解决架空地线覆冰问题的方法之一。当输电线路发生雷击事故时,直流融冰采用的绝缘地线与杆塔之间的雷电流分布情况决定了杆塔的塔顶电位,影响着杆塔的耐雷水平与线路防雷接地的保护。利用电磁暂态软件EMTP,对杆塔和绝缘地线中的雷电流分布进行了计算分析。计算结果表明,在500 kV输电线路中,雷电流主要通过杆塔流入大地,雷电流的幅值、杆塔档距、接地电阻的大小、地线结构、直径以及地线接地方式等对绝缘地线和杆塔分流情况有重要的影响。计算结果可为绝缘地线分流系数和杆塔分流系数的研究提供重要的参考价值,并有利于指导输电线路的优化设计。     

考虑火花放电等效半径的输电线路杆塔伸长接地体的冲击接地计算

提出了考虑火花放电等效半径的输电线路杆塔水平伸长接地体冲击接地的数值计算模型。应用该模型进行了火花半径、接地体冲击地电位分布、电流波形及冲击接地电阻的计算。     

杆塔冲击接地阻抗的有限元分析

电力系统的运行经验表明,大多数输电线路事故是由雷击输电线路或杆塔引起跳闸所致。经由输电线路杆塔接地体流入大地的雷电流可达数十甚至上百千安,此时接地体周围土壤出现非线性火花放电现象。为了提高输电线路耐雷水平,降低雷击故障率,考虑实际工况下土壤非线性火花放电效应进行杆塔接地体参数计算对降低杆塔接地电阻的优化设计至关重要。文中基于电磁场理论,考虑土壤中的火花效应特性,采用有限元数值计算方法建立了仿真模型,实现了高幅值冲击接地电流下接地体入地散流过程的模拟。研究表明,该仿真模型与试验结果偏差小于10%;随着雷电流幅值的升高,冲击接地阻抗降低且有饱和趋势;接地体阻抗随雷电流频率增大而增大。     

基于冲击接地电阻的输电线路接地极形状优化

降低输电线路杆塔接地极的冲击接地电阻能有效防止线路遭受雷击。采用冲击系数法,对不同形状接地极的冲击接地电阻进行计算分析,得出冲击接地电阻随土壤电阻率增加而变大;随电极埋深变大而减小;随电极有效面积增大而减小。在此基础上改进接地极的形状,采用ETAP软件对改造后的接地极进行仿真计算,结果表明,改造后的接地极的冲击接地电阻明显减小,达到了较好的防雷效果。     

直流接地极与大地中金属管道的防护距离

针对直流输电工程接地极对地下金属构件的腐蚀问题,对电腐蚀的特性进行了分析,确定了大地金属构件腐蚀的限值。因海岸与陆地直流接地极计算模型不同,考虑到海洋面积远大于陆地面积,且海水的电阻率远小于大地土壤电阻率,对附近大地电位的分布影响较大,因此海岸直流接地极应根据周围的地质环境建立计算模型。考虑到海洋对大地电位的影响,对大地土壤电位梯度进行了计算,预估了海岸直流接地极与地下金属构件的防护距离。     

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。     

特高压直流输电圆环型接地极电流场计算

在特高压直流(UHVDC)输电接地极设计过程中,需要对接地极附近的电流场进行计算。为此,介绍了基于电阻网络模型的高压直流输电圆环型接地极电流场的计算方法。首先将接地极场域在三维空间内分割为若干单元,每个单元等效为系统中的1个节点,通过6个等值电阻与相邻单元节点连接;然后将所有单元节点相互连接,构成1个电阻网络,从而将电流场计算问题转化为对电阻网络的求解问题;最后求解电阻网络,得到节点电压,并根据节点电压计算跨步电压、溢流密度等电流场相关参数。在同等条件下,将该算法与ANSYS仿真得到的电流场计算结果进行对比,结果偏差较小,验证了该算法的正确性。     

直流接地极线路与同塔或同走廊架设交流输电线路相互影响

为节省线路走廊占地,直流接地极线路会部分与站外交流电源线路同塔共架或同走廊架设,2种架设方式均存在交流线路和直流接地极线路相互影响的问题。采用电磁暂态计算程序,对接地极线路与35 kV交流线路同塔共架和接地极线路与330 kV交流线路同走廊架设条件下,交流线路和直流接地极线路的相互影响进行研究。结果表明：直流接地极线路与35 kV交流线路同杆共架时,35 kV交流线路在直流接地极线路上产生的感应电动势很小,最高感应电动势小于2 kV,对直流系统不会造成影响;直流接地极线路在35 kV交流系统上产生的感应电动势远小于35 kV交流设备的绝缘水平,对35 kV交流系统的安全运行不会造成危害。直流接地极线路与330 kV交流线路同走廊架设时,330 kV交流线路在直流接地极线路上产生的最高感应电动势不大于18 kV,对直流接地极线路的安全运行不会造成危害。研究结果对保障交流线路和直流接地极线路的安全稳定运行具有重要意义。     

多层水平土壤对交流电网直流分布的影响

直流输电入地电流在交流系统内分布,对变压器和电网造成不良影响。为探讨多层水平土壤情况下直流分布的规律,建立了直流分布的完整计算模型,通过数值计算分析了直流极的简化处理方法案和4层水平土壤对直流分布的影响。计算结果表明:在变电站距离大于10倍直流极尺寸的情况下可以用点电流源代替具体的直流极;场参数的求解是本模型关键,直流模型的场参数实质就是互阻,大型交流电网直流分布不能忽略变电站间互阻的影响;变电站接地电阻和地电位分布均受到大地参数作用呈现一致变化,但受影响程度不同,两者对交流电网总体直流分布的作用相反,造成直流分布呈现非线性变化;大地参数变化至一定程度时不会明显直流分布改变。     

特高压直流入地电流对附近杆塔地网腐蚀评估

为了有效开展直流入地电流对交流电网的影响评估,指导特高压直流接地极工程的选址建设,以国家电网公司正在建设的±800kV某特高压直流输电工程接地极(址)及邻近500kV交流输电线路杆塔实际参数为例,采用接地仿真计算软件建立了相应的极址土壤模型和线路电气模型,对流入输电线路各杆塔接地体的直流电流及分布特性进行了全面、系统的研究,根据接地极在设计寿命内的总安时数和运行方式计算得到了单基杆塔接地体的腐蚀量,分析表明杆塔地网腐蚀量与接地极运行的安时数、流出该基杆塔接地体的电流值以及使该基杆塔接地体电流流出时接地极的运行时间成正比,且主要集中在接地体的末端,建议应根据极址土壤电阻率参数和系统额定电流来确定接地极与输电线路的最小距离要求。该成果可用于指导直流接地极设计中类似问题的研究。     

单根伸长接地体的冲击特性与仿真模型的研究

冲击接地阻抗是影响输电线路防雷等级和雷击跳闸率的重要因素。目前,通常采用模拟试验或者仿真计算来研究冲击接地阻抗,无法真实反映接地体冲击接地特性。为了研究接地体在冲击电流下的特性,本文采用大型冲击电流发生器对接地体进行真型试验研究,以多种型式接地体为研究对象,讨论了冲击电流幅值和接地极尺寸对接地体冲击特性的影响并建立了接地体冲击接地阻抗EMTP仿真模型。试验结果表明,冲击电流幅值升高、接地体长度增加或截面直径增大都会使冲击接地阻抗降低,且接地体长度和冲击电流幅值的影响均出现饱和现象;仿真结果表明,通过分段π型等值电路Models模型建立的接地体冲击接地阻抗仿真模型可有效计算接地体冲击接地阻抗。     

接地模块在输电线路中的应用

输电线路的雷击跳闸次数一般占线路总跳闸次数的50%以上。降低输电线路雷击跳闸率的主要措施之一是降低线路杆塔的冲击接地电阻,在高土壤电阻率地区,采用传统的方法难以使杆塔的冲击接地电阻满足要求。以石墨为主要原料而制成的接地模块,可有效地降低杆塔接地装置的工频接地电阻,尤其可大幅降低杆塔的冲击接地电阻,从而降低输电线路的雷击跳闸率。