论文题目: 变电站接地系统冲击特性的全时分析方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 电气工程
作者: 郭剑
导师: 何金良
关键词: 接地系统,暂态特性,扩展不等电位模型,多维智能模型,暂态全时响应
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 正确了解接地装置在雷电流作用下的冲击特性是电力系统及建筑物雷电防护的基础。目前国内外现有的研究方法不能同时考虑接地系统暂态响应的时频特性。本文采用时域频域双内插算法合成接地系统的全时域暂态特性,能够有效地处理接地系统的暂态响应的时频特性,改善了以往算法中准确度和效率之间的矛盾。首先,本文提出了基于电路理论的扩展不等电位模型法来计算地网暂态的早时响应。该时域计算方法将地网导体间的对地互阻抗考虑进计算模型中,并在此基础上发展了能够考虑土壤电离效应的算法。在将其进一步发展为电路模型后,采用基于电路模型的Bergeron算法进行计算,可完成地网暂态的早时响应计算。水平多层土壤中的电流场的计算方法较复杂。根据电流场的边界条件和格林函数表达式通式,本文提出一种计算机自动推导多层土壤格林函数表达式的方法,从而避免了传统方法中需要人工推导公式带来的问题,使多层土壤中电流场的计算更加方便。然后本文设计了一维和多维的两阶段自适应采样智能模型拟合算法,提出了基于智能模型拟合算法的接地系统在冲击电流激励下的晚时频域响应计算模型。在不损失计算准确度的前提下,使接地系统暂态计算的频域计算部分的整体效率提高20倍左右,有效地提高了计算速度。最后,本文提出了能够兼顾接地系统时变特性和频变特性的暂态全时响应计算模型,并根据接地网暂态计算的特点,建立了将该模型应用于接地系统暂态仿真前的预处理过程。通过与水平接地极和水平接地网的冲击特性试验结果相比较,验证了论文提出的分析方法的准确性。同时,本文将提出的方法应用于接地系统雷电暂态特性分析中。通过模拟计算,得出了不同雷电流波形、不同接地网尺寸、不同土壤结构以及不同引流方式等各种因素对接地系统冲击特性的影响规律。
论文目录:
第1章 引言
1.1 接地系统冲击特性研究的意义
1.2 国内外的研究现状及存在的问题
1.2.1 接地系统暂态仿真算法的国内外研究现状
1.2.2 目前国内外各种算法存在的问题
1.3 本文的主要研究内容
1.3.1 主要研究内容和创新点
1.3.2 本论文的结构
第2章 接地网电磁暂态过程的早时响分析方法
2.1 考虑自电感和电容效应的不等电位模型
2.2 考虑互感的不等电位模型
2.3 考虑土壤电离的不等电位模型
2.4 扩展不等电位模型的等值电路
2.5 扩展不等电位模型的参数计算
2.5.1 导体自阻抗的参数计算
2.5.2 导体对地自阻抗和导体间对地互阻抗的参数计算
2.5.2.1 单层土壤模型的参数计算
2.5.2.2 多层土壤模型的参数计算
2.6 采用Bergeron 算法对等值电路进行仿真
2.7 根据激励源频率对地网导体进行分段
2.8 算法验证
2.8.1 水平接地体的冲击早时响应
2.8.2 接地网的冲击早时响应
2.9 本章小结
第3章 接地网电磁暂态过程的晚时响应分析方法
3.1 智能模型拟合算法
3.1.1 智能模型拟合算法的含义及国内外研究现状
3.1.2 一维智能模型拟合方法
3.1.2.1 一维有理函数模型及构造方法
3.1.2.2 一维自适应拟合过程
3.1.3 多维智能模型拟合算法
3.1.3.1 多维有理函数模型及构造方法
3.1.3.2 多维自适应拟合过程
3.2 接地网暂态频域响应模型的构造及应用
3.2.1 接地网暂态响应模型的构造思路
3.2.2 20m×20m 田字形接地网
3.2.3 高电阻率土壤中的接地网暂态响应
3.2.4 200m×200m 接地网
3.3 接地网暂态空域响应模型的构造
3.3.1 矩量法系数矩阵元素的传统构造方法
3.3.1.1 矩量法的数学模型
3.3.1.2 地下偶极子在土壤中产生矢量磁位的索末菲积分表达形式
3.3.1.3 复镜像法对索末菲积分求解
3.3.1.4 地下偶极子在土壤中产生的电场强度
3.3.1.5 三角基函数的应用
3.3.1.6 传统计算方法的不足
3.3.2 基于空域模型构造系数矩阵的方法
3.3.2.1 水平偶极子产生的水平方向电场强度
3.3.2.2 水平偶极子产生的竖直方向电场强度
3.3.2.3 竖直偶极子产生的水平方向电场强度
3.3.2.4 竖直偶极子产生的竖直方向电场强度
3.3.3 基于空域响应模型的系数矩阵构造准确度
3.4 本章小结
第4章 接地网电磁暂态过程的全时响应分析
4.1 Hermite 基函数法
4.2 Hermite 基函数法在地网暂态仿真应用中的改进
4.3 Hermite 基函数法的实验验证
4.3.1 水平接地极冲击响应实验
4.3.2 接地网冲击响应实验
4.4 本章小结
第5章 接地系统冲击特性研究
5.1 接地网电位及地表电位分布规律
5.2 接地网参数对冲击特性的影响
5.2.1 接地网面积对冲击特性的影响
5.2.2 接地网导体间距对冲击特性的影响
5.2.3 不等间距接地网的冲击特性
5.2.4 垂直接地极对冲击特性的改善
5.2.5 电流注入点位置对冲击特性的影响
5.2.6 接地网埋深对冲击特性的影响
5.3 其他外界因素对接地网冲击特性的影响
5.3.1 雷电流波形对接地网冲击特性的影响
5.3.2 土壤参数对接地网冲击特性的影响
5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2006-06-29
参考文献
- [1].基于接地系统频域特性的接地网缺陷诊断研究[D]. 张蓬鹤.华中科技大学2011
- [2].接地系统暂态特性数值计算及试验研究[D]. 杨琳.西南交通大学2013
- [3].大电流及复杂地质结构下接地系统散流规律及参数计算[D]. 曹晓斌.西南交通大学2011
- [4].运行交联聚乙烯电缆绝缘状态及接地系统的监测与评价[D]. 王立.天津大学2013
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- [6].青藏铁路输变电系统防雷及接地技术的研究[D]. 付龙海.西南交通大学2007
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