变电站接地网冲击特性研究

论文摘要

当变电站内及附近发生雷击事故或GIS变电站短路故障时,变电站接地系统可能注入高频大冲击电流,使得大型接地网的安全性能更加复杂。目前,对接地网冲击特性的研究存在以下不足之处:未考虑土壤非线性特性的影响;未找出漏电流在导体段表面的散流规律。事实上,土壤的非线性特性对接地网的冲击特性是有影响的,而假设不同的漏电流分布情况会导致不同的计算结果,因此,有必要在分析接地网的冲击特性时考虑土壤的非线性特性,并对接地网在冲击电流作用下的散流规律进行试验研究。本文主要研究内容分四部分:①将电路模型与电场模型相结合,提出考虑火花放电非线性特性的接地网频域分析新方法,并与快速傅立叶变换方法相结合,建立接地网冲击特性理论分析模型;②用该方法分析一个简单田字型接地网的冲击接地特性,并根据量纲相似性原理进行接地网冲击特性的模拟试验来验证该方法计算结果的正确性。试验主要研究接地网在均匀及双层土壤中的冲击特性。均匀土壤试验中主要分析接地网埋深及电流注入点位置对接地网冲击接地电阻值的影响,双层土壤中主要分析上层土壤厚度及电流注入点位置对接地网冲击接地电阻值的影响;③采用该方法通过大量计算分析接地网结构尺寸、土壤电阻率、土壤结构、注入点位置等因素对接地网冲击特性的影响规律;④采用空心电流传感器测量冲击电流注入时接地网上不同测量点处的轴向电流值,分析漏电流在接地网表面的散流规律。该冲击电流散流规律试验从试验方案的设计到试验规律的总结均为国内首次提出。以上研究成果对今后接地网的冲击特性研究提论理论依据和试验经验,具有重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究接地网冲击特性的重要意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.2.1 国外接地技术的发展
• 1.2.2 国内接地技术研究状况
• 1.3 本文主要工作
• 2 接地体的冲击放电特性分析
• 2.1 土壤的击穿特性
• 2.2 土壤的电击穿机理
• 2.3 接地体的冲击特性分析
• 2.4 格林函数计算接地参数的原理
• 2.5 双层土壤中接地体在任一点产生的电位
• 2.6 常用的接地网冲击特性计算方法分析
• 2.7 小结
• 3 考虑土壤非线性特性的接地网冲击特性分析模型
• 3.1 接地导体参数计算
• 3.1.1 内电阻计算
• 3.1.2 外自感和互感的计算
• 3.2 考虑土壤非线性特性的接地体等值半径
• 3.3 接地网冲击特性的频域分析方法
• 3.4 小结
• 4 考虑非线性特性的接地网冲击特性分析方法的试验验证
• 4.1 接地网冲击特性试验的模拟原理
• 4.2 试验装置
• 4.3 试验方法及步骤
• 4.4 试验结果与计算结果的对比
• 4.4.1 典型的雷电流试验波形
• 4.4.2 均匀土壤中接地网的冲击接地电阻
• 4.4.3 双层土壤中接地网的冲击接地电阻
• 4.5 小结
• 5 考虑土壤非线性特性的接地网冲击特性分析
• 5.1 土壤非线性特性影响
• 5.1.1 均匀土壤中接地网冲击特性对比
• 5.1.2 双层土壤中接地网冲击特性对比
• 5.2 接地网地表电位分布规律
• 5.3 接地网结构对冲击特性的影响
• 5.4 土壤参数对冲击特性的影响
• 5.5 冲击电流注入点位置对冲击接地特性影响
• 5.6 小结
• 6 接地网冲击电流散流规律试验研究
• 6.1 常用的接地体散流规律模型
• 6.2 冲击电流测量方法
• 6.3 电流传感器测量原理及参数
• 6.4 测量结果及分析
• 6.4.1 土壤电阻率与沙粒含水量的关系
• 6.4.2 接地网轴向电流值分布规律
• 6.4.3 接地网埋深对电流值分布规律的影响
• 6.5 小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文