考虑土壤频变性的接地装置频域性能研究

发布时间：2017-10-23 14:31

  本文关键词：考虑土壤频变性的接地装置频域性能研究

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【摘要】：随着电力工业的发展,系统容量越来越大、电压等级越来越高。近年来,特高压输电技术和超特高压变电站等应用越来越广泛。由于特高压输电线路跨度范围广,当其遭受雷击跳闸时会导致更大面积的故障出现;另外,超特高压变电站中电气开关在操作或故障时会产生较高频率的电流。作为电力系统的重要组成部分,接地装置在系统遭受雷击或故障时能够迅速泄放故障电流,为电力系统安全稳定运行提供保障。因此,准确计算高频暂态电流下接地装置的频域性能至关重要。传统的接地性能分析中,土壤参数一般都是依照工频参数设置。实际的雷电流和暂态电流频率覆盖范围很广,在计算接地装置性能时需将高频电流考虑在内。本文首先介绍了土壤电气参数频变特性的机理,总结了国内外关于土壤参数的试验测量平台和典型的频变公式,并选取Visacro-Alipio频变公式供本文数值模型使用。然后利用COMSOL Multiphysics建立了考虑土壤频变性的接地装置频域性能矢量有限元模型;其中模型采用麦克斯韦全波方程,同时考虑场域中的位移电流和感应电流的影响,更加准确地描述接地装置散流故障电流尤其是高频故障电流的物理过程;采用空间坐标变换法处理开域电磁场的计算问题,在保证计算精度的基础上降低了计算量;针对高频情况下的集肤效应问题,引入阻抗边界条件。采用本文模型计算接地网的接地参数并与华北电力大学现场试验测量及CDEGS软件计算结果对比验证了模型的准确性。最后,利用上述数值模型分析典型接地装置的频域性能,分别在考虑和不考虑土壤频变特性条件下计算频率为50Hz、1MH、2MH和4MH时地中土壤电流密度、电位分布情况,沿接地导体电位分布和泄漏电流分布及接地电阻等参数。结果发现:考虑土壤频变特性时,地中电位和接地电阻下降,土壤中电流密度升高,且随着频率升高,这种现象更加明显;另外,在高土壤电阻率地区考虑频变性时对接地参数的计算结果影响更大。
【关键词】：土壤频变性 有限元 空间坐标变换 频域性能
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM862
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 接地装置性能研究现状11-20
• 1.2.1 接地装置性能的试验研究现状11-13
• 1.2.2 接地装置性能数值计算方法研究现状13-19
• 1.2.3 土壤电气参数频变特性研究现状19-20
• 1.3 本文主要工作20-22
• 2 土壤电气参数频变特性22-30
• 2.1 土壤电气参数频变原理22-23
• 2.2 土壤电气参数的试验测量23-26
• 2.2.1 Portela试验平台23-24
• 2.2.2 重庆大学试验平台24-25
• 2.2.3 Visacro试验平台25-26
• 2.3 土壤电气参数频变特性公式总结26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 考虑土壤频变特性的接地装置有限元模型30-47
• 3.1 基于有限元法的软件应用简述30-32
• 3.1.1 软件介绍30-31
• 3.1.2 建模过程31-32
• 3.2 接地装置频域性能的矢量有限元模型32-39
• 3.2.1 接地装置散流过程的数学描述32-34
• 3.2.2 散流模型的离散化和基函数34-35
• 3.2.3 矢量有限元方程35-36
• 3.2.4 无穷散流区域的空间坐标变换36-38
• 3.2.5 阻抗边界条件38-39
• 3.3 数值模型的验证39-45
• 3.3.1 低频下数值模型的验证40-43
• 3.3.2 高频下数值模型的验证43-45
• 3.4 本章小结45-47
• 4 接地装置频域性能分析47-64
• 4.1 水平接地极的频域性能分析47-53
• 4.1.1 土壤中电流密度的频域性能分析47-50
• 4.1.2 土壤中电位分布的频域性能分析50-52
• 4.1.3 土壤中接地电阻的频域性能分析52-53
• 4.2 垂直接地极的频域性能分析53-58
• 4.2.1 土壤中电流密度的频域性能分析53-56
• 4.2.2 土壤中电位分布的频域性能分析56
• 4.2.3 土壤中接地电阻的频域性能分析56-58
• 4.3 接地网的频域性能分析58-63
• 4.3.1 土壤中电流密度的频域性能分析58-60
• 4.3.2 土壤中电位分布的频域性能分析60-62
• 4.3.3 土壤中接地电阻的频域性能分析62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 结论与展望64-66
• 5.1 本文结论64-65
• 5.2 未来展望65-66
• 参考文献66-70
• 个人简历、在学期间发表的学术论文70-71
• 个人简历70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70-71
• 致谢71

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