土壤结构对接地极接地性能影响分析

发布时间：2020-06-26 20:58

【摘要】：发变电站以及输电线路的接地系统是保证电力系统正常运行和电气设备安全的重要设施。目前大量研究中,将接地体周围土壤简化为水平均匀土壤结构,但大部分地区的地势比较复杂,土壤分层结构明显且土壤电阻率较大。如果根据均匀水平土壤结构设计接地装置并计算其接地参数,则会造成计算结果与实际运行情况相差较大。准确分析复杂土壤结构中接地极接地性能及其散流机理是发变电站及输电线路的接地极合理优化设计的基础。本文在详细分析各国学者对发变电站及架空输电线路的接地极周围土壤结构和数值计算方法的研究的基础上,针对有限元法在分析计算大型接地体时存在剖分困难,计算量过大等问题,在建立模型过程中选取具备一定虚拟厚度的二维面模拟接地导体,可以在确保计算精度的前提下解决计算大型接地体接地性能时存在的问题,并通过对比文献实际测量数据及CDEGS计算结果验证了该模型的准确性。基于有限元模型,分别建立了垂直三层土壤结构模型、块状土壤结构模型、落差土壤结构模型,根据数值计算结果具体分析了复杂土壤结构下水电站接地体的散流过程,并定量分析了河岸土壤电阻率、河流深度、接地装置埋深等参数对水电站接地装置散流过程及接地电阻的影响。结果表明:河流深度是影响水电站接地网接地性能的重要因素,水电站接地装置设计过程中应选考虑实际河水深度的块状土壤结构模型模拟水电站接地极周围土壤结构。为尽可能准确模拟杆塔接地装置周围土壤结构,基于有限元法,建立了考虑河流、山体的土壤结构模型;分析了不同土壤结构模型中接地体冲击散流过程;并分析了河水与接地导体的间距、山体的陡度、山体顶面积等参数对接地体冲击接地电阻的影响。结果表明:土壤电阻率较高时,接地导体与河流之间的距离小于5m时,接地导体冲击散流过程以及冲击接地电阻受河流的影响较大;山体顶面积为20m×20m时,坡度15~o≤α≤75~o,接地导体埋设于山顶和山侧时其冲击接地电阻值分别升高了79.6%和32%,山区架空输电线路接地装置设计需全面考虑山顶面积和山体坡度对接地导体散流和冲击接地电阻的影响。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM862
【图文】：

平面图,接地装置,平面图,加权余量

图 2.1 具有虚拟厚度的接地装置平面图三维散流区域有限元方程用伽辽金加权余量法对三维散流空间中离散化的四面体到单元 e 的加权余量为：RNjVeVeieie(())d2= γ +ωε eiR 为单元 e 上的加权余量；eiN 为单元 e 中节点 i 的权函数；e 为单元 e 的电位。单元节点电位和权函数的乘积表示四面体单元 e 内的电位( )ejjeje N x,y,z 41 == 式（2.13）代入（2.12），根据相应的边界条件可以得到程为：[( )]dV0(1,24= + == RjNNIieeee γωε

示意图,空间变换,示意图,外域

：TzNyNxNN [] =，TzNyNxNN []'''' =，J 为坐标变换的雅可比通过坐标变换后，空间体积分满足：'1'''1dV dxdydzJdxdydzJdV = ==（变换后，外域中的方程为：[()()]( 1,2...,4)'''41= + == =RNJjJJNdV0ievejeTT1ijejei γωε（将变换前后的外域的有限元方程作对比可知：有限元算法并没有改变差别只在于改变了介质参数。所以，仅需要改变变换后外部区域的介并与内部区域的初始方程进行合并就可以计算得到接地导体接地参数计算准确度的同时减小了求解空间的体积，降低了计算内存，提高了。

【参考文献】