接地网冲击特性分析及其优化设计

发布时间：2017-07-06 21:14

  本文关键词：接地网冲击特性分析及其优化设计

  更多相关文章： 接地网 冲击特性 优化设计 电磁暂态仿真 果蝇算法

【摘要】：研究接地网的雷电冲击特性是对电力系统进行雷电防护的基础。当变电站受到雷击时,其接地系统会受到高频雷电流的冲击,使变电站的接地网呈现出复杂的冲击特性,而这在传统的接地系统安全设计中考虑甚少。同时,针对接地系统的冲击特性进行优化设计,可以改善雷电流的冲击对接地系统的影响。因此在接地系统的设计时应考虑冲击特性的影响并对其进行定性和定量的分析,寻求对其的应对方法,这对确保接地系统性能是十分重要的。为此,本文以接地网的冲击特性为研究对象,研究了矩形接地网和圆环接地网的冲击特性,针对常规的矩形接地网,在考虑其冲击特性的情况下,提出了基于果蝇优化算法的接地网优化设计方法,其能得到接地网导体在雷电暂态效应下布置的最优形式,可提高地网的可靠性。本文在借鉴已有研究成果的基础上,建立了基于EMTP的接地体双?等效模型,冲击特性的仿真结果表明了该模型的可行性。进一步地,系统分析了矩形接地网在雷电流作用下的冲击特性,通过大量的仿真分析,得出不同雷电流波形、不同雷电流的注入位置、不同土壤电阻率、垂直接地极以及不同的接地网结构等因素对接地网冲击特性的影响规律。由于传统接地网往往采用矩形的布设方式,忽略了地网形状对于冲击特性的影响。本文提出了相较于矩形接地网屏蔽系数更低的两类圆环接地网的布置方法,通过对圆环接地网冲击特性的研究,发现圆环接地网的散流效果好于传统的矩形接地网,并且圆环接地网的冲击特性相对于矩形接地网而言得到了很大程度的改善。在分析了矩形接地网在雷电流作用下的冲击特性的基础上,鉴于矩形接地体不等距布置的优势,采用按指数规律优化布置接地网导体,并在此基础上提出了基于果蝇优化算法的接地网优化设计方法,其能得到考虑雷电暂态效应的接地网导体的最优布置形式。该方法既能克服采用数学拟合的经验公式所引起的误差,又具有快速收敛和高准确度的特点,实例验证了该方法的优越性。
【关键词】：接地网 冲击特性 优化设计 电磁暂态仿真 果蝇算法
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM862
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 电力系统接地概述14-15
• 1.2 选题背景与意义15
• 1.3 国内外研究现状及其分析15-20
• 1.3.1 接地装置冲击特性数值计算方法15-19
• 1.3.2 接地网优化设计方法19-20
• 1.4 本文主要工作20-21
• 第2章 接地体冲击特性分析与建模21-36
• 2.1 引言21
• 2.2 雷电流的数学模型21-23
• 2.2.1 雷电流的参数21
• 2.2.2 雷电流的解析表达式21-23
• 2.3 接地导体的参数计算23-30
• 2.3.1 电阻计算23
• 2.3.2 自电感计算23
• 2.3.3 电导与电容计算23-25
• 2.3.4 互感计算25-27
• 2.3.5 互阻计算27-30
• 2.4 接地体建模30-31
• 2.4.1 仿真软件EMTP介绍30-31
• 2.4.2 基于EMTP的接地体模型31
• 2.5 土壤的击穿特性31-32
• 2.6 土壤的电击穿机理32-33
• 2.7 接地体的冲击特性33-34
• 2.8 冲击电阻的影响因素34-35
• 2.9 小结35-36
• 第3章 矩形接地网的冲击特性研究36-47
• 3.1 引言36
• 3.2 雷电流波形对冲击特性的影响分析36-37
• 3.2.1 波前时间对冲击特性的影响36-37
• 3.2.2 半波时间对冲击特性的影响37
• 3.3 雷电流注入位置对冲击特性的影响分析37-38
• 3.4 土壤电阻率对冲击特性的影响分析38-39
• 3.5 矩形接地网结构对冲击特性的影响分析39-45
• 3.5.1 接地网面积对冲击特性的影响39-40
• 3.5.2 接地网导体间距对冲击特性的影响40-41
• 3.5.3 垂直接地极对冲击特性的影响41-43
• 3.5.4 双层接地网的冲击特性43-44
• 3.5.5 不等距接地网的冲击特性44-45
• 3.6 小结45-47
• 第4章 圆环接地网的冲击特性研究47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 圆环接地体建模47-48
• 4.2.1 圆环接地体仿真模型47-48
• 4.2.2 圆环接地体仿真数据48
• 4.3 中心圈不含均压带的圆环接地网冲击特性分析48-51
• 4.3.1 均压带数目对地网冲击特性的影响48-49
• 4.3.2 均压环数目对地网冲击特性的影响49-51
• 4.4 中心圈含均压带的圆环接地网冲击特性分析51-54
• 4.4.1 均压带数目对地网冲击特性的影响51-52
• 4.4.2 环间距对地网冲击特性的影响52-54
• 4.5 圆环接地网与方形接地网的冲击特性对比54-56
• 4.5.1 仿真参数54
• 4.5.2 冲击特性对比分析54-56
• 4.6 小结56-58
• 第5章 考虑冲击特性的接地网优化设计58-67
• 5.1 引言58
• 5.2 接地系统设计要求58-59
• 5.2.1 设计总要求58
• 5.2.2 接地网参数要求58-59
• 5.2.3 对冲击特性的考虑59
• 5.3 不等距接地网的布置59-62
• 5.3.1 接地体不等距布置的优点59-60
• 5.3.2 水平接地网的优化布置60-61
• 5.3.3 压缩比的求取61-62
• 5.3.4 存在问题62
• 5.4 果蝇优化算法62-64
• 5.4.1 算法原理62-63
• 5.4.2 算法流程63-64
• 5.5 应用果蝇算法的接地网优化64-65
• 5.5.1 优化原理64
• 5.5.2 求解最佳压缩比的算法设计64-65
• 5.6 仿真实例分析65-66
• 5.7 小结66-67
• 结论与展望67-69
• 参考文献69-75
• 致谢75-76
• 附录A （攻读学位期间发表的学术论文目录）76-77
• 附录B （攻读学位期间参加的科研工作及学术活动）77

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