杂散电流对变电站接地装置腐蚀的影响及其仿真研究

发布时间：2017-07-17 00:06

  本文关键词：杂散电流对变电站接地装置腐蚀的影响及其仿真研究

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【摘要】：随着我国用电量的迅速增加,电力系统装机容量不断扩大,电网容量也进一步增大,这对变电站的安全稳定运行提出了更高要求。接地装置,作为变电站内用于电气设备泄流电流的重要组成部分,常年埋于地下,除受到土壤中化学腐蚀和电化学腐蚀外,还要承受土壤中杂散电流的腐蚀。做好接地装置的防腐蚀工作,不仅能保证接地装置的使用寿命,也能确保变电站安全稳定运行。迄今为止,对变电站接地装置腐蚀的研究已取得一定的成果,但对站内杂散电流研究的报道还比较少,且杂散电流腐蚀的危害巨大,可直接导致变电站内电气设备跳闸,造成整个电网停电等事故。因此,变电站接地装置的杂散电流腐蚀研究成为重要且迫切的研究课题。本文主要从三个方面来分析研究变电站接地装置的杂散电流。一是以金属Q235作为研究对象,通过室内模拟变电站接地网交流杂散电流腐蚀,采用腐蚀失重法、电化学极化曲线法等方法探讨了交流电流密度、通电腐蚀时间、土壤酸碱性以及交流电频率等因素对交流杂散电流腐蚀的规律;二是采用ANSYS有限元的电磁仿真功能对变电站接地网周围空间电位的分布进行仿真分析,研究了方位角、土壤电阻率、泄流电流以及金属管线间距离等因素对变电站周围空间电位分布的影响,通过电位分布云图和电位分布曲线来对比分析电位分布情况;三是采用数值计算的方法,通过MATLAB软件对变电站接地装置地面电位的分布进行仿真计算研究,运用格林函数计算原理推导了变电站接地装置地面电位分布的数学模型,通过电位分布矩阵、电位分布三维图等来分析不同规格均匀网格下地面电位的分布情况。变电站接地网交流杂散电流腐蚀研究表明:变电站接地网周围产生的交流杂散电流可加剧接地金属的腐蚀,随着交流电流密度的增大,腐蚀电位增大,腐蚀增强;随着通电时间的增加,接地金属的杂散电流腐蚀先增强,后减弱;在酸性土壤环境中,接地金属易遭受交流杂散电流腐蚀,且酸性越强,腐蚀越强;在碱性环境中,交流杂散电流腐蚀被抑制;微弱交流电频率的改变对接地金属的交流杂散电流腐蚀影响很小。ANSYS有限元仿真变电站接地网周围空间电位分布研究表明:ANSYS软件能够比较准确地模拟和分析变电站接地网周围空间电位的分布情况;在与接地网金属管线平行处的电位几乎处处相等,随着方位角逐渐增加,金属管线中心处与其两端的电势差不断增大,当两金属管线呈垂直状态时,电势差达到最大;接地网金属中泄流电流越大,接地网周围空间电位值越大;土壤电阻率对接地网周围空间的电位分布影响较大,土壤电阻率越高,接地网周围空间电位越高,且电位值由管线中心处向两端递减;接地网金属管线间距离越大,电位越低。对变电站接地网地面电位的数值计算研究表明:对于5×5的均匀网格接地网,其电位分布情况为:电位呈现在网格节点处电位较高,在网格中心处电位较低的形状,网格范围外电位降低,中心网格节点处电位值最高,四个边角附近的网格中心处电位最低,最高电位与最低电位的电势差达到13.53V;对于10×10的均匀网格接地网,其电位分布情况基本与5×5均匀网格接地网电位分布一致,中心网格节点处电位最高,边角网格中心处电位最低,两者差值达51.59V;土壤电阻率越大,变电站接地网地面电位越大。
【关键词】：变电站接地装置 杂散电流 腐蚀 ANSYS 仿真 数值计算 电位分布
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM63;TM862
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 杂散电流腐蚀概述12-17
• 1.2.1 变电站杂散电流的危害12
• 1.2.2 杂散电流产生的原因12-13
• 1.2.3 杂散电流腐蚀分类及腐蚀机理13-15
• 1.2.4 杂散电流腐蚀特点15-16
• 1.2.5 杂散电流腐蚀的防护16-17
• 1.3 杂散电流对变电站接地网腐蚀的国内外研究现状17-19
• 1.4 ANSYS有限元方法概述19-20
• 1.4.1 有限元方法简介19
• 1.4.2 ANSYS有限元软件简介19-20
• 1.5 本文研究内容20-21
• 第二章 交流杂散电流对变电站接地网腐蚀规律研究21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 试验内容21-25
• 2.2.1 试验主要仪器21-22
• 2.2.2 土样试样准备22
• 2.2.3 土壤成分测定22
• 2.2.4 土壤溶液准备22-23
• 2.2.5 材料试样准备23-24
• 2.2.6 试验方法与条件24-25
• 2.3 结果与讨论25-30
• 2.3.1 交流杂散电流腐蚀失重25-26
• 2.3.2 不同交流电流密度对腐蚀的影响26-27
• 2.3.3 不同通电时间对腐蚀的影响27-28
• 2.3.4 不同土壤酸碱度对腐蚀的影响28-29
• 2.3.5 不同交流电频率对腐蚀的影响29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 变电站接地网电场产生杂散电流的有限元分析31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 接地网周围产生电势的计算原理31-32
• 3.3 ANSYS有限元分析步骤32-37
• 3.3.1 定义单元类型32-33
• 3.3.2 定义材料属性33
• 3.3.3 创建有限元模型33-35
• 3.3.4 加载并求解35-36
• 3.3.5 结果后处理36-37
• 3.4 ANSYS有限元模型的建立37-38
• 3.5 ANSYS有限元仿真分析38-44
• 3.5.1 接地网周围空间不同方位电位的分布38-39
• 3.5.2 泄流电流大小对接地网周围空间电位分布的影响39-41
• 3.5.3 土壤电阻率对接地网周围空间电位分布的影响41-42
• 3.5.4 两金属管线间距离对接地网周围空间电位分布的影响42-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 基于Matlab仿真的变电站接地网地面电位分布研究45-60
• 4.1 引言45
• 4.2 接地网参数计算原理45-51
• 4.2.1 恒定电流场理论45-46
• 4.2.2 表面电荷法46-47
• 4.2.3 采用镜像法计算自电阻和互电阻47-51
• 4.3 接地网地面电位分布的计算与仿真分析51-58
• 4.3.1 5×5 均匀网格的地面电位分布51-53
• 4.3.2 10×10均匀网格的地面电位分布53-56
• 4.3.3 土壤电阻率对接地网地面电位的影响56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论与展望60-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 附录A（作者在攻读硕士期间的科研成果简介）68-69
• 附录B（部分MATLAB源代码）69-83

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本文编号：551108