考虑土壤电气参数频变特性的接地装置冲击特性研究

发布时间：2017-09-02 04:08

  本文关键词：考虑土壤电气参数频变特性的接地装置冲击特性研究

  更多相关文章： 土壤频变性 有限元 接地 傅里叶变换 Heidler雷电流 Comsol Multiphysics

【摘要】：雷击跳闸是输电线路及杆塔非计划停运的重要原因。提高输电线路的耐雷水平,降低雷击跳闸率对维护电力系统安全稳定运行有着非常重要的意义。输电线路杆塔接地装置的冲击特性决定了输电线路的防雷保护效果,而接地装置冲击特性又直接取决于冲击电流在土壤中的散流情况。试验表明,土壤电气参数具有频变性,即随着入地电流频率升高土壤电导率将不断增大而相对介电常数不断减小。目前在冲击接地计算中一般都忽略了这一规律,常常将土壤电阻率和相对介电常数以恒定工频值代入计算。由于雷电带宽通常为几MHz,含有的高频分量远多于工频分量,如果不考虑土壤频变性,使用工频土壤参数值会使计算得到的冲击接地电阻值要比实际值偏大。因此,在防雷接地计算时很有必要考虑土壤电气参数的频变性,提高计算准确度。作为一种高效的数值计算方法,基于麦克斯韦微分方程的有限元法可以有效解决电磁场问题,适合用于接地系统频域性能的研究。本文将有限元法和傅里叶变换相结合,通过引入最新的研究成果Visacro-Alipio土壤频变公式,建立了可以考虑土壤电参数频变性的接地装置有限元模型。按照文献所给典型Heidler首次回击、后续回击雷电流冲击10m水平接地极的试验条件,用Comsol Multiphysics软件的AC/DC模块仿真,将计算结果与文献中试验数据对比验证了所建有限元模型的准确性。利用所建模型进一步分析考虑土壤频变性后对冲击接地计算的影响。首先对3m垂直接地极分别埋于电导率0.01 S/m、0.002 S/m、0.001 S/m、0.0005 S/m土壤中时受土壤频变性影响的情况进行仿真,分析了土壤频变性与土壤初始电阻率的关系,通过对比考虑频变性和不考虑频变性两种情况算出的GPR,总结了土壤频变性的适用场合,即在何种初始电阻率土壤中进行暂态计算时需考虑土壤频变性。又对2?3接地网分别埋于工频电导率为0.01 S/m,0.001 S/m的两种土壤进行仿真,改变埋深,分析考虑土壤频变性对接地网暂态计算的影响。最后分析了把土壤频变性代入接地计算对接地体有效长度和冲击系数的影响程度,为优化设计输电线路杆塔的接地装置提供了重要的理论依据。
【关键词】：土壤频变性 有限元 接地 傅里叶变换 Heidler雷电流 Comsol Multiphysics
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM862
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 接地装置暂态特性国内外研究现状10-22
• 1.2.1 接地装置暂态特性试验研究11-12
• 1.2.2 接地装置暂态特性数值计算方法研究12-19
• 1.2.3 土壤电气参数频变性研究19-22
• 1.3 本文主要工作及组织结构22-24
• 2 土壤电气参数频变原理和土壤频变公式24-30
• 2.1 土壤电气参数频变原理24-25
• 2.2 Visacro-Alipio土壤频变式25-29
• 2.3 本章小结29-30
• 3 考虑土壤电气参数频变性的接地装置FEM模型30-38
• 3.1 麦克斯韦微分方程组30-31
• 3.2 接地装置有限元频域分析模型31-32
• 3.3 空间坐标变换32-33
• 3.4 建立考虑土壤频变特性的接地装置FEM模型33-34
• 3.5 FEM频域计算方法34-37
• 3.5.1 快速傅里叶变换35
• 3.5.2 离散傅里叶反变换35-36
• 3.5.3 FEM频域计算流程图36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 4 模型验证及相关仿真分析38-50
• 4.1 选取雷电流模型38-40
• 4.2 模型验证40-43
• 4.3 垂直接地极仿真43-46
• 4.4 2×3 水平接地网仿真46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 5 考虑土壤频变性对接地体有效长度和冲击系数的影响50-55
• 5.1 考虑土壤频变性对接地体有效长度的影响50-52
• 5.2 考虑土壤频变性对接地装置冲击系数的影响52-54
• 5.3 本章小结54-55
• 6 结论与展望55-57
• 6.1 本文结论55-56
• 6.2 未来展望56-57
• 参考文献57-61
• 个人简历、在学期间发表的学术论文61-62
• 个人简历61
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文61-62
• 致谢62

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 蒋旭平,胡寿根,钟声玉;高压水射流冲击特性分析及实验研究[J];上海机械学院学报;1991年02期

2 张建刚;魏绍东;常安;夏长征;祁玉龙;周文俊;喻剑辉;;分层土壤中接地体冲击特性的仿真研究[J];武汉大学学报(工学版);2014年04期

3 张宝平;何金良;康鹏;曾嵘;;冻土冲击特性的试验研究[J];中国电机工程学报;2008年16期

4 张树森;;高压电缆冲击特性长度计算研究[J];吉林电力;2009年01期

5 章润陆,江帆;输电线路杆塔接地冲击特性的研究[J];高电压技术;1985年03期

6 夏长征,陈慈萱;单位长度伸长接地体冲击特性的真型试验[J];高电压技术;2001年03期

7 林双庆,王定华;污秽绝缘的操作波冲击特性[J];四川电力技术;2000年03期

8 王黎明,毛苏春,关志成;棒-板间隙在交直流预电压作用下的冲击特性[J];清华大学学报(自然科学版);2002年03期

9 陈名铭;曹晓斌;杨琳;吴昊;张敏;吴广宁;;同轴圆柱形电极下土壤冲击特性的试验研究[J];电网技术;2013年08期

10 翟国富;陈英华;任万滨;;一种含赫兹接触的梁结构冲击特性分析方法[J];振动与冲击;2009年09期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 郭永良;万志敏;胡秋霞;;织物复合材料的低速冲击特性研究[A];第十二届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2009年

2 何金良;曾嵘;张波;;电力系统接地装置的冲击特性[A];全国电网中性点接地方式与接地技术研讨会论文集[C];2005年

3 张树森;;高压电缆冲击特性长度与避雷器配置[A];高效 清洁 安全 电力发展与和谐社会建设——吉林省电机工程学会2008年学术年会论文集[C];2008年

4 高富强;杨军;张华;;不同载荷形式下石灰岩冲击特性的比较和讨论[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集（上册）[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 杨扬;C/SiC复合材料抗冲击特性及其数值模拟中的核心算法研究[D];西北工业大学;2015年

2 雷松;多股簧冲击特性与损伤机理研究[D];重庆大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 乔志远;考虑土壤电气参数频变特性的接地装置冲击特性研究[D];郑州大学;2015年

2 李伯栋;简化车身B-立柱结构参数的抗弯曲冲击特性研究[D];吉林大学;2007年

3 范亚军;压气式电锤交变冲击特性分析及试验研究[D];华南理工大学;2014年

4 李晓丽;变电站接地网冲击特性研究[D];重庆大学;2008年

5 徐伟;考虑火花效应时杆塔接地装置冲击特性的研究[D];华中科技大学;2008年

6 王育桥;鸡蛋跌落冲击特性研究[D];华中农业大学;2007年

7 杨财伟;接地装置冲击特性的模拟试验及有限元分析方法研究[D];重庆大学;2010年

8 王炜;引信贮液瓶结构屈曲分析与冲击特性研究[D];西北工业大学;2007年

9 范瑞麟;考虑冲压历史的高强度钢汽车结构件冲击特性研究[D];上海交通大学;2009年

10 吴云贵;结构垂直入水冲击特性研究[D];南京航空航天大学;2012年

，

本文编号：776270