雷擊時接地裝置的非線性動態散流機理及其套用研究

《雷擊時接地裝置的非線性動態散流機理及其套用研究》是依託鄭州大學，由李景麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：雷擊時接地裝置的非線性動態散流機理及其套用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李景麗
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

在衝擊電流作用下，輸電線路桿塔接地裝置的動態散流過程是影響接地系統衝擊特性的重要因素，對其進行詳盡的研究是提高輸電線路耐雷性能的基礎。本課題以接地裝置在不同土壤環境下的衝擊散流規律模擬試驗數據、土壤電阻率非線性特性試驗結果為基礎，研究散流過程中土壤的電離區域沿接地導體分布幾何特性、電離區域內土壤介電性質，為提高接地裝置衝擊特性數值計算結果的準確度提供試驗基礎；由於接地裝置衝擊散流過程具有時變性，且散流過程中接地導體周圍土壤介電參數不再恆定，而是空間坐標的函式，本課題採用空間有限元與時域有限差分相結合的算法建立數學模型，並採用時變空間電場分布來控制土壤介電參數，從而達到準確模擬衝擊散流過程中土壤參數的時變性和非線性；最後，採用接地裝置衝擊特性數值模型，對典型接地裝置的動態散流機理進行對比分析，從改善地中電場分布的角度探尋有效降低接地裝置衝擊阻抗的新思路。

結題摘要

根據項目研究任務書的要求，項目組對電力系統接地裝置衝擊、頻域性能進行了系統深入的研究，在接地裝置衝擊散流特性及其套用、接地裝置頻域性能計算及分析、大型接地裝置性能計算及分析等方面取得創新性成果。 項目組開展了接地裝置衝擊散流規律、土壤電離特性、土壤電參數頻變性等基礎問題的研究；建立了考慮土壤動態電離和土壤頻變性的接地裝置衝擊特型有限元分析模型，準確地模擬了衝擊散流過程中動態的火花放電現象以及火花區域沿接地導體分布不均勻現象及土壤參數在散流過程中對不同頻率電流的頻變現象；系統地分析了接地極結構、電流注入點、土壤電阻率等因素對接地裝置散流特性、衝擊係數、有效長度的影響，並提出了高土壤電阻率地區輸電線路桿塔採用針刺式接地裝置的降阻措施。從土壤微觀極化過程出發，分析了注入電流頻率對接地裝置周圍散流土壤介電參數的影響機理，結合現有實驗數據擬合得到土壤介電參數與注入電流頻率之間定量關係式；基於此建立了考慮土壤頻變特性的接地裝置頻域有限元模型，並研究土壤參數頻變性對接地裝置頻域性能的影響規律。提出基於薄殼理論的直流接地極電熱動態耦合有限元數值計算方法；同時建立考慮塊狀異阻區的直流接地極有限元計算模型，並分析直流接地極極址附近塊狀異阻區對電流場分布的影響，以期對直流接地極設計和選址提供參考。開展了大型接地裝置數值計算方法、散流規律和接地電阻短距測量等問題的研究，建立了基於薄殼理論的大型接地裝置有限元模型，準確地模擬了故障電流經接地網的散流過程；建立考慮複雜土壤結構的水電站接地系統有限元模型，系統地分析了土壤電阻率、河水深度對水電站散流過程及接地電阻的影響；開展了接地網接地電阻測量方法研究工作，並提出了一種普遍適用的接地網接地電阻短距測量方法。 項目發表、錄用論文18篇，其中EI檢索7篇，核心論文10篇，1篇論文獲2015年中國電機工程學會高電壓技術年會優秀論文獎，項目負責人獲河南省優秀博士後研究人員。