輸電線路桿塔沖擊接地電阻特性的模擬試驗研究分析

1、.：.；輸電線路桿塔沖擊接地電阻特性的模擬實驗研討分析文摘全面系統(tǒng)地分析輸電線路桿塔接地安裝的沖擊接地電阻特性對于提高電力系統(tǒng)平安運轉(zhuǎn)可靠性起著非常重要的作用。根據(jù)類似實際采用模擬實驗系統(tǒng)地模擬了各種要素對輸電線路桿塔接地安裝沖擊特性的影響。實驗結(jié)果闡明，沖擊接地電阻隨沖擊電流幅值的添加而減小，隨幾何尺寸的添加而減小，隨土壤電阻率的添加而添加。各種要素的影響規(guī)律均與火花區(qū)的構(gòu)成與開展有關(guān)，具有非線性特征。本次實驗研討的土壤電阻率從100m到5103m，變化范圍大，在國內(nèi)外文獻中沒有報導(dǎo)。實驗采用的接地安裝包括了各種高壓輸電線路工程中常用的構(gòu)造，使研討更具有實踐運用價值。關(guān)鍵詞輸電線路； 接地安

2、裝； 模擬實際； 沖擊接地電阻； 模擬實驗分類號TM 862隨著電力系統(tǒng)的開展，雷擊輸電線路引起的事故也日益增多，如何提高輸電線路的耐雷程度已遭到廣泛注重。統(tǒng)計結(jié)果闡明，改善接地是很有效的線路防雷措施1。線路桿塔接地安裝的沖擊接地電阻取值會影響到線路的防雷效果的計算。而2中引薦的沖擊系數(shù)多數(shù)是用簡單外形的半球形、程度及垂直接地體在小電流下的實驗值，然后運用外插等方法得到。因此，全面系統(tǒng)地研討輸電線路桿塔接地安裝，特別是高電阻率地域桿塔接地安裝的沖擊接地電阻及沖擊系數(shù)是迫切需求處理的課題。華北500kV緊湊型線路以及將要建立的三峽輸電線路都將經(jīng)過土壤電阻率高的山區(qū)，這使得本課題更具有重要的現(xiàn)實意

3、義。接地安裝沖擊特性實驗可用真型或模擬實驗。二者相比，模擬實驗具有比較容易改動各種相關(guān)參數(shù)的優(yōu)點。國內(nèi)外的研討闡明，假設(shè)嚴厲按照模擬實驗的類似實際來進展，其結(jié)果是比較準確的。本文采用模擬實驗方法對輸電線路桿塔接地安裝的沖擊特性進展了系統(tǒng)的研討。1模擬實驗原理及試品引見接地安裝的沖擊特性不僅與其構(gòu)造尺寸、土壤電阻率、接地安裝的埋深及雷電流參數(shù)等要素有關(guān)，而且頻率很高的雷電流在地中流散時，電荷在空間的分布隨時間的變化而變化，具有時變場的特征。到目前為止，國內(nèi)外學(xué)者發(fā)表了很多關(guān)于接地體沖擊特性的研討論文310，但都是在一些假設(shè)條件下，對構(gòu)造比較簡單的程度接地體和垂直接地體建立簡化數(shù)學(xué)模型，對接地體的

4、沖擊特性進展近似的分析。文11提出了沖擊接地模擬實驗的原理，其關(guān)鍵是土壤中的沖擊物理過程的模擬。文12詳細推導(dǎo)了沖擊接地的模擬比例尺。主要的模擬比例尺為1=2，E 01=E02，l1=nl2，t1=nt2，Im1=n2Im2，1=n2，RI1=RI2/n，1=2. 式中，各物理量的下標1表示真型接地安裝，2表示模擬接地安裝，為土壤電阻率，E 0為土壤臨界擊穿場強，l為長度，t為時間，Im為沖擊電流幅值，為沖擊電流波頭時間，RI為沖擊接地電阻，為沖擊系數(shù)。長度模擬比例尺n與時間比例尺一樣。模擬實驗在重慶大學(xué)高壓實驗室的半球形砂池中進展。為了滿足模擬實驗的要求，需求減小沖擊電流的波頭時間，即減小沖

5、擊電流發(fā)生器的電感。因此，將電容器的銜接導(dǎo)線改為平板，添加銜接導(dǎo)線的尺寸，并縮短其長度。丈量得到?jīng)_擊電流的波頭時間為0.040.06s，平均值為0.05s.取實踐沖擊電流波形為2.6/50s，那么模擬比例尺n=52.實驗中用細砂來模擬土壤。用埋在砂中的電加熱器加熱細砂來提高土壤電阻率，加水或鹽水來降低土壤電阻率，實驗時砂池中土壤電阻率在1005103m范圍改動。砂池的外部是直徑為5m的半球形鐵殼，用來作為集電極模擬無窮遠處大地。沖擊電流發(fā)生器的最大沖擊電流為65kA。在實驗過程中根據(jù)需求改動接地安裝的幾何尺寸及埋深，沖擊電流的幅值和波頭時間，以及土壤電阻率等參數(shù)。對6種接地安裝進展了實驗，包括

6、表1中a,b,c實踐高壓輸電線路桿塔常用的3種接地安裝，d，e,f為3種簡單的程度或垂直接地體。普通接地導(dǎo)體的直徑為1020mm，根據(jù)模擬比例尺，模擬實驗時接地導(dǎo)體的直徑取0.4mm.表1實驗中采用的桿塔接地安裝構(gòu)造圖接地安裝稱號接地安裝外形 實踐接地體尺寸闡明/ma) 鐵塔接地安裝 a: 4s: 810l: 050 b) 水泥桿環(huán)型接地安裝 d: 2.5l: 026l0時，l2=0l=0時，l2=7 c) 水泥桿放射型接地安裝 a: 1.5d: 10l: 553 d) 從一端施加沖擊電流的程度接地體 l: 5100 e) 從中間施加沖擊電流的程度接地體 l: 560 f) 垂直接地體 l:

7、560 2影響沖擊接地電阻的主要要素2.1沖擊電流幅值對沖擊接地電阻的影響圖1為實驗中得到的沖擊接地電阻與沖擊電流幅值的關(guān)系曲線，其中曲線af分別表示表1中相應(yīng)的接地安裝。當接地安裝的幾何尺寸及土壤電阻率一定時，其沖擊接地電阻隨沖擊電流幅值的添加而減小，但當沖擊電流幅值到達一定值以后，沖擊接地電阻減小的趨勢變緩，趨于飽和。在沖擊電流作用下接地體周圍具有瞬變電場，當電場強度到達土壤的臨界擊穿場強E 0時，土壤擊穿而產(chǎn)生火花放電，這相當于加大了構(gòu)成接地安裝的金屬導(dǎo)體直徑，因此沖擊接地電阻隨沖擊電流的添加而減小。實驗闡明，土壤電阻率不同，同一接地安裝的沖擊接地電阻隨電流添加而減小所呈現(xiàn)的飽和趨勢也不

8、一樣。土壤電阻率越低，出現(xiàn)飽和趨勢的沖擊電流幅值越小。=3.127km,其中a,b,c,e和f的l=26m；d 的l=60m圖1各種接地安裝的沖擊接地電阻與沖擊電流幅值的關(guān)系曲線2.2接地安裝的幾何尺寸對沖擊接地電阻的影響圖2所示為各種接地安裝在沖擊電流幅值和土壤電阻率一定時，其沖擊接地電阻與其幾何尺寸的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，沖擊接地電阻隨幾何尺寸的添加而減小，減小到一定值后具有飽和趨勢。Im=100kA，=1.031km圖2各種接地安裝的沖擊接地電阻與其幾何尺寸的關(guān)系曲線在沖擊電流的作用下，接地體可以看成是由電感、電容、電導(dǎo)和電阻組成的分布參數(shù)組成的電路。由于沖擊電流的頻率很高，很大的導(dǎo)

9、體感抗妨礙沖擊電流向接地體的遠端流動。因此，越接近入地端的接地體流散的電流就越多，這里的電流密度就越大，土壤的擊穿厚度也就越大。如圖3所示，沿接地體長度周圍土壤中的火花區(qū)域的外形呈錐形逐漸減少。圖3接地體周圍構(gòu)成的火花放電區(qū)域外形接地體尺寸的添加，一方面可添加接地體的散流面積，而使其沖擊接地電阻減??； 另一方面，由于接地體長度的添加，感抗增大，使得散流不均勻，增長的接地體不能得到充分利用。兩方面要素導(dǎo)致沖擊接地電阻的降低具有飽和特性。這就是沖擊電流作用下接地體具有一定的有效長度le.從大量的實驗結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，沖擊電流幅值一定時，隨著土壤電阻率的添加，接地體的有效長度添加。這是由于接地體接近入地端

10、流散的電流相對減少，使接地體有效長度相對添加。另外實驗闡明，添加沖擊電流幅值也會導(dǎo)致接地體有效長度的添加。2.3土壤電阻率對沖擊接地電阻的影響圖4所示為沖擊電流幅值和接地體的幾何尺寸一定時，沖擊接地電阻隨土壤電阻率的變化曲線。普通來說，接地體的工頻接地電阻隨土壤電阻率的添加而線性添加，而沖擊接地電阻與土壤電阻率呈非線性關(guān)系添加，即土壤電阻率較小時，沖擊接地電阻隨電阻率添加而添加的速度較大，而當電阻率較大時，添加的速度減小。Im=200kA,其中a,b,c,e和f的l =26m；d 的l=60m圖4各種接地安裝的沖擊接地電阻與土壤電阻率的關(guān)系曲線分析圖中各曲線，可以看出沖擊接地電阻隨土壤電阻率變

11、化的曲線根本可以分成三段。當土壤電阻率小于500m時，土壤導(dǎo)電性較好，隨著土壤電阻率的添加，沖擊接地電阻添加很快，根本呈線性關(guān)系； 土壤電阻率在5003000m的范圍，導(dǎo)電性較差，沖擊接地電阻隨土壤電阻率的添加而添加的速度變慢，呈非線性關(guān)系； 當土壤電阻率大于3000m時，土壤為極不良土壤，土壤的導(dǎo)電性很差，這時隨著土壤電阻率的添加，沖擊接地電阻接近線性添加，但添加的速度變慢。當土壤電阻率較小時，容易將電流流散到土壤中去，土壤電阻率的添加對接地體周圍場強的影響較小，土壤的擊穿厚度添加不多，使沖擊接地電阻變化接近線性； 土壤電阻率在5003000m范圍時，土壤的導(dǎo)電性能下降，只需經(jīng)過擊穿土壤構(gòu)成

12、火花區(qū)才干將沖擊電流流散出去，這使變化趨勢呈非線性。大于3000m時，土壤的導(dǎo)電性很差，土壤電阻率添加，使接地體周圍的場強添加較多，導(dǎo)致土壤的擊穿厚度添加較多，從而減弱了土壤電阻率對沖擊接地電阻的影響，并使變化趨勢變得更平緩。3有關(guān)接地安裝構(gòu)造的選擇以上分析了影響輸電線路桿塔接地安裝沖擊接地電阻的幾個主要要素。實踐上，桿塔接地安裝的沖擊接地電阻不僅與沖擊電流幅值、土壤電阻率及幾何尺寸有關(guān)，而且還與接地安裝的構(gòu)造有關(guān)。分析不同構(gòu)造接地體的實驗結(jié)果，可以得出有關(guān)線路桿塔接地安裝構(gòu)造的結(jié)論。1) 由圖1、圖2和圖4可見，采用單根程度接地體時，在一樣的土壤電阻率和雷電流幅值的情況下，中點引流比從接地體

13、一端引流的沖擊接地電阻要低，因此不宜選擇單端點引流的接地安裝構(gòu)造。2) 由圖1和圖4可見，當接地安裝的幾何尺寸較大時，水泥桿環(huán)型接地安裝的沖擊接地電阻與放射型的相差不大；而由圖2可見，當幾何尺寸較小時，水泥桿環(huán)型接地安裝的沖擊接地電阻比放射型的要大得多。在實踐中，往往受地形等要素的限制，接地安裝的幾何尺寸不太能夠很大，因此，水泥桿環(huán)型接地安裝由于沖擊散流效果差，其沖擊接地電阻比放射型的大，不宜在高土壤電阻率情況下采用。3) 表1中a和c所示的鐵塔接地安裝和水泥桿放射型接地安裝，從塔基引出四根程度接地體，施工簡單，效果較好。4) 由圖2可見，接地安裝的沖擊接地電阻隨幾何尺寸的添加而降低，但當幾何尺寸較大時，沖擊接地電阻呈飽和趨勢，因此接地體存在一定的有效長度。在實踐工程中接地體的長度不應(yīng)超越有效長度，否那么即使工頻接地電阻下降，而沖擊接地電阻并沒有降低，導(dǎo)致線路的防雷效果不佳。4結(jié)論1) 輸電線路接地安裝沖擊特性的好壞直接影響線路的防雷性能。按照類似實際可以系統(tǒng)地模擬各種要素