土壤介电常数频变特性与接地极冲击散流降阻措施研究

摘要

输电线路的杆塔接地装置是维护电力系统安全可靠运行的重要基础设备，随着电力系统的发展，电压等级不断升高、电力系统容量不断增大，故障、操作和雷电等暂态电流对接地系统的影响也越来越大，接地系统面临新的安全问题。
　　国内外学者对接地极冲击散流特性已进行了大量的研究，但都忽略了土壤介电常数频变特性对冲击散流过程的影响，对土壤火花放电现象作了大量的假设和近似，从而导致分析结果与实际有一定的差异。针对上述问题，本文充分考虑了土壤介电常数频变特性，基于麦克斯韦微分方程建立了杆塔冲击接地性能的有限元频域分析模型，并将该模型应用到添加短导体对杆塔接地极冲击特性的影响分析中，系统地探讨了短导体的布置位置、短导体的长度、入地电流幅值以及入地电流频率等因素对接地极冲击特性的影响规律。本文的主要工作及结论如下：
　　①开展了土壤介电常数的测量工作，得到了不同含水量、不同土石比例条件下常见土壤——红壤的介电常数，并拟合了其介电常数与频率的幂函数关系式。
　　②基于麦克斯韦微分方程，建立了考虑土壤介电常数频变特性的接地极冲击散流有限元频域分析模型。该模型从电磁场的计算出发，引入了介电常数随频率变化的关系式，充分考虑了冲击散流过程中土壤介电常数对接地导体冲击散流特性的影响。
　　③建立了水平接地极和不同短导体安装方式下水平接地极的频域分析模型，分析了添加短导体对水平接地极冲击散流特性的影响，得到了短导体的布置位置、短导体的长度、入地电流幅值以及入地电流频率等因素对接地极冲击特性的影响规律。
　　④在冲击散流模拟试验平台对添加不同密度短导体的水平接地极开展了模拟试验研究，得到了在冲击电流作用下轴向电流沿接地导体的分布规律，并与仿真计算结果进行对比，验证了本文模型的有效性。并选取了实际尺寸为60m的水平接地极为实例，按照本文分析得出的结论安装了短导体，改善了其冲击散流特性，计算结果表明，该方法有效地提高了接地极散流比例和利用率，对工程实际应用提供了理论依据，具有重要的参考价值。

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目录

1 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 接地极冲击特性国内外研究现状

1.3 接地极冲击特性研究存在的问题

1.4 本文主要工作

2 土壤介电常数频变特性的测量

2.1 概述

2.2 土壤介电常数测量原理及试验方案

2.3 测量数据的处理及分析

2.4 小结

3 考虑土壤介电常数频变特性的接地极有限元频域分析模型

3.1概述

3.2考虑土壤介电常数频变特性的数学模型

3.3 傅里叶变换

3.4 comsol建模

3.5 考虑土壤介电常数频变特性的影响

3.6 小结

4接地极的冲击散流特性及弱屏蔽区域的分析

4.1 概述

4.2 弱屏蔽区域

4.3 短导体长度对弱屏蔽区域的影响

4.4 入地电流幅值对弱屏蔽区域的影响

4.5入地电流频率对弱屏蔽区域的影响

4.6 小结

5冲击特性模拟试验及实例

5.1 添加短导体的水平接地极冲击特性模拟试验

5.2 实例分析

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目