模拟计算冲击接地电阻的研究

模拟计算冲击接地电阻的研究 第一章 绪论 1.1 课题的研究背景及意义 随着工农业的发展，对输电线路供电可靠性要求越来越高。停电将不仅影响设备的正常工作，而且将极大地影响人们的正常生活。 电气设备接地是为了在正常和事故以及雷击的情况下，及时将故障及雷电流流散到土壤中去，从而将设备接地处固定为所允许的接地电位。所以一般的电气设备都有保护接地。当有电流通过接地体时，接地体的电位升高，会使设备受到反击过电压的作用，使得设备有可能被击穿或引起误动作，影响电力系统正常运行。而且电流离开接地体在地中流散时，还会在地面上出现电位梯度，人站在这样的地面上，有可能受到接触电势和跨步电势引起的电击伤害。接地点的电位U与接地电流I的比值定义为接地电阻R，即R=U/I。它是大地电阻效应的总和。当接地电流一定时，接地电阻越小，接地点的电位就越低。为了保护人身安全和电力系统正常运行，我们必须对接地体的电阻值加以控制。 近年来，随着电力系统的发展，故障时经接地网流散的电流越来越大，故障时地网的电位也随之升高，由于接地措施的缺陷而造成的事故时有发生，接地问题已经受到人们的普遍重视。尤其是在冲击电流通过时，地网的电位随时间变化不定，因此对接地体的要求就更高。 然而，随着电力系统的发展，由于雷击输电线路而引起的事故也日益增多。例如，根据电网故障分类统计表明，在我国跳闸率比较高的地区，高压线路运行的总跳闸次数中，由雷击引起的次数约占40～70％，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路而引起的事故率更高，这将给社会带来巨大的经济损失。日本50％以上电力系统事故是由于雷击输电线路引起的。国际大电网会议公布的美国、前苏联等十二个国家的电压为275～500 kV总长为32700 km输电线路连续三年的运行资料中指出，雷害事故占总事故的60％。雷电是严重威胁电力系统安全可靠运行的重要因素。 进行正确和合理的防雷分析是降低电力系统雷击事故的基础，然而在我国及国际上的输电线路防雷分析计算中，输电线路杆塔接地装置仍然采用特定值的集中参数的电阻来模拟。这与雷击输电线路时接地装置的实际情况是完全不符的。在冲击电流作用下，接地装置的接地电阻实际上是一个时变电阻，呈现复杂的非线性特性。目前采用特定值的集中参数电阻来模拟接地装置进行输电线路的防雷分析的结果是造成防雷分析的结果与实际运行结果相差较大，无法准确计算实际线路的防雷性能。 接地装置的冲击特性决定电力系统输电线路的防雷保护效果。接地装置的冲击特性直接决定于接地装置周围土壤的冲击击穿特性。在冲击电流作用下接地体周围具有瞬变电场，当电场强度达到土壤的临界击穿场强E0时，土壤击穿而产生放电，这就是所谓的火花放电，即电晕现象。雷电流流经接地装置，在地中的散流是比较复杂的。接地装置的冲击特性不仅与其结构尺寸、土壤电阻率、接地装置的埋深及雷电流参数等因素有关，而且频率很高的雷电流在地中流散时，电荷在空间的分布随时间的变化而变化，具有时变场的特征(参考[8])。 到目前为止，国内外学者发表了很多关于接地装置冲击特性的研究论文，但都是在一些假设条件下，忽略了接地装置的火花放电特性，对一些结构比较简单的水平接地体和垂直接地体建立简化数学模型，对接地体的冲击特性进行近似的分析。与实际接地装置的冲击特性相差很远，无法应用到输电线路的防雷分析中。 我们研究这个课题就是计算分析冲击电流通过接地体时，接地电阻和时间的关系，依此判断在冲击时地网各点的电位、电流是否过大，保障在电力系统运行中设备和人身的安全。 接地电阻与很多因素都有关，如接地导体的尺寸（半径，长度等），冲击电流的波形，土壤的电阻率，埋入的深度等等。在计算程序时，必然会因为某些条件选取的不同产生误差，但关键是我们的认识要清楚，对误差的来源也能详细解释辨别。 此次课题研究的内容就是模拟计算冲击接地电阻，并计算接地阻抗随时间的变化，分析影响冲击接地电阻的因素，完成接地电阻的设计。