本文選題：土壤溫度特性　切入點：直流接地極　出處：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在我國高壓直流輸電工程飛速發(fā)展的同時,土地資源的短缺以及直流接地極極址選擇的較高要求等因素,使共用接地極技術(shù)應(yīng)用廣泛,所以直流接地極工作環(huán)境日益復(fù)雜與嚴峻。單極大地運行方式下的散流過程中溫升會導(dǎo)致接地極周圍土壤局部硬化、甚至接地極燒毀等問題,或者產(chǎn)生埋地金屬設(shè)施的腐蝕和變壓器直流偏磁等影響。故對直流接地極的散流機理及溫升過程進行精確模擬及分析,并研究地下暗河、巖石層等特殊塊狀土壤結(jié)構(gòu)下接地極的接地性能,以及實際分層土壤結(jié)構(gòu)下接地極極址附近埋地金屬管道防護距離等相關(guān)課題,是超特高壓直流輸電接地極優(yōu)化設(shè)計及解決由大電流入地導(dǎo)致的嚴重溫升及直流腐蝕和偏磁等問題的理論基礎(chǔ)。傳統(tǒng)三維有限元數(shù)值算法計算接地問題時存在一個突出性難題:接地導(dǎo)體截面尺寸與其自身長度、散流土壤區(qū)域尺寸相差106數(shù)量級,導(dǎo)致計算過程中經(jīng)常出現(xiàn)計算量激增甚至剖分失敗等現(xiàn)象。針對此問題,本文引入薄殼理論進行處理;另外,在計算過程中引入土壤電、熱參數(shù)溫度特性曲線,精確模擬由土壤溫升而導(dǎo)致的土壤參數(shù)變化現(xiàn)象;然后利用本文算法并基于COMSOL Multiphysics仿真軟件建立了直流接地極電熱動態(tài)耦合有限元模型;分析了不同表層土壤電阻率下土壤參數(shù)溫度特性對直流接地極溫升過程的影響,結(jié)果表明:考慮土壤參數(shù)溫度特性時,直流接地系統(tǒng)的接地電阻隨運行時間變化而變化;分析了高、低塊狀異阻區(qū)對直流接地極電場分布和接地電阻的影響。研究表明:異阻區(qū)水平位置和垂直深度對直流接地極接地參數(shù)有較明顯的影響。故在實際直流接地極設(shè)計中,應(yīng)考慮土壤電阻率異常較低或較高的區(qū)域?qū)拥卦O(shè)計的影響;最后,基于本文數(shù)值算法對任何土壤結(jié)構(gòu)的廣泛適用性,系統(tǒng)地對簡單兩層水平分層土壤下的埋地金屬管道防護距離進行分析。結(jié)果表明:土壤電阻率對埋地金屬管道最小防護距離的影響與其所在的土壤層厚度密切相關(guān),其所在土壤層厚度越大,對金屬管道最小防護距離的影響越大;第一層土壤厚度d1對最小防護距離的影響程度主要取決于ρ1、ρ2之間的差距;相同的ρ1/ρ2比值下,最小防護距離隨d1的變化趨勢,在一定可允許誤差范圍內(nèi)近似認為一致。
[Abstract]:With the rapid development of HVDC transmission projects in China, the shortage of land resources and the high requirements for the selection of DC electrode sites make the common earth pole technology widely used. Therefore, the working environment of DC earth pole is becoming more and more complex and severe. The temperature rise in the process of dispersion under unipolar operation mode will lead to the local hardening of the soil around the electrode, and even the burning of the earth pole, etc. Or the corrosion of buried metal facilities and the DC bias of transformer. Therefore, the mechanism of DC earth electrode dispersion and the temperature rise process are accurately simulated and analyzed, and the underground river is studied. Related issues such as earthing performance of the earth pole under special massive soil structure such as rock strata, and protection distance of buried metal pipeline near the electrode site under the actual stratified soil structure, and so on. It is the theoretical basis for the optimal design of the earth pole of UHV HVDC transmission and the solution to the serious temperature rise, DC corrosion and magnetic bias caused by the large current entering the ground. The size of the cross-section of the grounding conductor and its own length, The regional size of dispersed soil varies by 106 orders of magnitude, which often leads to the phenomenon of rapid increase of calculation amount and even failure of subdivision. In view of this problem, the thin shell theory is introduced to deal with this problem, and in addition, soil electricity is introduced into the calculation process. The temperature characteristic curve of thermal parameters is used to accurately simulate the variation of soil parameters caused by soil temperature rise, and then the dynamic coupled finite element model of DC earth electrode is established by using the algorithm in this paper and based on COMSOL Multiphysics simulation software. The effect of soil temperature characteristics on the temperature rise process of DC earthing pole under different surface soil resistivity is analyzed. The results show that the grounding resistance of DC grounding system changes with the running time when considering the temperature characteristics of soil parameters. Analysis of the high, The effect of low block hetero-resistance on the electric field distribution and grounding resistance of DC earth pole is studied. The results show that the horizontal position and vertical depth of the hetero-resistance zone have obvious influence on the grounding parameters of DC earth pole, so in the actual design of DC earth pole, The influence of regions with low or high soil resistivity anomalies on grounding design should be considered. Finally, based on the extensive applicability of the numerical algorithm in this paper to any soil structure, The protective distance of buried metal pipeline under simple two layers of horizontal stratified soil is analyzed systematically. The results show that the influence of soil resistivity on the minimum protective distance of buried metal pipeline is closely related to the thickness of the soil layer in which it is located. The greater the thickness of the soil layer is, the greater the influence on the minimum protective distance of the metal pipeline is, and the influence of the first layer soil thickness D1 on the minimum protective distance is mainly determined by the difference between 蟻 1 and 蟻 2, and under the same 蟻 1 / 蟻 2 ratio, The trend of minimum protective distance with D1 is approximately consistent within a certain allowable error range.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM862;TM721.1

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本文編號：1645305