本文選題：電力系統(tǒng)接地網(wǎng)　切入點(diǎn)：接地網(wǎng)腐蝕　出處：《武漢大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：電力設(shè)備的可靠接地是減少電力系統(tǒng)雷擊事故、維護(hù)電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行、保障運(yùn)行人員人身安全的一項(xiàng)重要指標(biāo)。目前電力系統(tǒng)主要采用鋼、銅以及一些鍍層合金等金屬接地材料。金屬接地材料在實(shí)際運(yùn)行中長(zhǎng)期面臨著腐蝕問(wèn)題,接地網(wǎng)使用壽命受到限制。此外,金屬接地材料在實(shí)際接地工程中還面臨著諸如復(fù)雜地形條件下運(yùn)輸及施工困難、接地體與土壤貼合度不高、偷盜及人為損壞事故頻發(fā)、使用降阻劑加速金屬腐蝕等問(wèn)題。因此,研究新型非金屬接地材料并在電力系統(tǒng)接地領(lǐng)域中推廣應(yīng)用,對(duì)于節(jié)省我國(guó)稀缺金屬資源,提高電力接地系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性具有重要意義。本文圍繞新型非金屬接地材料的制備、試驗(yàn)與應(yīng)用,主要完成了以下研究?jī)?nèi)容： (1)選擇高純鱗片石墨作為主要的導(dǎo)電材料,并采用有機(jī)和無(wú)機(jī)纖維、粘合劑等原材料,通過(guò)對(duì)原材料的酸化、膨化、成型等過(guò)程,制備了具有Litz線分層結(jié)構(gòu)的非金屬接地材料——柔性石墨復(fù)合接地材料。 (2)采用有限元計(jì)算方法,從場(chǎng)分析角度對(duì)比分析了銅、鋼和石墨復(fù)合接地材料的電阻率、磁導(dǎo)率電磁參數(shù)對(duì)接地體趨膚效應(yīng)和電感效應(yīng)的影響。仿真結(jié)果表明：石墨復(fù)合接地材料趨膚效應(yīng)小,導(dǎo)電材料利用率高；不同接地材料的電感隨頻率的增加而減小,而石墨復(fù)合接地材料的電感低于鋼接地材料,在高頻電流散流時(shí)的接地阻抗較小。進(jìn)一步地,針對(duì)Φ10mm銅、Φ10mm鋼和Φ10mm、Φ22mm、Φ28mm石墨復(fù)合接地材料在不同頻率、不同土壤條件下的有效散流長(zhǎng)度,仿真結(jié)果表明,Φ28mm石墨復(fù)合接地材料在沖擊電流下的有效散流長(zhǎng)度優(yōu)于Φ10mm鋼,接近Φ10mm銅接地體。 優(yōu)化了石墨復(fù)合接地體結(jié)構(gòu)并制備了擴(kuò)徑石墨復(fù)合接地體。擴(kuò)徑石墨復(fù)合接地材料的趨膚效應(yīng)、電感效應(yīng)隨著擴(kuò)徑率的增大而降低,并呈現(xiàn)飽和趨勢(shì),實(shí)際制備成型時(shí)可采用30%～40%的擴(kuò)徑率填充石墨復(fù)合接地體。擴(kuò)徑石墨復(fù)合接地材料能降低接地網(wǎng)接地電阻,進(jìn)一步提高石墨導(dǎo)電材料的利用率。 對(duì)石墨復(fù)合接地材料在輸電線路桿塔接地網(wǎng)中的可行性進(jìn)行仿真試驗(yàn)。當(dāng)土壤電阻率大于100Ω·m時(shí),石墨復(fù)合接地材料與其他金屬接地材料的工頻接地電阻相差較小,其差異隨著桿塔接地網(wǎng)面積的增大而增大。 通過(guò)對(duì)比銅、鋼金屬接地材料在發(fā)、變電站接地網(wǎng)中的接地特性,石墨復(fù)合接地材料在低電阻率、大面積接地網(wǎng)的接地電阻與金屬接地材料差別較大。接地網(wǎng)邊角注流時(shí),石墨復(fù)合接地材料接地網(wǎng)的網(wǎng)內(nèi)電位差、接觸電壓以及跨步電壓隨著土壤電阻率的增大與金屬接地材料的差異減小,而這種差異隨著接地網(wǎng)面積的增大趨于增大。通過(guò)合理設(shè)計(jì)接地線引線位置、優(yōu)化接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及提高材料自身電導(dǎo)率等措施可以改善石墨復(fù)合接地材料在發(fā)、變電站接地網(wǎng)中的接地特性。 (3)完成了石墨復(fù)合接地材料的電學(xué)特性、熱學(xué)特性、力學(xué)特性和腐蝕特性試驗(yàn)。電學(xué)特性試驗(yàn)測(cè)量了石墨復(fù)合接地材料電阻率及接續(xù)電阻,進(jìn)行了雷電流和短路故障電流情況下石墨復(fù)合接地體的沖擊電流耐受試驗(yàn),接地材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好；熱學(xué)特性試驗(yàn)開(kāi)展了在-40℃低溫及200℃高溫下的循環(huán)溫升試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)與金屬導(dǎo)電材料不同,石墨復(fù)合接地體電阻率呈現(xiàn)負(fù)溫度特性；力學(xué)特性試驗(yàn)完成了石墨復(fù)合接地材料的抗彎、抗扭及抗拉性能試驗(yàn),接地材料及接續(xù)件結(jié)構(gòu)力學(xué)性能穩(wěn)定；腐蝕特性試驗(yàn)對(duì)比了鋼、銅和石墨復(fù)合接地材料在五種典型土壤模擬液中的腐蝕速率,加速腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明石墨復(fù)合接地材料的抗腐蝕性能較好。 (4)針對(duì)柔性石墨復(fù)合接地體接地模擬試驗(yàn)中部分試驗(yàn)參量無(wú)法按相似條件縮比的問(wèn)題,利用不完全相似理論,提出了適用于接地體直徑和電阻率不完全相似的工頻和沖擊接地模擬試驗(yàn)的外推方法。仿真分析了不同土壤條件下接地網(wǎng)對(duì)各畸變項(xiàng)的敏感度,隨著土壤電阻率的增大,接地網(wǎng)對(duì)畸變項(xiàng)的敏感度逐漸降低。減小模型相似比可降低接地體直徑畸變項(xiàng)的預(yù)測(cè)誤差,但無(wú)法降低接地體電阻率畸變項(xiàng)的預(yù)測(cè)誤差。 (5)針對(duì)石墨復(fù)合接地體接地模擬試驗(yàn)的非完全相似模型,提出了一種接地模擬試驗(yàn)不完全相似模型的預(yù)測(cè)系數(shù)修正法。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明,該修正方法能夠有效地減小不完全相似模型的預(yù)測(cè)誤差。 對(duì)接地模擬試驗(yàn)不完全相似模型預(yù)測(cè)系數(shù)修正法進(jìn)行改進(jìn),提出一種基于畸變補(bǔ)償項(xiàng)的接地試驗(yàn)不完全相似模型修正方法,解決了實(shí)際接地模擬試驗(yàn)中,預(yù)測(cè)系數(shù)修正法局限于試驗(yàn)條件不能進(jìn)行系列畸變?cè)囼?yàn)的問(wèn)題。通過(guò)仿真計(jì)算,論證了接地模擬試驗(yàn)中畸變補(bǔ)償項(xiàng)的應(yīng)用條件。同時(shí),對(duì)比分析了本文兩種不完全相似模型修正方法,指出兩者的適用范圍。 (6)開(kāi)展了石墨復(fù)合接地材料接地模擬試驗(yàn)及真型接地試驗(yàn)。根據(jù)接地模擬試驗(yàn)不完全相似模型及修正方法,對(duì)石墨復(fù)合接地材料幾種典型的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際接地模擬試驗(yàn)。接地模擬試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明了本文不完全相似模型修正方法的實(shí)用性。 (7)采用Φ28mm石墨復(fù)合接地材料,按照實(shí)際220kV輸電線路桿塔接地網(wǎng)尺寸建立1：1桿塔接地網(wǎng),針對(duì)該接地網(wǎng)進(jìn)行雷電流沖擊接地模擬試驗(yàn)。其中,沖擊電流幅值Ich_max=80.33kA,8/20μs接近自然雷電流峰值。測(cè)量結(jié)果表明沖擊系數(shù)a在不同雷電流作用下呈現(xiàn)出逐漸降低至0.92穩(wěn)定值的變換規(guī)律。通過(guò)對(duì)接地網(wǎng)局部電場(chǎng)強(qiáng)度的仿真計(jì)算,接地網(wǎng)在170kV/m的電場(chǎng)強(qiáng)度下出現(xiàn)火花放電效應(yīng)。 (8)對(duì)柔性石墨復(fù)合接地材料組成的對(duì)水平、方框輻射型以及組合式接地網(wǎng)三種典型接地網(wǎng)進(jìn)行真型接地試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,三種接地裝置的接地電阻值分別為0.58Ω,2.05Ω和3.27Ω。文章最后,將本文研發(fā)的新型接地材料應(yīng)用于110kV和220kV輸電線路桿塔接地網(wǎng)中。實(shí)際接地工程應(yīng)用表明,該新型接地材料在復(fù)雜地質(zhì)條件下可滿足實(shí)際接地工程需要。
[Abstract]:Reliable earthing of power equipment is to reduce lightning accidents of power system, maintain the safe and stable operation of power equipment, an important indicator to safeguard the personal safety of the operation. The current power system is mainly used for steel, copper and alloy metal grounding materials. Metal grounding materials in the actual operation of the long-term corrosion problems facing life is limited, grounding network. In addition, the metal grounding materials in the actual grounding project still faces such as complex transportation and construction difficult terrain conditions, grounding body and soil fit is not high, frequent theft and man-made damage accidents, the use of resistance reducing agent accelerated corrosion of metals and other issues. Therefore, promotion research on the application of new materials and non metallic grounding in power system grounding in the field, to save scarce metal resources in China, is of great significance to improve the power of grounding system security and stability in this paper. According to the preparation, test and application of the new nonmetallic ground material, the following research contents have been completed.
(1) as main conductive material of high purity flake graphite, and uses organic and inorganic fibers, adhesives and other raw materials, through acidification, raw material extrusion molding process, prepared with Litz line the layered structure of non metallic grounding materials -- flexible Shi Mofu ground material.
(2) by using the finite element method, the field analysis analyzes the resistivity of copper, steel and graphite composite grounding materials, influence the permeability of electromagnetic parameters of grounding body skin effect and the effect of inductance. The simulation results show that the graphite composite ground material skin effect, high utilization rate of conductive materials; inductance the different grounding materials decreases with increasing frequency, while the graphite composite inductor grounding material than steel grounding materials in high frequency current disperse when grounding impedance is small. Furthermore, the diameter of 10mm 10mm steel and copper, Phi Phi 10mm, Phi 22mm, Phi 28mm graphite composite materials in the ground different frequency, different soil conditions and effective bulk flow length, the simulation results show that the diameter of 28mm graphite composite materials in the ground under the impact of current effective bulk flow length better than Phi Phi 10mm close to 10mm steel, copper grounding body.
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本文編號(hào)：1624580