本文關(guān)鍵詞：雜散電流對變電站接地裝置腐蝕的影響及其仿真研究

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【摘要】：隨著我國用電量的迅速增加,電力系統(tǒng)裝機容量不斷擴大,電網(wǎng)容量也進一步增大,這對變電站的安全穩(wěn)定運行提出了更高要求。接地裝置,作為變電站內(nèi)用于電氣設(shè)備泄流電流的重要組成部分,常年埋于地下,除受到土壤中化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕外,還要承受土壤中雜散電流的腐蝕。做好接地裝置的防腐蝕工作,不僅能保證接地裝置的使用壽命,也能確保變電站安全穩(wěn)定運行。迄今為止,對變電站接地裝置腐蝕的研究已取得一定的成果,但對站內(nèi)雜散電流研究的報道還比較少,且雜散電流腐蝕的危害巨大,可直接導(dǎo)致變電站內(nèi)電氣設(shè)備跳閘,造成整個電網(wǎng)停電等事故。因此,變電站接地裝置的雜散電流腐蝕研究成為重要且迫切的研究課題。本文主要從三個方面來分析研究變電站接地裝置的雜散電流。一是以金屬Q(mào)235作為研究對象,通過室內(nèi)模擬變電站接地網(wǎng)交流雜散電流腐蝕,采用腐蝕失重法、電化學(xué)極化曲線法等方法探討了交流電流密度、通電腐蝕時間、土壤酸堿性以及交流電頻率等因素對交流雜散電流腐蝕的規(guī)律;二是采用ANSYS有限元的電磁仿真功能對變電站接地網(wǎng)周圍空間電位的分布進行仿真分析,研究了方位角、土壤電阻率、泄流電流以及金屬管線間距離等因素對變電站周圍空間電位分布的影響,通過電位分布云圖和電位分布曲線來對比分析電位分布情況;三是采用數(shù)值計算的方法,通過MATLAB軟件對變電站接地裝置地面電位的分布進行仿真計算研究,運用格林函數(shù)計算原理推導(dǎo)了變電站接地裝置地面電位分布的數(shù)學(xué)模型,通過電位分布矩陣、電位分布三維圖等來分析不同規(guī)格均勻網(wǎng)格下地面電位的分布情況。變電站接地網(wǎng)交流雜散電流腐蝕研究表明:變電站接地網(wǎng)周圍產(chǎn)生的交流雜散電流可加劇接地金屬的腐蝕,隨著交流電流密度的增大,腐蝕電位增大,腐蝕增強;隨著通電時間的增加,接地金屬的雜散電流腐蝕先增強,后減弱;在酸性土壤環(huán)境中,接地金屬易遭受交流雜散電流腐蝕,且酸性越強,腐蝕越強;在堿性環(huán)境中,交流雜散電流腐蝕被抑制;微弱交流電頻率的改變對接地金屬的交流雜散電流腐蝕影響很小。ANSYS有限元仿真變電站接地網(wǎng)周圍空間電位分布研究表明:ANSYS軟件能夠比較準確地模擬和分析變電站接地網(wǎng)周圍空間電位的分布情況;在與接地網(wǎng)金屬管線平行處的電位幾乎處處相等,隨著方位角逐漸增加,金屬管線中心處與其兩端的電勢差不斷增大,當兩金屬管線呈垂直狀態(tài)時,電勢差達到最大;接地網(wǎng)金屬中泄流電流越大,接地網(wǎng)周圍空間電位值越大;土壤電阻率對接地網(wǎng)周圍空間的電位分布影響較大,土壤電阻率越高,接地網(wǎng)周圍空間電位越高,且電位值由管線中心處向兩端遞減;接地網(wǎng)金屬管線間距離越大,電位越低。對變電站接地網(wǎng)地面電位的數(shù)值計算研究表明:對于5×5的均勻網(wǎng)格接地網(wǎng),其電位分布情況為:電位呈現(xiàn)在網(wǎng)格節(jié)點處電位較高,在網(wǎng)格中心處電位較低的形狀,網(wǎng)格范圍外電位降低,中心網(wǎng)格節(jié)點處電位值最高,四個邊角附近的網(wǎng)格中心處電位最低,最高電位與最低電位的電勢差達到13.53V;對于10×10的均勻網(wǎng)格接地網(wǎng),其電位分布情況基本與5×5均勻網(wǎng)格接地網(wǎng)電位分布一致,中心網(wǎng)格節(jié)點處電位最高,邊角網(wǎng)格中心處電位最低,兩者差值達51.59V;土壤電阻率越大,變電站接地網(wǎng)地面電位越大。
【關(guān)鍵詞】：變電站接地裝置 雜散電流 腐蝕 ANSYS 仿真 數(shù)值計算 電位分布
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM63;TM862
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 雜散電流腐蝕概述12-17
• 1.2.1 變電站雜散電流的危害12
• 1.2.2 雜散電流產(chǎn)生的原因12-13
• 1.2.3 雜散電流腐蝕分類及腐蝕機理13-15
• 1.2.4 雜散電流腐蝕特點15-16
• 1.2.5 雜散電流腐蝕的防護16-17
• 1.3 雜散電流對變電站接地網(wǎng)腐蝕的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4 ANSYS有限元方法概述19-20
• 1.4.1 有限元方法簡介19
• 1.4.2 ANSYS有限元軟件簡介19-20
• 1.5 本文研究內(nèi)容20-21
• 第二章 交流雜散電流對變電站接地網(wǎng)腐蝕規(guī)律研究21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 試驗內(nèi)容21-25
• 2.2.1 試驗主要儀器21-22
• 2.2.2 土樣試樣準備22
• 2.2.3 土壤成分測定22
• 2.2.4 土壤溶液準備22-23
• 2.2.5 材料試樣準備23-24
• 2.2.6 試驗方法與條件24-25
• 2.3 結(jié)果與討論25-30
• 2.3.1 交流雜散電流腐蝕失重25-26
• 2.3.2 不同交流電流密度對腐蝕的影響26-27
• 2.3.3 不同通電時間對腐蝕的影響27-28
• 2.3.4 不同土壤酸堿度對腐蝕的影響28-29
• 2.3.5 不同交流電頻率對腐蝕的影響29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 變電站接地網(wǎng)電場產(chǎn)生雜散電流的有限元分析31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 接地網(wǎng)周圍產(chǎn)生電勢的計算原理31-32
• 3.3 ANSYS有限元分析步驟32-37
• 3.3.1 定義單元類型32-33
• 3.3.2 定義材料屬性33
• 3.3.3 創(chuàng)建有限元模型33-35
• 3.3.4 加載并求解35-36
• 3.3.5 結(jié)果后處理36-37
• 3.4 ANSYS有限元模型的建立37-38
• 3.5 ANSYS有限元仿真分析38-44
• 3.5.1 接地網(wǎng)周圍空間不同方位電位的分布38-39
• 3.5.2 泄流電流大小對接地網(wǎng)周圍空間電位分布的影響39-41
• 3.5.3 土壤電阻率對接地網(wǎng)周圍空間電位分布的影響41-42
• 3.5.4 兩金屬管線間距離對接地網(wǎng)周圍空間電位分布的影響42-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第四章 基于Matlab仿真的變電站接地網(wǎng)地面電位分布研究45-60
• 4.1 引言45
• 4.2 接地網(wǎng)參數(shù)計算原理45-51
• 4.2.1 恒定電流場理論45-46
• 4.2.2 表面電荷法46-47
• 4.2.3 采用鏡像法計算自電阻和互電阻47-51
• 4.3 接地網(wǎng)地面電位分布的計算與仿真分析51-58
• 4.3.1 5×5 均勻網(wǎng)格的地面電位分布51-53
• 4.3.2 10×10均勻網(wǎng)格的地面電位分布53-56
• 4.3.3 土壤電阻率對接地網(wǎng)地面電位的影響56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論與展望60-63
• 參考文獻63-67
• 致謝67-68
• 附錄A（作者在攻讀碩士期間的科研成果簡介）68-69
• 附錄B（部分MATLAB源代碼）69-83

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