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《西南交通大学》 2011年
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大电流及复杂地质结构下接地系统散流规律及参数计算

曹晓斌  
【摘要】:“西电东送”和“北电南送”是解决我国电力资源分布与用电负荷分布极不平衡这一矛盾的主要途径。超高压与特高压输电线路具有长距离、大容量输电功能,其成为我国新建输电线路的主干。许多超、特高压变电站与换流站位于云南、四川与西藏交界的地区,该地区地质条件复杂,土壤电阻率非常高,部分地区土壤电阻率高于2000Ω.m。而且超、特高压输电系统短路电流非常大,达到数十千安。因此必须对上述接地问题开展研究工作。本论文重点研究了土壤导电机理、地网的散流特性以及地网优化方法。 土壤是一种典型的多孔介质,其电阻率是影响接地系统性能的重要因素。通常情况下,土壤骨架是由非导电物质构成,其导电性能主要由土壤中的孔隙水所决定,本文研究了孔隙水的电导率影响因素。本文通过实验研究了温度对土壤电阻率的影响规律,当试样温度达到0℃时,孔隙水逐渐凝固造成土壤电阻率快速上升。本文通过实验研究还发现了直流电流密度对土壤电阻率的影响规律,直流电流使离子从土壤试样中迁移走,导致试样中离子浓度下降,土壤电阻率上升。当直流电场强到足以引发水分子电离时,孔隙水中离子浓度上升,土壤电阻率下降。 论文中提出用无源二端口网络模型来分析双地网接地系统,并利用二端口网络输入与输出之间的对应关系,推导了双地网系统等效电路中的各个参数表达式。通过该模型,本文得到了双地网接地电阻的计算公式,该公式与仿真结果之间的相对误差小于0.1%。以此为基础上,本文研究了地网参数以及双地网之间的间距对双地网接地系统的影响。 超高压与特高压变电站和换流站的地网常埋设于双层土壤之间。本论文通过仿真研究了均匀土壤中地网接地电阻与双层土壤中地网接地电阻,得到了二者之间的关系函数,该关系函数与土壤电阻率本身大小无关,仅与双层土壤中电阻率的比值有关。利用该关系函数以及均匀土壤中地网接地电阻的计算公式,本文推导了水平双层土壤与垂直双层土壤中地网接地电阻的计算公式,这些公式的计算结果非常接近仿真软件的计算结果,二者的相对误差小于10%。 接地导体非等距布置可以改善地网的散流性能,本文建立了均匀土壤中正方形地网仿真模型,仿真得到不同情况下接地导体优化布置后的相对位置。通过研究得到各导体编号与其相对位置的对应关系,得出计算接地导体相对位置的优化函数,该函数不随地网导体数目改变而变化。通过研究该优化函数在矩形地网中的应用,发现优化结果受纵向与横向分段数的影响。本文通过研究给出了矩形地网导体最佳时的分段数比例以及纵向与横向分段数的计算方法。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM862

【参考文献】
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