影响接地网冲击特性因素的定量分析.pdf

维普资讯 2008年第5期 ＼／、黄州 电力技术≯ 影响接地网冲击特性因素的定量分析 武汉大学电气工程学院 杨 威 文习山 [430072] 摘 要 本文在接地网的场路结合模型基础上，将雷电流进行最优化拟合，进行傅立叶变换 ；然后逐点计算接地网 在各个频率下单位激励的响应，最后通过傅~_n-I-反变换来逼真接地电极的冲击特性。在此基础上 ，笔者定量分析了 影响接地电极冲击特性的因素，给实际防雷接地工程提供参考。 关键词 接地网 频率响应 最优化 接地网 接地系统冲击特性的影响因素较多，决定于接 (2)基于传输线理论的计算方法八÷年代 ，C． 地系统结构尺寸 、土壤电阻率、接地网材料雷 电流参 Mazzettie，A．P．Meliopoilos，R ．Velazquez以及 D． 数等因素，因此难以采用通用的表达式对其性能进 Mukhedkar等人在几篇文章中提出了基于传输线理 行评估。这既要针对不同的环境和要求，对不同的 论的解决接地体暂态问题的时域方案 ，即将接 接地系统分别进行详细准确的研究，研究的手段为 地极在冲击 电流作用下的响应看作具有分布参数的 数值计算 。因此 ，能够准确的对 电力系统输 电线路 传输线上的波过程来考虑。这一方法对于伸长水平 杆塔及发、变电站接地系统在雷 电流作用下的冲击 导体是完全合理的，但并不适于垂直接地体及任意 特性进行模型建立，是接地系统优化设计的重要前 连接的导体。 提，也是 目前电力部 门迫切需要解决的实际问题 。 文献 采用基于切 比雪夫展开式的方法对接 地体进行分析，能够将系统的频变特性和时变特性 l 现有的接地网雷电冲击数值模型模拟计 综合考虑。但该方法只是用于单根水平长导体的冲 算方法 击特性计算，对于地网中任意交错的导体结构难以 在 目前发变电站、线路杆塔的防雷设计 中，对接 计算所需分布参数，因此不易引人地网暂态计算中。 地电极冲击特性的分析一般采取定性的方法，这是 (3)有限元方法应用有限元法 (FEM)来模拟 因为雷电过程短暂，影响时间不长 。接地 电极的冲 计算接地体在雷电冲击下的暂态性能的好处是可 以 击接地 电阻由工频接地 电阻与冲击系数的乘积得 很方便的考虑土壤分层的情况。但其主要的缺陷在 到，而冲击系数靠经验值获得。这种定性分析的方 于土壤与接地金属分界处电阻率的显著变化引起的 法不能分析雷击时周围电磁场的分布，所以需要构 病态矩阵，这将导致在数值求解时引起较大的误差。 建电路模型进行定量分析。很多学者都提出了冲击 Nekhoul等人的文章 中应用有限元法对接地体暂 的电路模型，但大都仅对接地电极进行建模 ，没有对 态性能进行了研究 ，分析 中考虑 了土壤 电击穿的影 雷 电流进行分析。所 以计算相当复杂，不能用于大 响，但仍近似地认为接地体周围土壤的火花放 电是 型接地网的分析，只对极小接地 电极的计算有用。 均匀的，其火花放电区域是圆柱形的。 所以大都没有发展完善，并停滞于理论层次，对工程 2 本文接地网雷电冲击数值模型模拟的计 实际指导意义不大。这些理论主要有： 算方法 (1)基于电路原理的方法 。基于 电路理论的方 法，由于集中参数R—L—C—G组成型等值 电路来