基于CDEGS的换流站接地系统设计

[41]。 (4.1)其中，dn表示接地网单边总长，dmax表示中间网孔边长，Cn表示压缩比。如图4.16所示，对于高电势区域采用加密网孔处理，低电势区域如接地网中心在平衡安全性和经济性的条件下可减小接地导体布置。经过仿真分析，接地网中心接触电压小于172V，接地网电势大小基本一致，保持在小于103V。相较于等间距接地网，在接地网范围内接触电势均减小50%左右。接地网跨步电压中心最高出小于26V，整体电势均匀分布，小于13V。4.16非等间距接地网图4.17MALT观测线绘制图4.18非等间距接地网接触电压分布图图4.19非等间距接地网可接触接触电压分布图图4.20非等间距接地网跨步电压分布图CONFIGURATIONOFMAINELECTRODE===============================OriginalElectricalCurrentFlowingInElectrode..:1708.0amperesCurrentScalingFactor(SPLITS/FCDIST/specified)..:0.85399AdjustedElectricalCurrentFlowingInElectrode..:1708.0amperesNumberofConductorsinElectrode:26ResistanceofElectrodeSystem:0.93876ohmsSUBDIVISION===========GrandTotalofConductorsAfterSubdivision.:3328TotalCurrentFlowingInMainElectrode:1708.0amperesTotalBuriedLengthofMainElectrode:1280.0metersEARTHPOTENTIALCOMPUTATIONS============================MainElectrodePotentialRise(GPR):1603.4volts③安全评估根据仿真报告可知，非等间距接地网电阻率大小为0.93Ω，公式4.2计算接地网最大允许电阻率为1.17Ω，符合国内标准。接触电压和跨步电压应满足国标DL/T621-1997，应当保证在发生单相接地短路或相间短路时，换流站接地装置的接触电压和跨步电压应满足公式2.6、2.7。最大短路时间取二段电流保护0.5S，表层土壤电阻率为93.19Ω。测量值取接地网范围内区域最大电势，其计算结果如下表4.4所示。表4.4接地网数值测量表项目最大允许值V测量值V是否符合标准等间距接地网接触电压379.68361.81符合等间距接地网跨步电压478.4657.88符合非等间距接地网接触电压379.68172.05符合非等间距接地网跨步电压478.46120.9符合对上述结果分析可得出结论，非等间距接地网接触电压于与跨步电压均符合国内标准，相较于等间距接地网，非等间距接地网对等间距接地网边缘处采用加密接地导体处理，使其接地网边缘电势明显减小，接地网整体电势区域一致，在安全性上有更优异的表现。为探究局部加密接地导体对实现这两个目标的效果，针对某站点变压器所处接地导体进行了局部加密处理，并开展了仿真分析。首先，接地导体局部加密的设计均匀电流分布。在电力系统运行过程中，接地电流的不均匀分布会导致局部电势过高，增加安全隐患。通过对变压器所处接地导体进行局部加密，改变电流路径，使电流更均匀地扩散，从而降低电势。图4.21接地网局部加密示意图通过仿真分析，其结果如图4.22、4.23所示，接地网从接触电压来看，接地网加密处的接触电压远小于未加密处，经计算，加密处接触电压同比减小45.16%，这表明局部加密有效地降低了人体接触设备时可能承受的电压。在正常运行或故障情况下，人员接触接地网的风险显著降低，保障了人员的安全。通过仿真实验证明了局部加密重要设备所处接地网导体对减小电势有显著效果。从跨步电压角度分析，加密处的跨步电压同比未加密处减小了49.98%。局部加密接地导体后，跨步电压的显著降低，在接地网附近活动的人员面临的触电风险进一步减小。通过此次仿真实验，充分证明了对重要设备所处接地网导体进行局部加密，对减小电势具有显著效果。在实际工程应用中，可根据设备的重要性和接地系统的特点，有针对性地对关键区域的接地导体进行局部加密，从而提升整个接地系统的安全性和可靠性。图4.22接触电压示意图图4.23跨步电压示意图通过观察下图两张图色块分布情况，能够直观了解接地导体局部加密对电压的改变效果。图中不同颜色的色块代表着不同的电压数值范围。一般来说，颜色越偏向暖色调（如红色），表示电压值越高；颜色越偏向冷色调（如蓝色），表示电压值越低。在这两张图中，加密区域与未加密区域的色块分布存在明显差异。从接触电压图4.24来看，未加密区域存在较多颜色偏绿的色块，表明该区域的接触电压相对较高。而在接地导体局部加密区域，色块颜色明显偏向黄色。这直观地表明加密区域的接触电压大幅降低。对于跨步电压如图4.25，未加密区域同样有较多显示高电压的色块。在局部加密区域，原本代表高跨步电压的色块被代表较低跨步电压的黄色色块取代，色块分布变化显著。图4.24接触电压对比示意图图4.25跨步电压对比示意图4.5本章小结本章围绕110kV换流站接地系统设计展开，针对换流站复杂地质条件，采用温纳四极法进行多间距土壤电阻率测量，通过CDEGS软件RESAP模块对比两层与三层水平分层模型，选取误差更小的三层模型作为基础，结合系统远景规划与故障场景，构建入地电流模型。通过FCDIST模块仿真分析短路故障下的电流分布，得出入地电流、地电位升等关键电气参数。在接地材料选择上综合考虑土壤腐蚀性、导电性与经济性，对比钢制材料与铜导体特性，最终选定耐腐蚀、散流性能优的铜作为接地导体材料。并对对接地网结构设计建立等间距与非等间距模型，利用MALT模块仿真分析接地电阻、接触电压与跨步电压。结果表明，非等间距加密设计可显著降低边缘电势，优化电压分布，在此技基础上进一步对变压器等关键设备区域进行局部加密处理，仿真验证其接触电压与跨步电压可显著降低。5结论与展望5.1结论随着设施设备的增多，电力系统故障带来的影响也越来越大，大容量送电要求接地系统设计对电力系统安全运行承载着至关重要的作用，本课题基于CDEGS的换流站接地系统设计，对一个110kV换流站设计做了系统性的研究，在设计上考虑了几个方面。在分析土壤电阻率上，要考虑土壤测量的准确性，采用Winnna四极法保证测量数据精度，同时确定分层土壤层数，在两层土壤和三层土壤分层中，采用误差最小的三层土壤构建更合理的分层土壤模型。为后文的实验做基础。针对大容量超高压短路电流的日益增大，确定接地网入地电流及其重要，这关乎接地网散流能力大小，对接地网性能有很大影响，因此确定故障电流可作为可作为研究接地网性能依据。根据土壤电阻率模型和接地网入地电流模型，对接地网结构设计了两种模型，均匀和非均匀，将两种模型作比较得出了满足110kV换流站接地系统的设计方案，对重要设施以及高电势区域采取加密接地导体处理，经过验证，确认其可行性。5.2展望在有限的时间里。对换流站接地网设计做了一个较为完整的研究，考虑了工程实际很多影响因素，如接地网埋设深度，接地导体材料选择，故障电流对接地网性能影响以及接地网疏密度对接触电压和跨步电压抑制的能力等，但针对不同土壤以及环境因素（如南方潮湿气候，北方冻土，西北地区的沙漠等）依然有更多因素可以继续考虑。同时，环境的酸碱度对接地网腐蚀也会影响接地网性能，对该变量做不同周期的耐腐蚀实验，可进一步完善接地网模型。

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