为了解决青海海南换流站青稞羊接地极极址上部金属围栅转移电位超标问题,以青稞羊接地极实测土壤电阻率为基础,结合极环设计方案,通过建立仿真模型的方法,研究了不同工况下极址表面电位分布对金属围栏转移电位的影响。研究结果表明,金属围栅的转移电位不仅与入地电流大小相关,而且与冻土关系密切,针对研究结果,提出了两种不同思路的转移电位治理方案,为后续工程中金属围栅转移电位设计及施工提供参考和借鉴。
提出了降低季节性冻土地区接地电阻的方法,该方法结合多年来所积累的工程经验和参考资料,并在不同季节性冻土地区设置方式的仿真计算和实例分析的基础上完成。降低季节性冻土地区接地电阻可以适当地加长垂直接地极的长度,使得垂直接地极至少深入到土壤电阻率较低的土壤层中2～3 m,对以后的工程设计工作有一定的指导作用。
为了研究温度因素对季节性冻土区域接地网故障测量的影响,测量分析了冻土温度变化过程水分和盐分迁移以及电阻率情况,并在冻土参数测量结果的基础上,采用接地网无损检测装置来分析温度变化对冻土区域接地网故障测量的影响。研究结果表明,冻融阶段温度梯度和孔隙水压梯度是水分迁移的主要驱动力,冻土冻结锋面以上和锋面下缘的土壤含盐量有上升趋势,冻土土壤冻结锋面附近电阻率急剧变化,这些由温度引起的冻土变化直接影响着接地网故障测量的准确度,即冻土深度低于水平接地网深度时,测量接地网故障准确率较高。
为了弄清季节性冻土区域输电线路的接地故障问题,本文在调研黑龙江区域输电故障接地情况的基础上,研究了土体随含水量和冻融循环的变化情况,给出了分析多次冻融循环过程基础的极限抗拔力,进而获得了冻土区域输电线路的接地故障机理。研究结果表明:1)冻土区域线路运行年限越长,接地体故障几率越大,接地故障容易发生在焊接部分等薄弱位置; 2)冻融次数增加导致了杆塔基础极限抗拔力下降,直接引发杆塔地基上拔的现象,从而造成接地体的破坏损伤。针对冻土区域的输电线路接地故障,文中建议采用避开富冰冻土区域等手段,相关的研究结果可为冻土区域输电线路接地的运行检修提供参考。
高海拔地区的风电场在冬季容易形成冻土层,冻土层的土壤电阻率变大,不利于风电机组遭受短路故障时的散流。基于风电机组接地网等电位模型研究季节性冻土因素下风机接地电阻季节系数的影响因素及其影响规律,以及垂直接地极、接地网水平引外对接地电阻季节系数的改善作用。研究结果表明:当接地网位于冻土层时,接地电阻季节系数受土壤电阻率反射系数的影响较大,当接地网位于非冻土层时,接地电阻季节系数几乎不受反射系数的影响;当冻土层厚度小于接地网埋深时,各土壤电阻率反射系数下的接地电阻季节系数基本不变并趋近于1,当冻土层厚度超过地网埋深时,接地电阻季节系数出现跃变式增长,反射系数越小,季节系数跃变越大;当土壤电阻率反射系数较小时,敷设垂直接地极对接地电阻季节系数的改善作用明显,当反射系数较大,地网埋深低于冻土层厚度时,风机接地网通过水平引外互联能够达到良好的降阻效果。
季节性冻土地区,冬季土壤冻结后,其电阻率急剧增加,不仅导致接地电阻上升数倍,同时会引起变电站内部短路时流入地网的故障电流发生变化。文中研究了季节性冻土地区土壤冻结深度对地网分流系数的影响规律。首先建立了季节性冻土地区的土壤结构模型,根据土壤的冻结规律,改变土壤的结构与电阻率,仿真得到了不同情况下变电站地网入地短路电流的分配规律。研究发现:由于杆塔的接地体埋深要小于地网的埋深,杆塔接地装置受冻土影响更大,导致变电站分流系数急剧增加,甚至超过50%,使得原有地网设计无法满足安全标准;仅对地网增设垂直接地极降阻会导致其分流系数的增大,变电站进出线路的临近6～7基杆塔的接地是影响变电站分流的主要因素,因此可以通过对其增设垂直接地极或加大埋深的方式来降低地网分流系数,通过该方法可以提高季节性冻土地区地网的安全性能。
季节性冻土的融冻循环过程会导致土壤电阻率和冻土层分界面随季节变化,冬季输电线路杆塔地网接地电阻可能上升,甚至超过标准限定值,影响线路的安全稳定运行。为了研究季节性冻土因素对杆塔地网接地电阻的影响,仿真研究了冻土层结构及冻土层厚度对其接地电阻的影响,并采用柔性石墨和圆钢接地材料同沟敷设的方案对实际输电线路杆塔地网进行了改造,对比分析了接地电阻的差异。研究结果表明:在不同冻土层结构和冻土层厚度情况下,柔性石墨地网相比于圆钢地网,其接地电阻最大降阻率分别达到了18. 76%和23. 65%。研究成果可为季节性冻土环境下输电线路杆塔接地降阻提供参考。
大庆油田处于松辽平原,每逢雨季各类储罐的防雷接地是否可靠,直接影响到油田的安全生产。大庆油田的储罐绝大部分为地上建设,罐底部是钢筋混凝土的基础。基础周围与土壤直接接触,在冬季,冻胀现象会将防雷接地线拉扯断裂。为了保证接地线的可靠性,到了春季需要重新进行焊接。接地线的断裂和焊接次数很频繁。储罐的工作区都是一级防火区域,焊接作业的审批周期长,焊接地点多,审批后的操作时间短,操作危险程度大。为解决这一问题,
冬季土壤冻结后,土壤电阻率急剧增加,而且冻土层土壤电阻率和深度随着土壤温度变化,不仅影响接触电压与跨步电压的值,同时还影响到跨步电压与接触电压的允许值。为了探究季节性冻土对变电站接地安全的影响,建立了季节性冻土地区的土壤模型,仿真分析研究了季节性冻土参数对变电站接地系统接地电阻、接触电压和跨步电压的影响规律;分析了不同情况下接地电阻、接触电压和跨步电压的最大允许安全值;最后研究了改善冻土地区接地安全性能的方法。研究发现:当冻土冻结深度小于地网埋深时,跨步电压与接触电压受到下层土壤电阻率影响,接地系统较为安全,冻土冻结深度超过地网埋深后接触电压与跨步电压急剧上升,超过安全值,此时通过增设垂直接地极可有效地降低接地电阻值,限制接触电压和跨步电压。
在季节性冻土地区,地面冻土层的土壤电阻率随季节性因素变化很大,将严重影响接地网的安全性能,此时采用参数合适的复合接地网将比水平接地网具有更好的降阻效果及安全性能。以哈牡铁路亚沟牵引变电所为例,采用CDEGS软件进行仿真计算的方法,分析在季节性冻土地区影响接地网安全性能的四个因素(水平均压带网格大小;垂直接地极数量、长度及位置),得出采用水平均压带与垂直接地极相结合的复合接地网方案为工程最佳方案。
