复杂土壤结构对水电站接地装置散流机理影响分析

准确计算复杂土壤结构中接地装置接地参数及其散流机理是水电站接地装置合理优化设计的基础。提出考虑大范围复杂土壤结构的接地装置有限元计算方法,针对有限元数值计算方法中大范围求解区域和接地导体截面尺寸的差异导致的计算量过大问题,采用二维接地导体与三维散流土壤耦合的有限元数值计算方法;基于有限元模型分别建立垂直三层土壤模型、块状土壤模型以及落差土壤模型,对接地装置散流过程中土壤中的电流密度、电场强度分布规律进行了详尽分析;并对河道两岸土壤电阻率、河水深度对水电站接地网散流过程及接地电阻的影响规律进行了定量分析。对比分析了三种不同土壤模型对水电站接地网散流过程及接地电阻的影响规律,结果表明河水深度是影响接地装置散流过程的重要因素,复杂土壤结构中水电站接地网设计中宜采用考虑实际河水深度的块状土壤模型和落差土壤模型。

基于薄壳理论的大型接地装置有限元模型

准确计算复杂土壤结构中大型地网的性能是优化地网结构、保障电力系统安全稳定运行的重要基础。为此提出基于薄壳理论的大型接地装置有限元模型,针对有限元方法在大型地网计算中网格剖分困难、计算量大的问题,将接地导体等效为具有一定虚拟厚度的金属薄壳;并提出二维有限元与三维有限元耦合的方法求解。建立某变电站地网模型,分析复杂土壤结构对大型地网接地性能的影响,结果表明：引入薄壳理论使得该方法在保证计算精度的基础上大大减小了计算内存和时间;复杂土壤结构中的高阻区对故障电流的阻碍作用会抬升地网电位升;高阻区的电流密度较小,地表电位分布起伏较大,较之均匀土壤高阻区接触电压、跨步电压高出数倍,地网设计中应加以关注。