土壤特性对圆环型直流接地极暂态温升的影响

温升是影响直流接地极安全运行的重要因素,为研究土壤特性对圆环型直流接地极暂态温升的影响,建立了水平圆环型直流接地极的有限元模型,对比分析了不同土壤特性下水平双圆环直流接地极的温升变化规律。仿真结果表明:土壤导热系数、比热容和土壤电阻率是重要影响因素;在水平双层土壤中,接地极的最高温升与土壤电阻率成正比,上层土壤电阻率的影响较下层土壤电阻率更为明显,而下层土壤电阻率对内环与外环的最高温升差值影响较大;上层土壤超过一定厚度后,上层土壤厚度的变化对极环最高温升的影响较小。研究成果可为特高压直流接地极选址及设计提供参考。

复杂土壤条件高压直流接地极与埋地油气管道防护距离研究

为保障埋地管道附近人员的安全,对高压直流接地极对埋地管道的电流干扰及人身安全距离进行了研究。首先,利用CDEGS仿真软件建立了埋地管道受高压直流接地极的干扰模型,筛选了影响安全距离的主要因素;其次,研究了埋地管道在不同均匀土壤和多层复杂土壤的安全距离;最后,建立了均匀土壤与复杂土壤的安全距离折算关系,提出了采用最大管地电位并利用系数修正得到复杂土壤安全距离的方法。研究结果表明,土壤电阻率对安全距离的影响最大;若均匀土壤的安全距离小于8km,修正系数采用0.85,可以得到复杂土壤的安全距离;若均匀土壤安全距离为8~12 km,修正系数与安全距离符合幂函数的关系;若均匀土壤安全距离大于12 km,建议修正系数取0.53。所提方法可供高压直流接地极及管线设计提供参考,并且可为未来拟建高压直流接地极选址提供借鉴。

特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制策略研究

常规的特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制方法主要使用CDEGS软件确定电流抑制修正关系,易受接地极电位差变化影响,导致不同测点的偏磁电流过高,因此需设计一种特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制策略。根据地质构造及断裂关系生成特高压直流接地极选址流程,设计受端电网结构偏磁电流抑制算法,从而完成特高压直流接地极选址及受端电网结构偏磁电流抑制。实验结果显示设计的直流接地极选址及电网结构偏磁电流抑制策略的各个测点的偏磁电流较小,表明该策略抑制效果较好、可靠性高,有一定的应用价值。

应对直流接地极电流影响的油气管道阴极保护方案

随着直流输电技术的广泛应用,直流接地极电流对邻近油气管道的阴极保护系统产生了影响,可能导致管道腐蚀加剧。因此,提出了一种应对直流接地极电流影响的油气管道阴极保护方案。该方案通过优化阴极保护系统设计、安装与调试,以及实施监测,有效降低直流接地极电流对管道保护效果的影响。预期能显著增强管道防腐蚀效果,延长其使用寿命,为类似工程提供了借鉴。

应对特高压直流接地极电流影响的油气管道大功率阴保系统参数优化配置

特高压直流输电工程不同工况下接地极电流变化巨大,单极大地回路运行时可高达6.25kA,现有油气管道阴保系统已无法完全应对入地电流的干扰影响,亟需配置具有双向输出功能的大功率阴保系统。分别以管道等效年腐蚀速率和管地电位差进行评估,建立大功率阴保系统参数的优化目标函数;将混沌粒子群优化算法应用于油气管道大功率阴保系统参数优化配置,并基于粒子间的欧氏距离提出粒子群稳定性判据。就典型直流工程与埋地油气管道的干扰问题,对油气管道干扰影响进行评估,并对大功率阴保系统参数进行优化配置。结果表明,以等效年腐蚀速率评估时,需综合考虑直流工程在不同运行工况下的影响;采用优化配置的大功率阴保系统,可满足等效年腐蚀速率限值要求。以管地电位差评估时,采用大功率阴保系统可将管道管地电位差控制在限值范围,但接地极在阴极和阳极不同状态下运行时,优化得到的大功率阴保电源位置不同,需优先保证接地极阴极运行时管地电位差满足限值要求,以有效缓解对管道的腐蚀影响。研究结果为应对特高压直流接地极电流影响的埋地油气管道自适应大功率阴保系统研究提供了参考。

应对直流接地极电流影响的油气管道阴极保护方案

目前阴极保护电源位置没有根据直流接地极电流干扰的特点来布置,阴极保护电源只能单向输出且额定输出电流较小。根据直流接地极电流特性,使用具有双向输出能力的大功率阴极保护电源来抵御接地极电流对管道的影响,并通过分析直流接地极对油气管道的影响特点,提出了应对直流接地极电流影响下油气管道的阴极保护方案。

直流接地极地表电位的切比雪夫多项式求解法

运行经验表明,直流接地极造成电网大范围直流偏磁危害,其根源在地表电位不均匀分布.针对广域深度分层的复杂大地模型关于地表电位分布求解方面的难题,利用切比雪夫多项式拟合地表电位的汉克尔变换核函数.通过切比雪夫多项式的移位运算、系数展开和截断误差判定,得到了核函数的切比雪夫多项式自适应阶数拟合方法,从而大幅降低了直流接地极造成广大区域地表电位分布的计算难度.与标准接地计算软件CDEGS的水平8层结构大地算例对比结果表明,直流接地极入地电流5 kA时,本方法在1~100 km地表范围内的地表电位偏差小于1 V.进一步分析了切比雪夫多项式阶数对地表电位的计算结果的影响,证实了20阶切比雪夫多项式的精度就可以满足一般的直流偏磁风险评估的应用需求.基于移位切比雪夫多项式的地表电位快速评估方法为直流偏磁风险评估提供了一种基础的技术手段,有助于降低电网直流偏磁风险评估的难度.

高压直流接地极多场分布特性及影响规律研究

针对直流接地系统所承受的工作电流过高对接地极的安全运行、人畜安全和地下金属管道设施安全运行构成严重威胁问题,基于等效镜像法与有限元法叠加的方法对复合分层土壤中埋设的环形接地电极周围实际电位进行求解。推导了接地极电流场与温度场之间的交互作用影响;分析了接地极埋深对于地面电位分布及接地特性的影响。结果表明,接地极埋地深度与周围电位和接地电阻阻值成反比,与接地极温升成正比。

直流接地极与埋地金属间安全距离的分析

HVDC输电系统会对周边埋置的金属管道产生一定的腐蚀影响,本文分别研究了HVDC输电系统的腐蚀干扰原理、特点。分析了国内外有关直流接地极、埋地金属安全距离的现有研究成果,对HVDC系统的管线干扰情况采取现场检测技术以及数值模拟方式,分别对埋地金属管道受到的直流干扰腐蚀影响展开安全监测、安全排查、安全评估,研讨了一些能够用于处理埋地管道腐蚀问题的安全防护措施,并展望了未来直流接地极和埋地金属的发展情况。

高压直流输电系统中直流接地极极址的优化选择与应用研究

随着能源需求的不断增长和环境问题的突显,高压直流输电技术作为一种高效、远距离电力传输的手段,受到了越来越多的关注与应用。在高压直流输电系统中,直流接地极作为其重要组成部分之一,承担着将系统电流引入地下的重要任务。而直流接地极的极址选择与应用,直接关系到系统的稳定性、电力传输效率以及环境影响等关键因素。因此,对于直流接地极极址的优化选择与应用研究具有重要的理论和实际意义。

直流接地极对邻近埋地金属管道影响测试与分析

直流接地极电流会对邻近的埋地金属管道造成腐蚀和危险影响,直流接地极距管道较近时,影响会尤其大。本文对德阳-宝鸡±500kV直流输电工程千阳接地极邻近的兰郑长成品油管道开展了现场测试,并分析了千阳接地极电流对兰郑长成品油管道的影响水平。

土壤电阻率的温度特性及其对直流接地极发热的影响

为了更准确地分析接地极的发热情况,确保接地系统的安全运行,通过土壤温升模拟试验,获得了土壤在一定温度范围内的电阻率与温度、含水量的变化规律,试验结果表明:当温度较高时,土壤水分蒸发加快,土壤电阻率迅速增大,并呈指数上升。基于试验结果,结合电流场理论及传热学原理,建立了简单直线型接地极的发热仿真模型,从仿真结果中发现:土壤电阻率的变化会影响接地极表面的散流分布,从而改变接地极附近土壤的温度分布。对比传统计算模型中将土壤电阻率视为恒定的情况,该模型计算结果说明接地极附近土壤温升速度更快。试验及仿真结果说明,计算时考虑土壤电阻率的温度特性对接地极发热的影响,将有利于接地极的安全设计和维护。

垂直型直流接地极暂态温升计算与试验

垂直型直流接地极可以有效解决极址选择困难问题,但也将带来土壤温升过高,接地极散流不均匀等难题。为了对接地极运行时的暂态温升进行有效计算,建立了暂态温度场计算模型,并通过试验进行验证。计算首先基于场路耦合法,在考虑接地极自阻的情况下对接地极电流场进行计算,然后将电流场计算结果作为温度场的计算条件,依据Gurtin变分原理构造时空有限元模型,对接地极进行暂态温升计算。试验选取长9m、直径为30mm的圆钢作为接地极,加载113h的直流电流,分别采用热电偶传感器和霍尔电流传感器采集并记录接地极的温升规律以及散流特性。对比分析表明,计算结果与试验结果具有较高的吻合度,验证了算法的有效性,能为实际工程设计提供参考。

直流接地极入地电流对交流变压器的影响

为了确定直流接地极入地电流对交流电网中有效接地的变压器运行产生的影响程度,通过采用物探法和电流注入法相结合的方法,或根据接地极实际入地电流在地面产生的电位分布测量结果经反演拟合的方法,建立了能够真实反映大地特性的极址电性模型并仿真计算了流入各变压器直流电流值;在直流工程接地极调试期间,对典型电站有效接地变压器测试获得主变中性点最大直流电流达22 A;分析了直流电流对变压器运行影响的机理及因素后确定流入变压器的直流电流≤2倍的空载电流。研究结果为直流接地极入地电流对变压器影响的评估提供了方法和依据。

并联直流接地极抑制上海区域直流偏磁的方法研究

在对直流偏磁产生原因及安装于变压器中性点的直流抑制装置进行简述的基础上,考虑上海区域多直流落点和多接地极的特点,提出了用并联直流接地极去抑制上海区域直流偏磁的方法。根据设计单位资料,对并联用特高压奉贤接地极、华新换流站接地极以及南桥接地极建立了电极模型并获取了各500 kV变电站等效电阻。根据上海区域地质结构和土壤电阻率实测数据,建立了由浅沉积层、深沉积层、基岩层以及地幔至地心层组成的4层水平分层土壤模型。以近景年上海区域电网主要拓扑结构,对直流接地极单独运行、并联运行进行了地表电位和变压器中性点电流计算分析。其中地表电位计算分为上海区域地表电位和各变电站地表电位,而变压器中性点电流计算分有无接入小电阻两种工况。计算结果表明,在并联运行方式中,各变电站的地表电位和直流电流都得到了有效控制。

特高压直流接地极入地电流对金属管道腐蚀研究现状与发展趋势

随着中国对能源的需求日益增加,特高压直流输电工程与长输管道工程的修建正大规模地进行。当直流接地极单极运行时,会有部分电流流入埋地金属管道,使金属管道发生电化学腐蚀,加速管道的破损。该文旨在系统地介绍特高压直流接地极入地电流对金属管道腐蚀的研究,包括管道在直流入地电流作用下加速腐蚀的机理及影响因素分析,入地杂散电流的检测评估方法及实际工程中典型的管道防腐措施介绍。对比由于电气化铁轨入地电流引起的管道腐蚀所采取的解决方案,对特高压直流接地极引起的管道腐蚀进行分析,最后给出相关研究方向的展望,并提出了对关键问题的解决思路。

直流接地极对附近输电线路杆塔的腐蚀影响及防护措施的研究

直流电流在大地中流散时,大地将呈现一定的电位分布,当直流接地极址靠近输电走廊时,将有直流通过地线在处于不同等电位面的杆塔之间流动,从而造成杆塔接地体及基础导体的腐蚀。笔者针对锦屏-苏南±800 kV特高压直流输电工程送端龙恩接地极址,以距极址最近的二自Ⅱ回500 kV交流线路为例,将直流接地极、土壤结构、避雷线和杆塔接地体在CDEGS(电流分布、电磁场分析、接地与土壤结构分析)软件中进行数值建模,仿真计算了流过各个杆塔的直流电流值并分析了土壤结构、杆塔接地电阻等参数对直流分布的影响;根据直流接地极设计的总运行年数及各杆塔入地电流值的计算结果,计算了在直流接地极分别以80%、60%、50%阳极运行条件下临近整条交流线路及其每基杆塔的腐蚀量。计算结果表明:中层电阻率越大、杆塔接地电阻越小,流过杆塔的直流电流值就越大,腐蚀就越严重,而整条线路由直流引起的腐蚀量不会超过594 kg;结合计算结果,最后提出了避雷线与杆塔绝缘、填充焦炭等防护措施。

直流接地极引起的电气化铁路牵引变压器直流电流计算

为研究直流接地极对电气化铁路的影响,基于CDEGS软件建立了云—广±800 kV特高压直流输电工程鱼龙岭接地极及临近京广电气化铁路的仿真模型,分析了牵引变电站供电臂沿线轨道电位分布,计算了流经电气化铁路牵引变压器的直流电流,并研究了影响该直流电流大小的各个因素。分析结果表明,在同极性单极大地返回运行工况下,流过牵引变压器的直流平均电流为19.7 A,已超过普通电力变压器允许限值;流经牵引变的直流电流与接地极入地电流同向变化,接地极离铁路轨道越近,引起的直流电流越大,且接地极位于供电臂中垂线上时引起的直流电流最小。研究结果为直流输电工程接地极及铁路轨道设计提供了参考。

基于ANSYS的陕北换流站直流接地极地电位分布计算

在特高压直流输电(UHVDC)工程规划设计阶段需要进行地表电位的分布计算,参考了陕北换流站工程中府谷大柳树墕村接地极大地电磁测深(MT)法实测的大地分层电阻率数据,建立了6层大地土壤分层模型,并应用ANSYS计算了在额定运行工况下接地极方圆100 km范围内的大地电位分布。结果表明,接地极方圆2 km范围内地电位下降迅速,不应规划建设电力、通信、铁道及管道等设施。所得陕北换流站地区已建及远景规划的各变电站及电厂的地电位分布结果,可对陕湖特高压直流输电工程单极运行调试提供参考。

基于边界元法的江河湖泊对直流接地极设计的影响

合理的土壤模型对直流极的设计至关重要,因此当直流极附近存在江河湖泊时,需重点考虑其对直流极设计的影响。为此采用边界元法分析计算了江河湖泊对直流极地电位分布、跨步电势和散流电流分布的影响,说明了在直流极设计时考虑江河湖泊影响的必要性。并提出将含河流的层状土壤即层状土壤中含块状土壤等效为块状土壤,当块状土壤的面积是直流极面积的100倍时,2者之间的最大电位差值<3%,从而验证了将层状土壤中含块状土壤等效为块状土壤模型是有效的。在此基础上,采用边界元法计算直流极附近的电场和电位分布,结果表明:直流极附近河流中人体和动物的安全性可能存在威胁,建议增大直流极埋深,以确保人身和动物的安全。