CN111948482A - 计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验评估方法 - Google Patents

计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验评估方法 Download PDF

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Abstract

计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验评估方法，其特征在于高频冲击电压发生装置的输出端与接地极连接，控制端经高频冲击电压发生器控制装置与上位机连接，高压探头两个端子分别与接地极、电压参考电极连接，电流传感器套在接地极高频冲击注入引线上，温度传感器经温度测量装置与上位机连接，电热丝经温度调节装置与上位机连接。评估方法包括对圆锅填充不同类型的土壤以及设定不同温度，测量对应土壤类型和温度下接地极上的高频电流波形，并提取出电流幅值和频率两个特征值并进一步评估接地极频率敏感特性。本发明能有效模拟不同温度及土壤类型下接地极频率敏感特性，并对该特性做出准确评估。

Description

计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验评估方法
技术领域
本发明属于电力系统接地技术领域，特别是一种计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验评估方法。
背景技术
随着电力需求的不断扩大，输电线路输送容量越来越大、输送距离也越来越远，为减小输电损耗，电压等级也越来越高。由于高压输电线路跨度范围广，同一线路不同杆塔接地极的土壤类型差距较大，当其遭受高频冲击时，会导致更大面积的故障出现；另外，超特高压变电站中电气开关在操作或故障时会产生较高频率的电流。作为电力系统的重要组成部分，接地装置在系统遭受雷击或故障时能够迅速泄放故障电流，为电力系统安全稳定运行提供保障。因此，准确评估高频冲击下接地装置的频率敏感特性至关重要。
由于杆塔接地装置埋在土壤之中，其频率敏感特性与接地装置附近土壤状态息息相关，温度能对土壤中自由电荷的运动产生不可忽略的影响，土壤自身的组成成分也直接对接地装置的频率敏感特性产生直接影响，因此在高频冲击电压下研究接地装置附近土壤类型和温度与接地装置频率敏感特性之间的关联性具有重要意义，在传统的接地装置性能评估中，土壤对接地装置的作用均被认为是一个与频率温度无关的常数，即忽略了土壤参数随入地电流频率以及土壤温度变化而变化的事实，为了研究在高频冲击下，准确地分析接地极频率敏感特性，迫切需要一种在不同温度和不同土壤类型下评估接地极频率敏感特性的试验方法，能考虑温度与土壤类型的影响，在不同温度和不同土壤类型下进行接地极频率敏感特性的测试与分析，用以输电系统的安全评估。
发明内容
本发明的目的是提供一种计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验评估方法。
实现本发明目的的技术方案如下：
第一步：搭建计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验平台，该平台包括：上位机、高频冲击电压发生器控制装置、数据采集装置、温度测量装置、高频冲击电压发生装置、温度调节装置、高压探头、电流传感器、温度传感器、接地极、电流参考电极、电压参考电极、试验圆锅、电热丝；
所述高频冲击电压发生装置的输出端与接地极连接，控制端经高频冲击电压发生器控制装置与上位机连接，高压探头两个端子分别与接地极、电压参考电极连接，电流传感器套在接地极高频冲击电压注入引线上，温度传感器经温度测量装置与上位机连接，电热丝经温度调节装置与上位机连接；
第二步：进行土壤填充及温度设定，将试验圆锅填满细沙，在上位机设定温度，通过温度调节装置、温度测量装置实现温度恒定在设定值；
第三步：温度稳定到设定值后，用上位机控制高频冲击电压发生装置产生高频电压，用电流传感器测量当前温度下接地极的电流全时域波形，并通过上位机对所测电流波形进行分析，提取电流幅值I和频率f两个特征值；
第四步：评估当前温度下细沙中接地极频率敏感特性，依据所测电流波形特征值f，计算频率敏感性一级评判因子q1：
Figure BDA0002645760720000021
式中，ρ0为低频参考土壤电阻率，f为所测高频电流频率,取波前时间的倒数，f0为低频参考频率，μ0为真空磁导率，l为单根水平接地极长度，s为单根水平接地极等效横截面积，h为单根水平接地极埋设深度，ε0为低频参考频率下土壤相对介电常数；
依据所测电流波形特征值I，计算频率敏感性二级评判因子q2：
Figure BDA0002645760720000022
式中，T0为参考温度，T为试验温度，I为所测高频电流幅值；
综合上述计算，接地极频率敏感特性评判因数为：
Figure BDA0002645760720000023
q的取值范围为
Figure BDA0002645760720000024
当q∈(0,0.65]时，表征接地极频率敏感特性较强；当q∈(0.65,1]时，接地极频率敏感特性一般；当
Figure BDA0002645760720000025
时，接地极频率敏感特性较弱,且q值越小接地极频率敏感特性越强；
第五步：进行不同温度与不同类型土壤下接地极频率敏感特性试验：根据试验要求，除细沙外再设置红土壤、黄土壤、棕黄土壤、红砂土四种常见土壤，每种土壤均设置不同温度，并重复地二步、第三步和第四步，进行不同类型土壤不同温度下接地极频率敏感特性试验。
本发明的有益效果在于，对不同类型土壤中的接地极进行模拟，并测量不同温度和土壤类型下接地极频率敏感特性，温度测量装置与温度调节装置能够实现对温度的精确控制，有利于接地极频率敏感特性试验准确性以及分析温度与接地极频率敏感特性之间的关联性。接地极频率敏感特性评判因子可对接地极频率敏感特性进行准确评价，有利于进一步提高接地极频率敏感特性计算的准确性。试验装置操作方便，安全可靠，该试验装置可进行不同温度和土壤类型下接地极频率敏感特性试验，具有普适性。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验评估方法具体实施方式包括以下步骤：
第一步：搭建计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验平台，如图1，该平台包括：上位机(1)、高频冲击电压发生器控制装置(2)、数据采集装置(3)、温度测量装置(4)、高频冲击电压发生装置(5)、温度调节装置(6)、高压探头(7)、电流传感器(8)、温度传感器(9)、接地极(10)、电流参考电极(11)、电压参考电极(12)、试验圆锅(13)、电热丝(14)；
所述高频冲击电压发生装置(5)的输出端与接地极(10)连接，控制端经高频冲击电压发生器控制装置(2)与上位机(1)连接，高压探头(7)两个端子分别与接地极(10)、电压参考电极(12)连接，电流传感器(8)套在接地极(10)高频冲击电压注入引线上，温度传感器(9)经温度测量装置(4)与上位机(1)连接，电热丝(14)经温度调节装置(6)与上位机(1)连接；
第二步：进行土壤填充及温度设定，将试验圆锅(13)填满细沙，在上位机(1)设定温度，通过温度调节装置(6)、温度测量装置(4)实现温度恒定在设定值；
第三步：温度稳定到设定值后，用上位机(1)控制高频冲击电压发生装置(5)产生高频电压，用电流传感器(8)测量当前温度下接地极的电流全时域波形，并通过上位机(1)对所测电流波形进行分析，提取电流幅值I和频率f两个特征值；
第四步：评估当前温度下细沙中接地极频率敏感特性，依据所测电流波形特征值f，计算频率敏感性一级评判因子q1：
Figure BDA0002645760720000031
式中，q1为频率敏感性一级评判因子，其取值在(0,1)之间，ρ0为低频参考土壤电阻率，f为所测高频电流频率,取波前时间的倒数；f0为低频参考频率，μ0为真空磁导率，l为单根水平接地极长度，s为单根水平接地极等效横截面积，h为单根水平接地极埋设深度，ε0为低频参考频率下土壤相对介电常数；
依据所测电流波形特征值I，计算频率敏感性二级评判因子q2：
Figure BDA0002645760720000041
式中，q2为频率敏感性二级评判因子，其取值在(0,1)之间，T0为参考温度，T为试验温度，I为所测高频电流幅值；
综合上述计算，接地极频率敏感特性评判因数为：
Figure BDA0002645760720000042
q的取值范围为
Figure BDA0002645760720000043
当q∈(0,0.65]时，表征接地极频率敏感特性较强；当q∈(0.65,1]时，接地极频率敏感特性一般；当
Figure BDA0002645760720000044
时，接地极频率敏感特性较弱,且q值越小接地极频率敏感特性越强；
第五步：进行不同温度与不同类型土壤下接地极频率敏感特性试验：根据试验要求，除细沙外再设置红土壤、黄土壤、棕黄土壤、红砂土四种常见土壤，每种土壤均设置不同温度，并重复地二步、第三步和第四步，进行不同类型土壤不同温度下接地极频率敏感特性试验。

Claims (1)

1.计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：搭建计及温度与土壤类型的接地极频率敏感特性试验平台，该平台包括：上位机(1)、高频冲击电压发生器控制装置(2)、数据采集装置(3)、温度测量装置(4)、高频冲击电压发生装置(5)、温度调节装置(6)、高压探头(7)、电流传感器(8)、温度传感器(9)、接地极(10)、电流参考电极(11)、电压参考电极(12)、试验圆锅(13)、电热丝(14)；
所述高频冲击电压发生装置(5)的输出端与接地极(10)连接，控制端经高频冲击电压发生器控制装置(2)与上位机(1)连接，高压探头(7)两个端子分别与接地极(10)、电压参考电极(12)连接，电流传感器(8)套在接地极(10)高频冲击电压注入引线上，温度传感器(9)经温度测量装置(4)与上位机(1)连接，电热丝(14)经温度调节装置(6)与上位机(1)连接；
第二步：进行土壤填充及温度设定，将试验圆锅(13)填满细沙，在上位机(1)设定温度，通过温度调节装置(6)、温度测量装置(4)实现温度恒定在设定值；
第三步：温度稳定到设定值后，用上位机(1)控制高频冲击电压发生装置(5)产生高频电压，用电流传感器(8)测量当前温度下接地极的电流全时域波形，并通过上位机(1)对所测电流波形进行分析，提取电流幅值I和频率f两个特征值；
第四步：评估当前温度下细沙中接地极频率敏感特性，依据所测电流波形特征值f，计算频率敏感性一级评判因子q1：
Figure FDA0002645760710000011
式中，ρ0为低频参考土壤电阻率，f为所测高频电流频率,取波前时间的倒数，f0为低频参考频率，μ0为真空磁导率，l为单根水平接地极长度，s为单根水平接地极等效横截面积，h为单根水平接地极埋设深度，ε0为低频参考频率下土壤相对介电常数；
依据所测电流波形特征值I，计算频率敏感性二级评判因子q2：
Figure FDA0002645760710000012
式中，T0为参考温度，T为试验温度，I为所测高频电流幅值；
综合上述计算，接地极频率敏感特性评判因数为：
Figure FDA0002645760710000013
q的取值范围为
Figure FDA0002645760710000014
当q∈(0,0.65]时，表征接地极频率敏感特性较强；当q∈(0.65,1]时，接地极频率敏感特性一般；当
Figure FDA0002645760710000021
时，接地极频率敏感特性较弱,且q值越小接地极频率敏感特性越强；
第五步：进行不同温度与不同类型土壤下接地极频率敏感特性试验：根据试验要求，除细沙外再设置红土壤、黄土壤、棕黄土壤、红砂土四种常见土壤，每种土壤均设置不同温度，并重复地二步、第三步和第四步，进行不同类型土壤不同温度下接地极频率敏感特性试验。
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