CN203204083U - 一种具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，包括矩形槽、金属网状回流电极、交直流电源及全站仪试验设备，其特征在于：矩形槽长、宽、高尺寸分别为30m、27m、2.6m，金属网状回流电极布置于槽内四壁和底部，交、直流电源采用800V/300A，还包括精确定位系统及工频特性参数测量系统。本实用新型的矩形模拟槽的结构和回流电极的型式可较好地模拟埋设在实际土壤中接地装置实际产生的电流场和电场；回流铜电极的布置型式具有多样性，可根据不同试验的要求来进行变更和重组，可用于接地装置电特性、热特性和腐蚀特性的试验研究。
Description
技术领域
本实用新型属于高电压试验技术领域，尤其涉及一种具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统。
背景技术
准确地分析、评估接地系统的性能是确保电力系统安全运行的基本保证。目前，研究和评估接地装置性能的方法主要有三种：（1）现场实测；（2）数值计算；（3）模拟试验。接地装置的现场测试费用比较高，其准确性也受诸多因素的影响，并且是在已建成的接地装置上进行测量，不能在设计阶段采用，因此，其主要用于建成后定期的安全性能评估；数值计算软件在其应用之前必须验证软件的正确性，并且这些软件都是在基于一定的简化假设条件下设计开发的，不能全面客观地反映实际情况；因此长期以来模拟试验研究得到了广泛应用，其一方面原因在于试验成本低，方便可行；另一方面是通过模拟试验可反应接地装置泄放电流的整个物理过程，了解各物理量之间的关系，同时还可作为数值模拟的补充，验证数值计算结果的正确性。自20世纪50年代以来，采用模拟试验进行接地设计和验证是接地设计的一个重要手段。近年来，由于计算机技术的发展，计算机的内存和计算速度都已能满足复杂接地系统的数值计算分析，但发展了近50年的接地模拟试验技术仍不失为接地装置设计和相关课题研究的一个行之有效的手段。
现有的接地模拟试验系统，如申请号为201210117351.1的接地模拟试验装置及方法，该装置由透明容器、透明液态介质和等值缩小的接地装置模型构成，能够模拟土壤电阻率的不均匀分布，土壤电阻率的变化，可开展不同型式的接地装置流过工频、直流和雷电冲击电流试验。该装置结构简单紧凑、操作简单；但是尺寸有限，只能模拟缩小的接地装置模型试验；电源配置简单，不能模拟不同电压等级，不同电流工况下的试验；功能单一，不可用于接地装置热特性、腐蚀特性方面的试验研究。
申请人在研究中发现，目前在特（超）高压交直流输电工程建设中，变电站接地网、杆塔接地体、直流接地极等不同类型的接地装置在结构、尺寸、工作方式等方面出现了一些新的技术问题亟待解决，如：不等间距布置接地网的可行性分析和工程应用、特高压杆塔新型接地装置的应用、垂直型直流接地极的工程应用等，而目前的接地模拟试验系统在结构、尺寸、电源配置等方面已无法满足上述技术问题的试验需要，因此，需研制出更大尺寸、电源配置更丰富、技术水平更高的接地模拟试验系统，从而推动接地技术不断发展，为我国特高压电网的建设提供强有力的技术支撑。
有鉴于此，有必要提供一种具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，以满足实际应用需要。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种用于接地模拟试验的大尺寸矩形模拟试验槽及试验系统，可用于接地装置电特性、热特性和腐蚀特性的试验研究。
本实用新型所采用的技术方案是：一种具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，包括矩形槽、金属网状回流电极、交直流电源及全站仪试验设备，其特征在于：矩形槽长、宽、高尺寸分别为30m、27m、2.6m，金属网状回流电极布置于槽内四壁和底部，交、直流电源采用800V/300A，还包括精确定位系统及工频特性参数测量系统。其有益效果是：矩形模拟槽内可模拟接地装置的最大尺寸为2.7m，模拟接地装置的尺寸为国内外最大；矩形模拟槽的结构和回流电极的型式可较好地模拟埋设在实际土壤中接地装置实际产生的电流场和电场；回流铜电极的布置型式具有多样性，可根据不同试验的要求来进行变更和重组；通过改变回流金属网格的稀疏程度来实现在均匀媒质中模拟多层媒质中接地极（网）的电场分布；固定在电控行车上的电位探针与全站仪协调配合可精确测量矩形模拟槽水面和水中任一点的电位，电位探针的位移精度可达1cm。
如上所述的具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，其特征在于：所述矩形槽采用混凝土现浇构筑而成，地下部分1.5m，地上部分1.1m，底部和四壁采用防渗水处理，四面壁厚0.5m。
如上所述的具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，其特征在于：所述矩形槽的四个内壁配备了金属网格，为防腐和保证通流能力，选用截面为14mm×14mm的方铜和截面为6mm2的多股裸铜线作为回流电极的主材，回流电极的型式和结构根据具体的试验要求进行选择和重组。
如上所述的具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，其特征在于：所述矩形槽的长边敷设电控移动行车的轨道，电控行车的主梁安装在轨道之上，其主梁下方安装电控移动小车，其上可承载两名人员进行试验操作，通过行车控制系统的遥控器控制主梁和小车的移动，可移动至矩形槽内任意位置。
如上所述的具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，其特征在于：所述交、直流电源，电源输出电压可调范围6V～800V，在负载较小的情况下可输出的电流达300A。
如上所述的具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，其特征在于：所述全站仪为精确定位电位探针的测量位置配备，测量精度达1mm，便于测量槽内任意观测线和观测点上的电位。
本实用新型的有益效果是：本实用新型为国内外尺寸最大的接地模拟试验系统，可开展特（超）高压杆塔接地装置工频特性试验，以及变电站接地网和直流接地极的电、热、腐蚀等特性的试验研究，具有交、直流电源容量大，回流电极布置型式新颖，电位探针定位准确等优点，显著地提高了开展大型交流接地网和直流接地极电特性、腐蚀特性试验的能力，对解决地网二次电缆过电压反击、腐蚀诊断以及直流接地极对周围水生物的影响和金属管道腐蚀等领域的关键技术问题具有重要的实际意义。
附图说明
图1是本实用新型实施例的矩形模拟槽回流电极设计图。
图2是本实用新型实施例的矩形模拟槽回流电极安装图。
图3是本实用新型实施例的矩形模拟槽中开展接地网模拟试验的回路布置图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细阐述。
附图中的符号说明：1-铜预埋件；2-铜螺杆；3-截面为14mm×14mm的方铜；4-截面为6mm2的裸铜线；5-回流点；6-电流线；7-电压表；8-电流表；9-电源；10-模拟地网；11-电位零点。
本实用新型通过绝缘模拟槽和导电模拟槽的模拟计算，论证了矩形模拟槽尺寸选取原则，即模拟地网中心与槽壁的距离大于五倍模拟地网对角线长度，分析了矩形槽深度对模拟试验结果的影响，通过比较确定了矩形模拟槽的尺寸为30m×27m×2.6m。矩形模拟试验槽在南北方向上的长度为27m，在东西方向上的长度为30m，其总深度为2.6m，地上部分1.1m，地下部分1.5m，模拟试验的煤质一般采用自来水，矩形槽中可容纳煤质的体积为2106m3。矩形槽的四壁和底部均采用钢筋混凝土现浇而成，并作防渗水处理，四壁厚度为0.5m，四壁的顶部采用钢筋混凝土现浇宽度为1.0m的人行过道，方便试验人员的操作。电控移动行车采用380V工频电源，进线位于矩形槽的东南角，并通过沿东西方向的滑槽给行车及其控制箱提供电源，试验人员利用无线遥控器给控制箱中的继电器提供控制信号，从而控制大车和小车的移动方向和移动距离。
按附图1所示的回流电极布置型式，选用截面为14mm×14mm的方铜和截面为6mm2的多股裸铜线作为回流电极的主材，其中方铜构成回流金属网格的主框架，裸铜线通过纵向方铜上均匀分布的铜螺杆和铜螺母连接在方铜上，方铜如图2中粗线所示，裸铜线如图2中细线所示。铜预埋件固定在矩形槽的内壁上，其上钻孔以连接方铜。底部5×5的金属网格也采用截面为6mm2的多股裸铜线，其两端连接在底部的方铜上，中间的互相交叉点采用铜螺杆连接。
试验模拟试验系统配备了全站仪测量电位探针的坐标，以配合电控行车的遥控器实现电位探针任意位置的精确定位。在电控移动行车的电位探针上固定测量标靶，全站仪布置在南北走向东侧的过道中央附近，通过测量标靶所在位置的坐标从而确定电位探针的坐标，按照测量路径移动电位探针，利用全站仪逐点测量其坐标，以满足测量路径上电位测量的要求。选用KTS-442R系列的免棱镜红书激光全站仪，其主要技术参数：测角精度2〞，测距精度±(2mm+2ppm×D)，测程5km。固定全站仪直角坐标系的原点不变，设置全站仪的测站坐标和后视坐标，即使改变全站仪的位置改变，而模拟地网和电位探针的坐标是固定不变的。
为满足在矩形模拟槽中开展各种接地试验的需求，配备了包括动力配电柜、调压器、直流电源、工频交流电源和电源中控台等试验电源设备。实验室的箱式变压器将10kV降压至380V送入室内的动力配电柜，并接入三相感应调压器，试验人员在电源中控台上控制三相感应式调压器升高或降低单相工频交流电源和直流电源的输出电压。三相感应调压器是单相工频交流电源和直流电源的共用电源，采用移圈式感应调压方式，型号为TSA-315，主要技术参数如下：额定容量315kVA，输入电压三相380V/50Hz，调压范围6～650V，最小起调电压6V，电压分辨率3V。单相工频交流电源是一个三相变单相隔离变压器，型号为ZSDG-250kVA，其为箱式结构，主要技术参数如下：额定容量250kVA，一次电压三相650V/50Hz，二次电压单相800V，二次电流300A；输出频率范围50Hz，波动±1Hz；在正弦波纯电阻负载下，波形畸变率200V以上小于2%，100V～200V小于5%。直流试验电源由整流变压器、整流柜组成，整流变压器为箱式结构，型号为ZSGX-250kV/650V，主要技术参数如下：额定容量250kVA，一次电压三相650V/50Hz，二次电压三相650V，二次电流220A；整流柜也为箱式结构，型号为ZBF-300A/800V，额定交流输入电压三相650V/50Hz，额定直流输出电压800V，直流电流300A，直流输出波形近似为平滑直线，纹波电压小于1%。
在矩形模拟槽中构建接地网的工频接地模拟试验回路，如附图3所示，图中粗线为试验回路，说明如下：（1）利用环氧绝缘桶支撑模拟地网，通过增减不同高度的环氧垫圈来调节模拟地网的埋深；（2）电流从模拟地网注入，通过槽内介质从回流电极的四个顶角回流至试验电源负极，四根回流线的长度（60m左右）保持相等，以保证四个回流线上的电流相同；（3）电位零点位于矩形槽外，采用铁钎电极，附图3中电压表测得的电位为模拟地网的电位升，若要测量模拟地网的地表电位，须将电压表的一端与电位探针相连，另一端与电位零点或回流电极相连；（4）电流线与电位线垂直布置，以消除电流线与电位线的互感；（5）全站仪放置在矩形槽上方的人行通道上，对模拟地网和电位探针进行精确定位；（6）电位探针固定在电控小车上的环氧板上，测量标靶同样放置在环氧板上，标靶中心与探针重合，通过对测量标靶的坐标来确定探针的坐标；（7）试验回路构建完成后，需要四名试验人员来完成试验：一名人员负责操作电源，一名人员负责读数和记录，一名人员负责移动电位探针，一名人员负责全站仪的准确定位。
以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，包括矩形槽、金属网状回流电极、交直流电源及全站仪试验设备，其特征在于：矩形槽长、宽、高尺寸分别为30m、27m、2.6m，金属网状回流电极布置于槽内四壁和底部，交、直流电源采用800V/300A，还包括精确定位系统及工频特性参数测量系统。
2.根据权利要求1所述的具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，其特征在于：所述矩形槽采用混凝土现浇构筑而成，地下部分1.5m，地上部分1.1m，底部和四壁采用防渗水处理，四面壁厚0.5m。
3.根据权利要求1所述的具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，其特征在于：所述矩形槽的四个内壁配备了金属网格，为防腐和保证通流能力，选用截面为14mm×14mm的方铜和截面为6mm2的多股裸铜线作为回流电极的主材。
4.根据权利要求1所述的具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，其特征在于：所述矩形槽的长边敷设电控移动行车的轨道，电控行车的主梁安装在轨道之上，其主梁下方安装电控移动小车，其上可承载两名人员进行试验操作，通过行车控制系统的遥控器控制主梁和小车的移动，可移动至矩形槽内任意位置。
5.根据权利要求1所述的具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，其特征在于：所述交、直流电源，电源输出电压可调范围6V～800V，在负载较小的情况下可输出的电流达300A。
6.根据权利要求1所述的具有大尺寸矩形模拟槽的接地模拟试验系统，其特征在于：所述全站仪为精确定位电位探针的测量位置配备，测量精度达1mm，便于测量槽内任意观测线和观测点上的电位。
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