用于接地裝置沖擊阻抗測試的便攜式雷電流產生裝置的制造方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電力系統接地技術領域，特別涉及一種用于接地裝置沖擊阻抗測試的便攜式雷電流產生裝置。
【【背景技術】】
[0002]電力系統有工作、防雷、安全等多種形式的接地需要，它們是保證電力系統安全、穩定運行不可缺少的重要部分。隨著西電東送和南北互供的全國聯網戰略的實現，我國電力工業將在未來15?20年內保持快速增長，需要建設大量的330kV、500kV、750kV和100kV超(特)高壓變電站和桿塔，同時為了確保電網運行過程中，工作人員和電氣設備的安全，需要專門為這些變電站和桿塔建設大量的接地設施。接地裝置沖擊阻抗測試研宄，正是為了更好地設計、建設、維護電力系統的接地設施，而展開的非常緊迫，且具有十分重要意義的工作。
[0003]摸清接地裝置沖擊阻抗特性，是為了更好地設計接地裝置。電力系統的運行經驗表明，大多數輸電線路事故都是由于雷擊輸電線路或桿塔引起跳閘所致。例如，根據電網故障分類統計表明，在我國跳閘率比較高的地區，高壓線路運行的總跳閘次數中，由雷擊引起的次數約占40?70%，這將給社會帶來巨大的經濟損失。國內外的運行經驗和理論分析表明，有效降低桿塔接地電阻是改善輸電線路直擊雷保護效果的最為有效的措施。在線路桿塔的防雷性能設計中，其接地裝置的暫態接地阻抗取值，直接影響到線路的防雷效果。在國內外的輸電線路防雷分析計算中，輸電線路桿塔接地裝置暫態接地阻抗通常只采用特定值的集中參數電阻來模擬，例如，目前得到廣泛應用的CDEGS等接地分析軟件仍無法考慮在雷擊過程中土壤電離所引起的非線性特性。而事實上，在沖擊電流作用下，接地裝置的暫態接地阻抗是隨時間動態變化的，并呈現復雜的非線性特性。
[0004]輸電線路走廊不可避免地會經過高土壤電阻率山區。由于在傳統的降阻思路中將接地裝置等效為集中參數電阻來處理，因而只能從靜態的角度提出改善接地裝置散流性能的措施。而這些傳統措施在土壤電阻率很高時，其降阻效率有限，對線路防雷性能的改善不明顯。如果能準確地測試，并計算接地裝置沖擊動態過程，就可以針對造成雷擊閃絡最嚴重的沖擊電流波頭時段，從改善沖擊電流波頭時段地中電場分布的角度來提高接地裝置的沖擊散流效率，降低沖擊電流波頭時段的暫態接地阻抗。
[0005]此外，沖擊電流經過接地裝置向土壤散流的過程中，隨著土壤中電場強度的增加土壤電阻率會有所下降，呈現出非線性電學現象。同時，當接地極周圍土壤的電場強度超過土壤的擊穿場強時，接地極周圍土壤中會產生強烈的火花放電，在接地極附近形成了一個不規則的放電區域。因此，輸電線路接地裝置暫態接地阻抗的計算就必須能準確地反映該動態物理過程。通過大量的接地裝置沖擊散流模擬測試試驗得到火花放電區域與接地裝置結構的關系，并通過土壤非線性特性的試驗得到接地裝置沖擊阻抗特性，最終就能得到符合實際物理過程的計算結果。
[0006]如果能夠簡便的進行接地裝置的沖擊阻抗特性測試，并正確建立輸電線路接地裝置在沖擊電流作用下的動態特性計算模型，不僅為計算存在電離現象和介質非線性特性的動態電場問題提供了理論分析方法，還為準確預測輸電線路的防雷效果、計算雷電過電壓提供了有力支撐。接地裝置沖擊阻抗測試的便攜式雷電流產生裝置具有重要的理論意義和工程應用價值，能夠為電力部門迫切需要解決的實際難題提供了新的解決思路。
[0007]接地裝置的沖擊特性對防雷設計具有重要意義，從上世紀早期開始，國內外眾多學者就對其進行了大量的研宄，也有一些顯著的成果，總的說來，這些研宄可以大致分為試驗研宄和理論仿真研宄兩大類。
[0008](I)試驗研宄
[0009]根據試驗條件的不同，接地裝置沖擊特性的試驗研宄可以分為現場真型試驗和實驗室模擬實驗兩大類。
[0010]現場真型試驗就是用沖擊電流發生器模擬雷電流的輸入，對真實的接地體進行沖擊試驗，測量其沖擊特性。在實際中，雷擊桿塔時的電流是非常大的，現場真型試驗要想獲得大電流，就需要大容量的沖擊電流發生器，而要想提高沖擊電流發生器的容量，那在現有的技術條件下，不可避免的就要增大發生器的體積，又因為現場真型試驗的土壤條件不是人為可以控制的，要想獲得不同土壤條件下的數據，就必須經常移動笨重的沖擊電流發生器。而隨著發生器容量的提高，試驗的危險性也會進一步的增大。這樣一來，不僅僅是運輸笨重的沖擊電流發生器非常耗費人力物力，而且大容量沖擊電流發生器做試驗時帶來的安全問題也更加復雜。由于現階段現場真型試驗有較大的局限性，一直以來相關的數據都比較少，只是用于驗證理論推導的結果。
[0011]電場的模擬實驗方法有兩種，一種是幾何模擬，一種是數學模擬。在接地裝置的試驗中廣泛采用的是幾何模擬法。幾何模擬法是建立在相似原理基礎上的一種物理模擬，它將接地裝置的幾何尺寸、埋設深度、注入接地裝置的電流、土壤電阻率等按各自的比例尺縮小，在模擬池中進行實驗。模擬實驗最大的好處就是方便，只需要不大的投資，就可以將實驗平臺建立起來，并可以長期使用。另外在實驗中想改變接地體的結構尺寸或土壤電阻率都比較容易，可以方便的模擬多種條件下的沖擊試驗。
[0012]然而模擬實驗的局限性也比較明顯。如果土壤模型和接地體的所有幾何尺寸的比例尺為n，那么根據相似原理，所注入的沖擊電流相比于真型試驗電流應當縮小η倍那么波形的幅值應該縮小η倍，而且波頭時間也要相應的縮小η倍。僅僅這樣就會帶來兩個方面的問題，首先當電流幅值縮小以后，相應的會使得土壤中各點的電場強度降低很多，那么在真型試驗條件下可能出現的土壤火花放電現象，在模擬實驗的時候也許就不會出現；其次，想要將輸入電流的波頭時間縮小η倍，提高波形的陡度，實現起來難度也不小。除此以外，縮小土壤模型的尺寸并不能縮小土壤顆粒的尺寸，因而模擬實驗也就不能模擬不同土壤顆粒條件下的散流狀況，也就難以真實的反映接地裝置在沖擊電流下發生的土壤火花放電現象。模擬實驗可以定性的反映接地裝置沖擊特性的某些規律，卻很難從定量的角度準確反映接地裝置的沖擊特性。
[0013](2)理論仿真研宄
[0014]相比于接地裝置沖擊特性的試驗研宄，其理論研宄的發展要迅速的多，尤其是隨著計算機技術的發展，使得大型計算變得容易，進一步推動了理論計算的發展。目前，針對接地裝置暫態特性的仿真主要有以下幾種:傳輸線理論，電路理論，電磁場理論，有限元方法等。
[0015]I)傳輸線理論
[0016]Mel1poilos A.P，Moharam M.G，Mazzettie C.和 Veca G.M.等人在上世紀八十年代的時候提出了用傳輸線的理論來模擬接地裝置暫態特性的方案。傳輸線理論將水平接地體在沖擊電流下的響應當作具有分布參數的傳輸線上的波過程來處理，是一種時域的方法。這種方法對于水平接地體是比較適用的，但是對于其他結構的接地裝置就不適用了，比如垂直接地體或者是復雜結構的接地裝置。
[0017]2)電路理論
[0018]基于電路理論的方法是將接地體模擬成由集中參數R-L-C-G組成的π型等值電路來計算其沖擊響應，這是一種非常直接的方法。這種方法對計算資源的需求不是太高，計算結果也是可以接受的。
[0019]電路理論的缺陷在于，對于復雜接地體的情況處理起來比較麻煩，為了方便計算，通常要采取簡化的計算公式，這樣就影響了計算結果的精度。國內有些學者進行了這方面的研宄，但很多都局限于水平的接地體，或是忽略了土壤發生火花放電時非線性特性的影響，或是采用了非常簡化的模型。另外，有些學者結合電磁場理論利用電路仿真軟件對接地體的沖擊特性進行了研宄，電路仿真軟件的缺陷在于無法自動的完成參數的迭代計算，需要人為去計算每次迭代的參數，這樣使用起來就很不方便，而且容易引入人為的誤差。
[0020]3)電磁場理論
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