[发明专利]一种大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及高电压试验技术领域，具体地说涉及到输电线路、变电站等输变电设备接地体（包括杆塔接地装置、变电站接地网等）在大模拟尺度、大幅值的冲击电流下的冲击特性的试验方法。

背景技术

架空输电线路杆塔、变电站等均设置了接地装置或接地网（后统称接地体），在故障时提供泄流通道。当遭受雷电冲击，冲击电流经接地体泄放至土壤中，一方面在接地体上产生高电位，可能延伸至塔顶引起绝缘闪络发生跳闸故障，另一方面，在土壤中形成电位梯度，危及站在地面的人体和接地设备的安全，甚至通过地中耦合威胁变电站中二次设备的安全。因此，接地设计时对其冲击特性进行评估，合理设计接地体型式及应对措施，对电力系统的安全稳定运行十分重要。

目前，研究和评估接地体接地性能的方法主要有三种：现场实测，数值计算，模拟试验。现场实测需要在接地体建设完成后进行，不能在设计阶段采用。数值计算的算法具有一定的假设、简化及近似，其准确性和适用性有待进一步提高；特别是冲击特性研究方面，对放电区域的简化处理和冲击散流特性规律的人为假设等都缺乏试验依据。模拟试验克服了其他两种方法的缺点，只需进行一定的投资来建设模拟试验设备，之后就能长期使用，对于改变接地网模型拓扑结构也十分方便，因而接地模拟技术一直是接地设计的一个有效手段。

目前接地体的冲击特性模拟试验方法一般是采用半球形模拟槽或方形模拟槽。半球形模拟槽是在地面挖一个半球形接地池，填充土壤或细沙模拟不同的土壤电阻率，由于模拟槽半径一般不超过5m，模拟接地体的对角尺寸不能超过2.5m。方形模拟槽是在地下挖一四方体接地池，通常是填充水等溶液，一般尺寸不超过30m×30m，模拟接地体的对角尺寸不能超过3m。中国发明专利“接地模拟试验方法”（申请号：201210117351.1）提出了一种内置透明液体的透明容器作为模拟试验装置，在其底部装设可移动滑轮，其容积不能做得太大，相应的模拟接地体的尺寸更小。小尺寸模拟时对接地体冲击特性中的散流分布特征、电感效应等难以有效研究。且这些试验中，冲击电源能量通常较小，产生的冲击电流也很小，与实际雷电流相差较远。

中国发明专利“接地装置雷电冲击特性的大电流户外真型模拟试验方法”（申请号：201110272119.0）提出了一种对接地装置的真型模拟试验方法，接地体尺寸虽然可达到实际尺寸，但其：①布线较长，所需场地庞大，且由于布线电感较大，冲击波头难以达到陡波头情况；②同一个接地体在回路中电感和电阻是定值，不能进行不同雷电流波形下的冲击特性试验；③采用单点回流，冲击电流在地下时在两电流点间流动，与实际情况中冲击电流是以接地体为中心向四周对称流散的特征不符。④接地体是真型模型，但注入冲击电流幅值相对实际雷电流太小，不能反映实际大幅值雷电流下的情况。国内对于大模拟尺寸、大幅值下的冲击电流模拟试验十分缺乏。

发明内容

本发明是考虑上述技术中的不足而设计的，提供一种大模拟尺寸、大幅值下接地体冲击特性的试验方法和装置，该方法和装置操作灵活，冲击电流从接地体注入向四周土壤流散，能有效反映不同接地体型式和尺寸在不同冲击电流幅值和波形下的冲击特性。

本发明所采用的技术方案是：一种大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验装置，包括模拟接地体，分布式对称布置的四台冲击电流发生器及其配套的一个充电回路、四个放电回路、圆环形回流电极、一组调波电感和调波电阻、同轴圆筒式分流器，其特征在于：

模拟接地体布置在冲击场中央，埋入地下；四台冲击电流发生器对称布置在冲击场四周，其输出端分别通过四根架空铝管连接至冲击场中央的高架上进行汇流，然后通过调波电阻、调波电感、同轴圆筒式分流器再连接至模拟接地体；冲击电流经模拟接地体、土壤和圆环形回流电极以及与其连接的竖直向上的垂直铜排回流至四台冲击电流发生器的低压端；

四台冲击电流发生器均匀布置在圆环形回流电极外边缘，其并联给模拟接地体注入冲击电流，四台冲击电流发生器的四个放电回路并联； 

模拟接地体的模型根据实验目的和内容进行设计制作，通过改变接地体模型的尺寸和型式来模拟不同规模、不同型式的接地体；试验回路中可通过调节多台冲击电流发生器的组合方式、电容器组合方式以及回路中的调波电感、调波电阻方法改变回路参数，从而实现向接地体注入不同波形的冲击电流。