[发明专利]一种大型地网的交直流和冲击特性模拟试验装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压试验技术领域，具体地说涉及到变电站或发电厂等输变电设备接地网的交直流模拟试验方法和冲击特性模拟试验装置及方法。

背景技术

变电站（发电厂）接地网作为变电站（发电厂）交、直流设备接地以及防雷保护接地，对电力系统的安全稳定运行起着重要作用。当工频短路时，故障电流会经接地网泄放，当变电站内及附近发生雷击等事故时，变电站接地系统可能注入高频大冲击电流，此时，接地网不同点电位不同，可能产生高电位差危害站内工作人员的人身及设备的安全，以及连接电缆烧毁和二次设备故障。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，故障电流增大，接地网面积扩大，电位分布不均匀度增加，再加上各种微机设备的普遍应用，对接地网和接地布点的要求越来越高。因而在设计时科学地选择接地网型式，准确评估接地性能，从而构造一个合格的接地网是至关重要的。

目前，研究和评估接地网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网建设完成后进行，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，对火花放电特性认识不清晰，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。

目前的模拟试验法一般是用半球形模拟槽，即在地下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，不便于观测火花放电现象；模拟槽半径一般小于3m，模拟接地网对角线长度不超过1.5m，由于实际操作可行性使模拟比例尺又不能太大，因此这种模拟槽不能模拟较大尺寸的接地网。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，此模拟系统解决了火花放电观测等问题，但其对透明容器材料要求较高，容积不能做得太大，相应的也只能模拟小型地网。国内外大型地网的接地特性试验研究均十分缺乏。

有鉴于此，本发明提供一种大型地网的交直流和冲击特性模拟试验装置和方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术提出的问题，提供一种大型地网的交直流和冲击特性模拟试验装置和方法，该装置及方法操作方便，能有效反映不同接地型式与不同土壤电阻率情况下接地网各点的电位和电流分布，能方便观测火花放电，能对包括特高压交直流变电站类似的大型地网在内的各种规模的接地网的交直流和冲击特性进行模拟。

本发明的技术方案是：一种大型地网交直流和冲击特性模拟试验装置，主要包括矩形模拟槽，等值缩小的接地网模型，交、直流试验电源，冲击电流发生器及精确定位系统，其特征在于：

矩形模拟槽的槽内四壁和底部敷设有金属网格，构成网状回流电极，槽中注入液态介质，通过调整矩形模拟槽中液态介质的电阻率或改用不同的介质来模拟土壤电阻率的变化，通过改变网状回流电极的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网的电场分布；

接地网模型根据实验目的和内容进行设计制作，通过改变接地网模型的尺寸和型式来模拟不同规模、不同型式的接地网，通过外加工频、直流和冲击试验电压，模拟不同接地网或不同土壤电阻率下流过工频、直流和雷电冲击电流的电位分布和电流分布；

精确定位系统由电控移动行车和全站仪组成；矩形模拟槽的两个长边铺设有电控移动行车的轨道，在轨道之上安装有电控移动行车的主梁，主梁可沿着轨道移动，在主梁下方安装有电控移动行车的小车，小车可沿着主梁移动，小车上可承载两名人员进行试验操作，通过电控移动行车的控制系统的遥控器可控制主梁和小车的移动，小车可移动至矩形槽内任意位置；在小车上设置了可上下移动的滑杆，在滑杆下端布置了探针，全站仪可识别探针的坐标点，全站仪测量精度1mm；通过电控移动行车和全站仪协调工作，便于对矩形模拟槽内的任意点电位进行定点测量。

如上所述的大型地网交直流和冲击特性模拟试验装置，其特征在于：矩形模拟槽长宽高分别为30m、27m、2.6m，位于地面以下部分高1.5m，位于地面以上部分高1.1m，由混凝土浇筑而成，底部和四壁采用防渗水处理，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，便于试验人员的操作。