基于薄殼理論的高壓直流接地極電熱動態(tài)耦合有限元分析.pdf

1、在我國高壓直流輸電工程飛速發(fā)展的同時，土地資源的短缺以及直流接地極極址選擇的較高要求等因素，使共用接地極技術(shù)應用廣泛，所以直流接地極工作環(huán)境日益復雜與嚴峻。單極大地運行方式下的散流過程中溫升會導致接地極周圍土壤局部硬化、甚至接地極燒毀等問題，或者產(chǎn)生埋地金屬設(shè)施的腐蝕和變壓器直流偏磁等影響。故對直流接地極的散流機理及溫升過程進行精確模擬及分析，并研究地下暗河、巖石層等特殊塊狀土壤結(jié)構(gòu)下接地極的接地性能，以及實際分層土壤結(jié)構(gòu)下接地極極址附

2、近埋地金屬管道防護距離等相關(guān)課題，是超特高壓直流輸電接地極優(yōu)化設(shè)計及解決由大電流入地導致的嚴重溫升及直流腐蝕和偏磁等問題的理論基礎(chǔ)。
　　傳統(tǒng)三維有限元數(shù)值算法計算接地問題時存在一個突出性難題：接地導體截面尺寸與其自身長度、散流土壤區(qū)域尺寸相差106數(shù)量級，導致計算過程中經(jīng)常出現(xiàn)計算量激增甚至剖分失敗等現(xiàn)象。針對此問題，本文引入薄殼理論進行處理；另外，在計算過程中引入土壤電、熱參數(shù)溫度特性曲線，精確模擬由土壤溫升而導致的土壤參數(shù)變

3、化現(xiàn)象；然后利用本文算法并基于 COMSOL Multiphysics仿真軟件建立了直流接地極電熱動態(tài)耦合有限元模型；分析了不同表層土壤電阻率下土壤參數(shù)溫度特性對直流接地極溫升過程的影響，結(jié)果表明：考慮土壤參數(shù)溫度特性時，直流接地系統(tǒng)的接地電阻隨運行時間變化而變化；分析了高、低塊狀異阻區(qū)對直流接地極電場分布和接地電阻的影響。研究表明：異阻區(qū)水平位置和垂直深度對直流接地極接地參數(shù)有較明顯的影響。故在實際直流接地極設(shè)計中，應考慮土壤電阻率異

4、常較低或較高的區(qū)域?qū)拥卦O(shè)計的影響；最后，基于本文數(shù)值算法對任何土壤結(jié)構(gòu)的廣泛適用性，系統(tǒng)地對簡單兩層水平分層土壤下的埋地金屬管道防護距離進行分析。結(jié)果表明：土壤電阻率對埋地金屬管道最小防護距離的影響與其所在的土壤層厚度密切相關(guān)，其所在土壤層厚度越大，對金屬管道最小防護距離的影響越大；第一層土壤厚度d1對最小防護距離的影響程度主要取決于ρ1、ρ2之間的差距；相同的ρ1/ρ2比值下，最小防護距離隨d1的變化趨勢，在一定可允許誤差范圍內(nèi)近似