接地极频谱响应特性及其测量系统研究

• 作 者: 冯文艳
• 出 处: 西南交通大学
• 发表日期: 2020年03期
• 关键词: 频谱分析 接地阻抗 腐蚀 状态诊断 结构 长度 控制系统

输电线路杆塔接地极是雷击输电线路时雷电流重要的泄流通道,接地极长埋于土中容易发生腐蚀从而使输电不能安全稳定运行。因此,研究杆塔接地极的状态对于降低输电线路雷电反击跳闸率具有重要意义,现有的接地极状态诊断方法都有或多或少的缺陷。近年来,频谱分析法在电气设备状态检测与诊断、电力系统状态分析中得到了广泛的应用,它不仅被应用于很多故障检测,还可以用于许多需要“黑箱”检测的导体勘测状况下,这与接地极被埋于地下不好直接观察有相似之处,因此考虑利用接地极频谱响应特性进行诊断技术研究。本文首先通过建立典型杆塔接地体仿真模型,研究长度L、等效半径r、相对电阻率、相对磁导率和土壤电阻率ρ这些参数分别对接地极频谱特性的影响,探讨检测接地体状态的可行性,通过研究发现:接地阻抗的频谱特性可以分为三个区段;由于不同参数影响接地阻抗频谱特性的区间及规律均不相同,因此将接地体多年检测数据进行对比分析,可以区分接地导体状态参数的改变。证实用频谱分析法检测接地导体状态的可行性。然后基于杆塔接地体模型,分析电源从导体单端注入、中端注入、交叉点注入三种接地结构下接地体的频谱响应特性,探讨不同接地结构对频谱响应曲线的影响,分别讨论电源注入点离导体端点长度l、等效半径r、相对电阻率、相对磁导率和土壤电阻率ρ对不同结构接地体频谱特性的影响,发现不同结构会对阻抗的频响特性曲线造成影响;可以通过某一频率段阻抗角,判断长度l(或者土壤电阻率)的变化;提出l(或者土壤电阻率)与5kHz对应阻抗角的函数关系。接着研究了判断辐射电极长度l变化的方法,并通过计算分析该方法中不同结构之间的差异;利用实验验证了通过该方法实验结果与仿真结果的一致性,实验结果表明:辐射电极长度l不同,每个10kHz以后的频率点对应的比值也不同。发现l和比值之间的函数关系,找出了该函数的表达式,推出了该函数中l的适用范围。最后是设计了接地频谱特性测量控制系统和能输出需要功率和电压值的实验电源。系统设计分为前面板设计和程序框图设计,该系统分为信号发生器控制模块、数据采集模块和数据存储与读取模块。分别可以完成对信号发生器的控制、采集数据和存储历史采集数据,并对其进行读取操作。