土壤沖擊放電的X射線數(shù)字影像特征及接地裝置暫態(tài)性能研究.pdf

1、接地裝置良好的散流性能是降低輸電線路及桿塔雷擊事故的重要保障，對(duì)接地裝置沖擊特性的準(zhǔn)確評(píng)估是輸電線路和桿塔防雷計(jì)算的基礎(chǔ)工作?，F(xiàn)有的研究表明，土壤沖擊放電現(xiàn)象是影響接地裝置沖擊特性的重要因素，采用特定值的集中參數(shù)電阻來模擬是不準(zhǔn)確的。然而，由于受到觀測(cè)手段的限制，對(duì)土壤沖擊放電現(xiàn)象的研究進(jìn)展緩慢。因此，有必要對(duì)土壤沖擊放電現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)的分析、研究，并將其考慮到接地裝置的沖擊特性評(píng)估中。在上述的研究背景下，并考慮當(dāng)前土壤沖擊放電研究的瓶頸

2、，本文開展了采用 X射線數(shù)字成像技術(shù)的土壤沖擊放電特性的研究，提出了基于土壤沖擊放電影像特征的土壤臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)、放電區(qū)域剩余電阻率的計(jì)算方法，探討了土壤沖擊擊穿機(jī)理，并提出考慮土壤放電特性電參數(shù)動(dòng)態(tài)變化的接地裝置暫態(tài)性能計(jì)算模型。論文的主要研究工作如下：
　　①提出采用X射線數(shù)字成像技術(shù)的土壤沖擊放電觀測(cè)方法，獲得了接地裝置沖擊散流多視角影像，并提出了 X射線透射成像觀測(cè)土壤放電區(qū)域的規(guī)范試驗(yàn)方法。采用本文提出的觀測(cè)方法，可以實(shí)現(xiàn)

3、土壤沖擊放電區(qū)域影像的高效采集，得到了高清晰度、可后處理的數(shù)字影像結(jié)果。更重要的是，該觀測(cè)方式采用的是非介入式的成像技術(shù)，在成像過程中保證了對(duì)土壤沖擊放電過程的無干擾性。
　?、卺槍?duì)土壤放電區(qū)域的影像特點(diǎn)，研究了接地裝置沖擊散流下土壤放電影像的預(yù)處理技術(shù)，研究了圖像濾波技術(shù)、邊界提取方法以及土壤放電區(qū)域的三維圖像重構(gòu)方法，提出了描述土壤放電區(qū)域特征的最大放電區(qū)域面積、最大等效空氣厚度以及三維放電區(qū)域體積等影像特征參量。開展了沖擊電

4、流波形、土壤參數(shù)以及電極型式對(duì)土壤放電區(qū)域特性影響的模擬試驗(yàn)研究，得到了沖擊電流幅值、土壤電阻率以及電極結(jié)構(gòu)對(duì)土壤沖擊放電特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，最大放電區(qū)域面積S0和放電區(qū)域體積V隨沖擊電流幅值的增加而變大，隨土壤電阻率的增加而減?。蛔畲蟮刃Э諝夂穸?T隨沖擊電流幅值的增加，呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，隨土壤電阻率增大而減小。相同條件下的垂直接地極較水平接地極，其最大放電區(qū)域面積及放電區(qū)域體積均更大，說明垂直接地型接地極散流的效率是

5、優(yōu)于水平型接地極的。研究了影像特征量和傳統(tǒng)測(cè)量電參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，提出基于影像特征量的接地裝置沖擊散流性能評(píng)估方法。
　　③根據(jù)土壤放電區(qū)域影像特征，提出了區(qū)別于傳統(tǒng)對(duì)稱模型的二分區(qū)土壤放電模型。在此基礎(chǔ)上，提出了采用放電區(qū)域三維形貌與有限元方法的土壤放電特性電參數(shù)反演方法，實(shí)現(xiàn)了基于真實(shí)土壤放電區(qū)域的土壤臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)Ec與剩余電阻率ρres的準(zhǔn)確計(jì)算。采用模擬試驗(yàn)與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，研究了包括土壤含水量、土壤含鹽量和土壤緊

6、密度等關(guān)鍵因素對(duì)土壤放電特性電參數(shù)影響規(guī)律。結(jié)果表明，不同條件下的Ec的值在115.57kV/m~268.75kV/m之間，ρres的值介于金屬電阻率與7％ρ0之間。隨著土壤含水量的增加，Ec呈先減小后增大最終趨于飽和的變化規(guī)律；隨著含鹽量的增加，Ec逐漸減小并最終趨于飽和；隨著土壤緊密度的增加，Ec逐漸增大；隨著初始電阻率的增大，ρres逐漸減小并趨于飽和。提出了土壤放電特性電參數(shù)動(dòng)態(tài)變化模型。根據(jù)土壤沖擊放電過程中放電區(qū)域在不同時(shí)刻