【摘 要】
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在电力系统中,接地极埋设于土壤,用于入地电流的溢散,保障电网和电气设备的安全稳定运行。相较于普通埋设于土壤的管线而言,接地极长期处于中性点不平衡入地电流或者高压输电
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在电力系统中,接地极埋设于土壤,用于入地电流的溢散,保障电网和电气设备的安全稳定运行。相较于普通埋设于土壤的管线而言,接地极长期处于中性点不平衡入地电流或者高压输电线等在土壤中感应的电场环境中,有电流直接通过其表面向大地流散。接地极上所承载的入地电流密度较大,对接地极在土壤环境中的电化学腐蚀产生重要影响。若腐蚀严重,造成电流溢散不通畅,接地电阻增大,运行中满足不了热稳定性要求,在发生短路故障或雷击时,地电位升高,高压窜入二次回路,往往造成事故扩大。因此,建立接地极电流溢散及腐蚀模型,研究接地极注入不同特性电流对其腐蚀的影响,对接地极在不同特性入地电流下的腐蚀程度预测及评估具有重要意义。针对接地极电流溢散特性及对接地极腐蚀的影响问题,本文分别建立了单根接地极在均匀土壤中的电流溢散模型、腐蚀模型,并在电流溢散模型与腐蚀模型的基础上,研究了不同特性的入地电流对接地极腐蚀的影响。主要工作如下:首先,应用配点法建立了水平接地极、垂直接地极、倾斜接地极在无限大土壤中电流溢散理论模型,并在考虑接地极埋深影响下,建立了半无限大土壤中的电流溢散理论模型;选取水平接地极为代表进行了理论模型算例分析;搭建了无限大、半无限大土壤中的水平接地极电流溢散二维仿真模型,进行了理论模型的正确性验证以及适用性分析。结合实际情况,建立了半无限大土壤中含有引下线的水平接地极电流溢散二维、三维仿真模型,并进行了仿真分析。最后,研究了入地电流幅值及频率对水平接地极电气特性的影响。其次,根据土壤导电机理是否考虑物质的扩散效应,围绕接地极腐蚀,分别建立了不考虑物质扩散效应的简化腐蚀模型和考虑物质扩散效应的精细化腐蚀模型。在不考虑物质扩散效应的腐蚀模型中,以土壤等效电导率表征土壤的导电特性,进行了腐蚀电位、电流、变形量以及土壤电导率对接地极腐蚀的影响分析。在考虑详细传质过程及平衡反应的基础上,建立了考虑物质扩散效应的精细化腐蚀模型,并进行了腐蚀电位、电流、变形量的仿真分析,研究了Fe(OH)2沉积与否对腐蚀进程的影响。最后,在建立的腐蚀模型基础上,对比研究了不同特性入地电流溢散对接地极腐蚀变形量、阴阳极反应电流等的影响,以及入地电流幅值和频率变化对腐蚀的影响,并进行模拟实验,对比现有文献的实验结果,验证腐蚀模型及电流溢散对腐蚀的影响仿真分析的正确性。
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