【摘 要】
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高压直流输电非常适合长距离、大容量电能输送,接地极是高压直流输电系统的重要组成部分。深井型高压直流接地极因为子电极数量少,占地面积小,有效缓解了接地电极选址困难的问题,应用前景广阔。但是由于其“端部效应”,电极端部的电流密度可能非常高,温升已成为限制深井接地技术发展的重要因素,关系到其能否正常稳定运行。针对深井接地极的结构和环境特点,本文围绕大地电阻率勘测、建模和饱和水地下介质温度特性等关键问题,
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高压直流输电非常适合长距离、大容量电能输送,接地极是高压直流输电系统的重要组成部分。深井型高压直流接地极因为子电极数量少,占地面积小,有效缓解了接地电极选址困难的问题,应用前景广阔。但是由于其“端部效应”,电极端部的电流密度可能非常高,温升已成为限制深井接地技术发展的重要因素,关系到其能否正常稳定运行。针对深井接地极的结构和环境特点,本文围绕大地电阻率勘测、建模和饱和水地下介质温度特性等关键问题,对深井接地极的暂态温升特性进行研究,主要研究内容和结论如下:（1）为了准确建立深层范围内的大地电阻率模型,提出了综合运用四极法、可控源音频大地电磁和大地电磁法的联合测量和建模方法,获得了从地表到地下数十千米的广域大地电阻率模型。与实际工程现场接地电阻测量值相比,获得的大地电阻率模型在计算深井接地极的接地电阻时误差为0.036Ω,证明提出的勘探和建模方法的有效性和准确性。（2）考虑深井接地极埋深大、处于地下水饱和环境中的特点,对深井接地极极址地下钻井取样地表至地下1000m的饱和水土壤、岩石的电阻率和热参数进行了温度特性测量;分析了电阻率和热参数随温度变化的机理;通过进行数值拟合,得出了不同类型的饱和水地下介质电阻率和热参数随温度变化的表达式,为进一步分析接地极的温升过程建立了基础。（3）应用得到的饱和水地下介质的电阻率、热参数与温度的函数,采用有限元法建立了考虑饱和水地下介质温变特性的直流接地极温升模型。采用常规的垂直与圆环接地极形式,进行了温升仿真计算,分析了其在饱和水均匀土壤、分层土壤中的温升过程,得出饱和水土壤模型中的电极温升速率明显低于常规土壤模型的规律。开展饱和水土壤中垂直电极的温升试验,实验与仿真结果比较表明,最大温度误差在4.93%以内。（4）开展了深井接地极现场温升试验,与广域大地电阻率模型计算的温升结果误差分析,发现深井接地极电极附近的局部大地电阻率决定了其电极的温升。在对电测井结果进行算术平均的基础上,提出了适合深井接地极温升计算的局部大地电阻率建模方法,建立了考虑饱和水地下介质温度特性和局部大地模型的深井接地极温升模型。采用该模型对比计算实际工程中现场温升的实测数据,发现最大温度误差为5.5℃。电极温升趋势与试验结果吻合较好。
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