[发明专利]直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析方法

说明书

本发明公开了一种直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析方法，通过建立模型，设置相关参数、添加材料属性、添加边界条件、网格化分、电磁场分布计算，得出结论：两个接地极环上的电位最高，内环电压略高于外环，以接地极圆环的圆心为起点沿径向电位逐渐降低，内环土壤的电位较外环土壤的电位高；杆塔接地网本体上的电位最高，越靠近杆塔接地网电位越高，杆塔接地网内部土壤的电位比外部土壤的电位高，因为杆塔接地网有对称性，所以它附近的电位也呈现出对称性；接地网的射线末端泄露电流密度最大,射线首段的电流密度最小，接地网矩形和射线的连接处电流密度有突变，本发明解决了现有技术中存在的直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析不全面的问题。

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析方法。

背景技术

直流输电系统处于单极大地回线运行方式时，会有很大的直流电流通过直流接地极流入大地，这将造成接地极本身及附近输电杆塔的接地网腐蚀。因此研究直流输电接地极周围电场分布规律，以及泄漏电流流入杆塔接地网后其周围的电场和泄漏电流密度的分布情况，对掌握直流接地极及杆塔接地网的腐蚀规律具有重要意义。

现有的文献对于直流接地极及附近杆塔接地网的电磁场计算有一些研究，文献中研究了多层土壤模型下各层土壤的电阻率对直流接地极附近地表电位分布情况的影响，但是没有考虑接地极的其它电气参数对电位分布情况的影响。有的文献用数值分析法计算了高压直流输电直线型接地极地表电位的分布情况，但对于双圆环型接地极未作讨论。有的文献分别采用了单层土壤模型和双层土壤模型下接地极周围地表电位的分布规律，但是实际上大地土壤的结构更为复杂。有的文献对杆塔接地网的泄漏电流密度做了研究，但是未对杆塔接地网附近的地表电位进行研究。

本文在理论分析接地极地表电位的计算方法的基础上，采用有限元分析软件COMSOL Multiphysics，以德宝直流输电工程千阳接地极为例，建立多层大地土壤结构下的直流接地极和杆塔接地网数值模型，添加相关边界条件，进行网格划分处理，分析计算高压直流输电系统处于单极大地运行方式时，接地极和周围杆塔接地网的地表电位及杆塔接地网本体上的泄漏电流密度。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析方法，解决了现有技术中存在的直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析不全面的问题。

本发明所采用的技术方案是，直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立模型，设置相关参数；

步骤2、添加材料属性；

步骤3、添加边界条件；

步骤4、网格化分；

步骤5、电磁场分布计算。

本发明的特点还在于，

步骤1具体为：

针对直流接地极：建立直流接地极模型，设圆环接地极内环和外环的半径R₁和R₂，单个极环的截面直径D₁，接地极环的埋深为h，接地极极环周围覆盖一层碳层，外环碳层尺寸为m₁*m₁，内环碳层尺寸为m₂*m₂；

设土壤模型为四层土壤模型，层深分别为H₁＝0-0.03km，H₂＝0.03-10km，H₃＝10-50km，H₄＝50-∞km，土壤横向半径R₃＝50km；