变电站电气接地技术初探

　　摘要：变电站的接地系统是维护电力系统安全、可靠运行,保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施。接地网的设计要根据区域的地质条件,采取不同的降阻措施,以最高性能价格比来设计其接地网,同时应采用新技术和新材料。接地技术是一门多学科的综合技术,故需在今后的工作中不断研究,在实践中不断探索,以使其更加趋于完善,保证变电站设备的安全稳定运行。
　　关键词：变电站，电气，接地技术
　　前言
　　近年来,随着电力系统的发展,故障时经地网流散的电流越来越大,故障时地网的电位也随之升高,由于接地措施的缺陷而造成的事故也屡有发生,给运行人员和检修人员的安全带来威胁,同时使一次设备的绝缘遭到破坏,进而扩大事故,给企业带来巨大的经济损失和不良的社会影响。变电站的接地系统是维护电力系统安全、可靠运行,保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施。变电站接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。工作接地即为电力系统电气装置中,为运行需要所设的接地;保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等,由于绝缘损坏有可能带电,为防止其危及人身和设备的安全而设的接地;雷电保护接地即为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。当前,电力系统容量的不断增加,短路电流也不断增大,同时,土地资源的紧张也要求站址面积小型化,这些都对变电站接地设计提出了较高的要求。因此,变电站接地网安全除了对接地阻抗有要求外,还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。
　　1电气接地技术概述
　　接地网作为变电站交直流设备接地及防雷保护接地,对系统的安全运行起着重要的作
　　用。由于接地网作为隐性工程容易被人忽视,往往只注意最后的接地电阻的测量结果。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加,接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。因此,接地问题越来越受到重视。接地的实质是控制变电站发生接地短路时,故障点地电位的升高,因为接地主要是为了设备及人身的安全,起作用的是电位而不是电阻,接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数,但不是唯一的参数。
　　随着电力系统容量的不断增大,一般情况下单相短路电流值较大。在有效接地系统中单相接地时的短路电流一般都超过4kA,而大部分变电所接地电阻又很难做到0.5Ω。因此,从安全运行的角度出发,不管在什么情况下,都应该验算地网的接触电势和跨步电压,必要时应采取防止高电位外引的隔离措施,这也是我国目前变电站电气接地设计所最常采用的方法。
　　2变电站接地设计的必要性及原则
　　2.1接地设计的必要性
　　变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地,以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大,在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时,可能造成地电位异常升高。如果接地网的网格设计不合理,则可能造成接地系统电位分布不均,局部电位超过规定的安全值,这会给出运行人员的安全带来威胁,还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏,使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动,酿成事故,甚至是扩大事故,由此带来巨大的经济损失和社会影响。
　　2.2接地设计的原则
　　随着电力系统规模的不断扩大,变电站各级电压母线接地故障电流越来越大,在接地设计中要满足R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω,而是允许放宽到5Ω,但这不是说一般情况下,接地电阻都可以采用5Ω,接地电阻放宽是有附加条件的,即:防止转移电位引起的危害,应采取各种隔离措施;考虑短路电流非周期分量的影响,当接地网电位升高时,3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏,应采取均压措施,并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求,施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。变电站接地网设计时应遵循以下原则:
　　2.2.1尽量采用建筑物地基的钢筋和自然
　　金属接地物统一连接地来作为接地网。
　　2.2.2尽量以自然接地物为基础,辅以人工接地体补充,外形尽可能采用闭合环形。
　　2.2.3应采用统一接地网,用一点接地的方式接地。
　　3接地网设计的要点
　　3.1接地网的接地电阻主要与接地网的面积有关。加在地网上的2～3m的垂直接地极,对
　　减小接地电阻的作用不大,一般仅在避雷器、避雷针(线)等处作加强集中接地散泄雷电流用或
　　为稳定地网在中间或外缘增设几个。
　　3.2接地网孔大于16个(均压要求除外),接地电阻减小很慢,对大型接地网,网孔个数也不宜大于32个。过分增加均压带根数并不能无限制的减小最大接触系数,实验研究最大接触系
　　数最多只能减小到0.1～0.15。
　　3.3接地网埋深达一定时,接地电阻减小很慢,一般取0.6～0.8m。
　　3.4在小面积地网内,采用置换或化学方法改善接地体附近的高土壤电阻率,对减小接触电阻有效果,对减小接地电阻作用不大。
　　3.5接地网的四角做成圆弧形可以显著改善接地网外直角处的跨步电势。
　　4变电站降阻措施
　　4.1变电站接地电阻
　　规范中严格规定电力系统各种接地装置的电阻值,接地网的设计就是以此为目标值。接
　　地网的电阻由以下几个部分构成:接地引线电阻,是指由接地体至设备接地母线间引线本身
　　的电阻,其阻值与引线的几何尺寸和材质有关;接地体本身的电阻,其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关;接地体表面与土壤的接触电阻,其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关;从接地体开始向远处(20米)扩散电流所经过的路径土壤电阻,即散流电阻。决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。
　　接地电阻虽由四部分构成,但前两项所占接地电阻值的比例甚微,起决定作用的是接触电阻及散流电阻。
　　4.2变电站降阻措施
　　了解接地网电阻构成,在设计中可以在主要影响接地网电阻的环节采取相应的措施,以
　　降低接地网的电阻值的目的。一个接地网的接地电阻的大小,由公式R=ρε/C可以看出,降低接地电阻有以下两种途径,一是增大接地体几何尺寸,以增大接地体的电容C;二是改善地质电学性质,减小土壤的电阻率和介电系数ε。
　　变电站电气接地装置主要敷设以水平接地极为主的人工接地网,人工接地网的外缘闭合,各角做成圆弧形,土壤电阻率ρ和地网面积S是影响接地电阻的主要因素,了解这些原因有利于针对不同情况因地制宜改善接地装置。
　　在实际工程中常用降阻措施有:采取不等间距布置来均衡地网电位;电位隔离;利用地质钻孔埋设长接地极;水平接地带换土与加降阻剂交替使用;长垂直接地极加降阻剂;利用地下水的降阻作用;引外接地;所内超深井接地;利用架空地线杆塔接地系统。以上方法均有成功经验,在工程中可以根据具体情况进行选择。
　　5结论
　　随着电力系统的发展,电网容量的增大,电力系统发生故障时经接地网流散和电流愈来愈大,短路电流往往会达到几十千安,接地电阻若有很小的误差即可导致难以弥补的损害,所以,近年来变电站电气接地系统的设计,其设计重点已经转向如何准确地测量和计算接地网的接地电阻。以上主要针对电气接地系统,给出了接地设计方案和参数计算,对于变电站接地系统的设计,无论是在设计计算还是在系统应用方面,均有一定的借鉴指导意义。
　　参考文献
　　[1]谢伟民.变电站电气接地技术分析.
　　[2]罗新谊.浅谈变电站接地网设计.
　　[3]陈家斌.接地技术与接地装置[M].北京:中国电力出版社

《变电站电气接地技术初探》

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