變電所變電站接地設計分析

1、正確分析短路電流

　　《交流電氣裝置的接地》(DL/T621-1997)中對接地電阻值有具體的規(guī)定,一般情況下規(guī)定通常不大于0.5Ω。在高土壤電阻率地區(qū),當要求接地裝置做到規(guī)定的接地電阻在技術經(jīng)濟上很不合理時,大接地短路電流系統(tǒng)接地電阻可以為R≤5Ω, 但應采取相應措施,如防止高電位外引、均壓設計、驗算接觸電勢、跨步電壓等。根據(jù)規(guī)程規(guī)定,主要是以發(fā)生接地故障時,接地電位的升高不超過2kV進行控制,其次以接地電阻不大于 0.5Ω和5Ω進行設計。實際中,人們往往認為,接地電阻測量值小于0.5Ω即為合格,大于0.5Ω就是不合格,而沒有認清其背后的機理,忽視短路電流的大小,這是不恰當?shù)摹?/p>

　　接地的實質是控制變電所發(fā)生接地短路時,故障點地電位的升高,因此接地主要是為了設備及人身的安全,起作用的是電位而不是電阻。接地電阻是衡量地網(wǎng)合格的一個重要參數(shù), 但不是唯一的參數(shù)。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增大,一般情況下單相短路電流值較大,從安全運行的角度出發(fā),不管在什么情況下,都應該驗算地網(wǎng)的接觸電勢和跨步電壓,必要時應采取防止高電位外引的隔離措施。

　　當系統(tǒng)發(fā)生接地故障時,產生的接地短路電流經(jīng)三種途徑流入系統(tǒng)接地中性點。①經(jīng)架空地線-桿塔系統(tǒng);②經(jīng)設備接地引下線、地網(wǎng)流入本站內變壓器中性點;③經(jīng)地網(wǎng)入地后通過大地流回系統(tǒng)中性點。而對地網(wǎng)接地電阻起決定性作用的只是入地短路電流,所以,正確地考慮和計算各部分短路電流值,對合理地設計地網(wǎng)有著很大的影響。

　　對于有效接地系統(tǒng)110kV以上變電所,線路架空地線都直接與變電站出線架構相連。當發(fā)生接地短路時,很大一部分短路電流經(jīng)架空地線系統(tǒng)分流,在計算時,應考慮該部分分流作用。發(fā)生接地故障時,總的短路電流是一定的,增大架空地線的分流電流,入地短路電流就相應減小,因此,降低架空地線的阻抗也是接地設計需要考慮的重要方面。架空地線采用優(yōu)良導體,正確利用架空地線系統(tǒng)分流,將使地網(wǎng)的設計條件更為有利。

　　鄭州凱威防雷科技有限公司經(jīng)分析可知,入地短路電流是總的接地短路電流減去架空地線的分流,再減去流經(jīng)變壓器中性點的電流。如此計算,實際入地短路電流值就相對比較小,根據(jù)R≤2000/I的要求,接地電阻相應的允許值就比較大,此時按規(guī)定值控制,設計自然就容易滿足。

2、接地裝置布置方式的比選

　　在接地設計中,采用的土壤電阻率要準確,否則會造成設計的誤差。土壤電阻率的測量是工程接地設計重要的第一手資料,由于受到測量設備、方法等條件的限制,土壤電阻率的測量往往不夠準確,尤其是地質結構復雜或有不均勻地質結構的地區(qū)。為保證電阻率準確性,勘測時可以采用兩種以上方法 (如接地搖表法和電流電壓法等),對所測結果相互對照,提高精度,減小誤差。

　　根據(jù)地網(wǎng)接地電阻的估算公式:

　　R≈0.5ρ/s

　　式中:ρ為土壤電阻率,Ω·m;s為接地網(wǎng)面積,m2;R為地網(wǎng)接地電阻,Ω。

　　ρ一定時,接地電阻基本上由接地網(wǎng)面積決定,地網(wǎng)面積一旦確定,其接地電阻也就基本確定。因此,在地網(wǎng)布置設計時,應充分利用變電所的全部可利用面積,如果地網(wǎng)面積過小, 其接地電阻是很難降低的。

　　在35kV及以上變電所中,一般采用水平接地線為主,帶有垂直接地極的復合型地網(wǎng)。垂直接地極對地網(wǎng)的接地電阻值影響并不大,據(jù)實驗驗證,水平地網(wǎng)中附加長2.5m、直徑40 mm的垂直接地極若干,其接地電阻僅下降2.8%～8%。但是, 垂直接地極對沖擊電流、雷電流散流作用較好。因此,在地網(wǎng)及獨立避雷針、線路避雷線、避雷器的引下線處應敷設垂直接地極,以加強集中接地和散泄雷電流。

　　接地網(wǎng)布置方式有長孔與方孔兩種,當包括地網(wǎng)外周4根在內的均壓帶總根數(shù)在18根及以下時,常采用長孔接地網(wǎng),如圖1(a)所示。110kV變電所占地面積一般不超過100×100m2, 考慮均壓線間屏蔽作用,均壓線總根數(shù)通常為8～12根左右, 較多采用長孔方式布置,但與方孔布置相比,存在以下問題。鄭州凱威防雷科技有限公司

(1)長孔地網(wǎng)某一條均壓線斷開時,均壓帶的分流作用明顯降低。方孔地網(wǎng)縱、橫向均壓帶相互交錯,當某條均壓線斷開時,對分流效果影響不大,優(yōu)于長孔地網(wǎng)。

　　(2)長孔地網(wǎng)均壓線距離較長,發(fā)生接地故障時,沿均壓線電壓降較大,易造成二次控制電纜和設備損壞。而方孔網(wǎng)均壓效果較好且可靠性高,如圖1(b)所示。

　　因此,在變電所地網(wǎng)設計時,條件允許時采用方孔均壓網(wǎng)設計更為可靠,利于提高接地安全性,但工程造價及施工難度也相對提高。實際在農網(wǎng)改造、老站改建等工程項目中大多還是采用長孔布置,運行亦較為正常,但不可因此而忽視接地形式比選,尤其是特別重要的變電所如中心樞紐站、220kV及以上站等設計時仍應注重地網(wǎng)布置方案比選。