變電站接地裝置設(shè)計存在的問題及解決措施

吳燕

（云南電網(wǎng)公司昆明供電局，云南 昆明 650011）

1 影響接地裝置設(shè)計的因素

接地裝置的電位Ug=IR,因此要想使接地裝置的對地電位滿足要求,其一,要降低接地電阻R；其二,要使入地電流I減少。

1.1 影響土壤電阻率的因素

a）砂的含水量與電阻率的關(guān)系。含水量越大則電阻率越小,根據(jù)這些特性,有些地方或利用地下水作為降阻措施,或敷設(shè)水下接地網(wǎng)作為降阻措施,這些措施都可以有效降低接地電阻。

b）溫度與電阻率的關(guān)系。當(dāng)水分由水變?yōu)楸鶗r,電阻率在0℃出現(xiàn)一個突然的上升,當(dāng)溫度再下降時,電阻率出現(xiàn)十分明顯的增大,而溫度從0℃上升時,電阻率僅平穩(wěn)地下降,因此,接地裝置應(yīng)埋設(shè)在多年凍土層下,一般埋深為0.6～0.8m即可。

c）土壤的致密與否對電阻率的影響也是很大的,其根本原因是土壤越致密則接觸電阻越小,為此,接地裝置敷設(shè)后,要夯實回填的土壤,讓其與接地體致密接觸以減小接觸電阻。另在接地體周圍小范圍內(nèi)采取物理或化學(xué)的降阻措施,使接地電阻大大減小,實際上也包括了消除接觸電阻的原因在內(nèi)。

1.2 影響入地電流的因素

當(dāng)接地短路發(fā)生在接地網(wǎng)內(nèi)時

入地電流I=(Imax-Iz)（1-Kn）

式中Imax--接地短路時的最大接地短路電流,A;Iz一發(fā)生最大接地短路電流時，流經(jīng)變電所接地中性點的最大接地短路電流,A;Kn一變電站內(nèi)短路時，避雷線的工頻分流系數(shù)。

當(dāng)接地短路發(fā)生在接地網(wǎng)外時

入地電流I=Iz(1-Kf2)

式中Iz一發(fā)生最大接地短路電流時，流經(jīng)變電所接地中性點的最大接地短路電流,A；

Kf2一變電站外短路時，避雷線的工頻分流系數(shù)。

由以上公式分析,入地短路電流的大小與流回變電站接地中性點的短路電流、架空地線的分流系數(shù)有關(guān),接地短路發(fā)生在接地網(wǎng)內(nèi)時,為了使變電站所供給的短路電流不經(jīng)過大地而直接流回變壓器接地的中性點,應(yīng)加大中性截面,減小其流回電阻,同時增大變電站內(nèi)短路時，避雷線的工頻分流系數(shù)Kn,接地短路發(fā)生在接地網(wǎng)外時,為了減小短路電流流回變電站接地的中性點受到的阻力,應(yīng)加強開關(guān)站與變壓器地接地帶的敷設(shè),采用良導(dǎo)體架空地線并充分利用架空地線的分流作用。

通過以上分析,降低接地電阻和人電電流可以降低地電位,保證設(shè)備和人身安全,但單純?yōu)闈M足接地裝置地位2000V的要求,而采取一系列的措施勢必造成技術(shù)的困難和經(jīng)濟(jì)的浪費,即使入地電流I為10KA,其R值也要求不大于0.2Ω,況且隨著電力系統(tǒng)短路容量的增加,入地短路電流一般均大于10KA,在有限的接地網(wǎng)內(nèi)要達(dá)到如此小的接地電阻,困難是比較大的。因此DL/T621-1977《交流電氣裝置的接地》又規(guī)定若不滿足此要求6.2.2,則應(yīng)滿足本標(biāo)準(zhǔn)的要求且不大于5Ω,但要求采取防止轉(zhuǎn)移電位引起的危害、防止站內(nèi)3～10KV避雷器受到反擊并難處接觸電位差和跨步電位差,從而發(fā)送站內(nèi)電位的分布,形成一個均衡的等電位均壓接地系統(tǒng)。所以降低接地電位并不是保證設(shè)備和人身安全的唯一手段,均衡等電位均壓和快速限流是保證設(shè)備和人身安全比較經(jīng)濟(jì)的方法。

1.3 均壓和限流

變電站均壓一般采用在站區(qū)設(shè)計外緣閉合以水平接地帶為主的人工接地網(wǎng),其網(wǎng)內(nèi)敷設(shè)若干均壓帶并選取合理埋深,并且站內(nèi)不同用途和不同電壓的電氣裝置使用一個總的接地裝置。增加均壓帶在一定程度上是可以減小最大接觸系數(shù)的,但由于均壓帶越密,電流分布越不均勻的緣故,最大接觸系數(shù)最多只能減小到0.1～0.15,所以在實際工程設(shè)計中一味地采取堆積鋼材來達(dá)到均壓和降低接地電阻的措施是不可取的,應(yīng)采用不等間距網(wǎng)格法設(shè)計接地裝置,使接地裝置形成一個均壓的等電位,減小接觸電位差和跨步電位差,確保人員和設(shè)備安全。

限流是為了減小人體被電擊時通過的能量,可采用快速繼電保護(hù)迅速切除短路,使人體所受電擊時間限制在1s（應(yīng)為以下0.2s及以下）敷設(shè)碎石、礫石或瀝青混凝土等高電阻率的路面結(jié)構(gòu)層,用以增加人體被電擊時的串聯(lián)電阻,將通過人體的電流限制在與電擊時間相對應(yīng)的安全限度內(nèi)。

2 接地裝置設(shè)計的要點和措施

2.1 接地裝置設(shè)計要點

a)雖然接地裝置的電阻主要與接地裝置的面積有關(guān),加在地網(wǎng)上的2～3m的垂直接地極,因?qū)p小接地電阻的作用不大,僅在避雷器、避雷針(線)等處作加強集中接地散泄雷電流用,或為穩(wěn)定地網(wǎng)在中間或外緣設(shè)置幾個垂直接地極。

b)接地裝置的網(wǎng)孔大于16個均壓要求除外,接地電阻減小很慢，對大型接地網(wǎng),網(wǎng)孔個數(shù)也不宜大于32個。過分增加均壓帶根數(shù)并不能無限制地減小最大接觸系數(shù),實驗研究最大接觸系數(shù)最多只能減小到0.1～0.15。所以應(yīng)采用不等間距風(fēng)格法設(shè)計的接地裝置。

c)接地網(wǎng)埋深達(dá)一定時,一般取 0.6～0.8m,接地電阻減小緩慢。

d)在小面積地網(wǎng)內(nèi),采用置換或化學(xué)方法改善接地體附近的高土壤電阻率,對減小接觸電阻有效果,對減小接地電阻作用不大。

e）接地裝置的四角做成圓弧形可以顯著改善接地網(wǎng)外直角處的跨步電勢。四周也要采用不均勻風(fēng)格并逐步向四周外加深接地體的埋設(shè)深度,一般為 1.0～1.6m。

2.2 接地裝置設(shè)計的常用措施

常用措施一般有如下種,它們均有成功經(jīng)驗,在工程中可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。①采取不等間距布置來均衡地網(wǎng)電位②電位隔離③利用地質(zhì)鉆孔埋設(shè)長垂直接地極④水平接地帶換土與加降阻劑交替使用⑤長垂直接地極加降阻劑⑥利用地下水的降阻作用⑦引外接地⑧所內(nèi)超深井接地⑨利用架空地線桿塔接地系統(tǒng)。

3 接地引下線的設(shè)置

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中僅對接地引下線的截面作了要求,即應(yīng)不小于熱穩(wěn)定所允許的截面,并按工程的使用年限計及考慮腐蝕的影響,而對每個設(shè)備接地引下線的根數(shù)未作具體要求,在實際不同工程中對此有不同理解。

據(jù)相關(guān)資料指出,高壓系統(tǒng)的雷電過電壓、操作過電壓和短路事故等都會通過干擾源（避雷器、電容器、電壓互感器、電流互感器及其它帶電容設(shè)備）進(jìn)入二次系統(tǒng),在二次回路上產(chǎn)生很高的干擾電壓,引起保護(hù)誤動和器件絕緣擊穿事故。因此近年來十分強調(diào)除在此回路采取相應(yīng)的抗干擾措施外,還對高壓電器接地引下線的有關(guān)問題提出要求。有的地區(qū)如電流互感器用兩根引下線分別接在地網(wǎng)縱橫接地帶上電容式電壓互感器除用兩根接地引下線外,設(shè)備三相之間還有連線。接地引下線增加根數(shù)加大截面的目的是為了減小引下線的波阻抗,從而降低來自高壓系統(tǒng)的干擾電壓。

在實際工程中,一般做法是對設(shè)備基礎(chǔ)的形式進(jìn)行分類,每相設(shè)備為獨立基礎(chǔ)的,則每相設(shè)備雙接地,若三相合用基礎(chǔ),則每個基礎(chǔ)雙接地,采用這種方法,一方面可以保證設(shè)備的安全,另一方面可以節(jié)約鋼材,減小施工難度。

4 接地材料的選擇

變電站容量的擴(kuò)大對接地裝置安全運行的要求更為嚴(yán)格。在我國,接地裝置所用的材質(zhì)主要為普通碳鋼。接地裝置腐蝕通常呈現(xiàn)局部腐蝕形態(tài),發(fā)生腐蝕后,接地裝置碳鋼材料變脆、起層、松散,甚至發(fā)生斷裂。近年來,部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)開始采用銅材。銅材的性能比鋼材好導(dǎo)電率高、熱容量大、耐腐蝕性強,但其價格卻較昂貴,差不多是鋼材的7～8倍,接地裝置綜合造價約相差2～3倍。因此,在實際工程中,因地制宜地進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,土質(zhì)腐蝕性強的地方可考慮采用銅材作地網(wǎng),設(shè)備對一接地要求較高的和電壓水平高的（500KV及以上電壓等級的）,也可考慮選用銅材。

5 結(jié)論

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,故障時經(jīng)接地裝置流散的電流愈來愈大,接地體的電位也隨之升高。由于接地裝置的缺陷而造成的電力事故也屢有發(fā)生,所以,接地裝置的設(shè)計問題已受到人們的普遍重視。為使今后變電站的接地裝置設(shè)計的更安全、可靠,特對其接地裝置的設(shè)計作如上淺析。