電力系統(tǒng)接地技術(shù)研究

薛見海

（青島西海岸公用事業(yè)集團能源有限公司，山東　青島　266555）

電力系統(tǒng)接地技術(shù)研究

薛見海

（青島西海岸公用事業(yè)集團能源有限公司，山東青島266555）

近些年來，隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)接地技術(shù)受到了越來越高的重視。在社會對電力需求越來越大的情況下，如何能夠為用戶提供安全、高質(zhì)量的電力服務(wù)是我國電力行業(yè)建設(shè)過程中最為重要的研究方向。文章通過對電力系統(tǒng)接地技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行了闡述，并且對該技術(shù)的發(fā)展進行了展望。

螺桿泵；油田；電力系統(tǒng)；接地技術(shù)

隨著電力系統(tǒng)的傳輸容量迅速增加，發(fā)、變電站條件越來越苛刻，相關(guān)工作部門對電力系統(tǒng)接地技術(shù)水平的發(fā)展越來越關(guān)注，而且學術(shù)界在這方面的研究也取得了許多新的進展。電力系統(tǒng)的接地技術(shù)大體上可分為如下3種：工作接地、防雷接地和保護接地。一般而言，工作接地指的是采用中性點接地等技術(shù)來降低電力設(shè)備的絕緣水平；防雷接地指的是為避雷線和避雷線塔裝備相應(yīng)的接地裝置，以便將雷電流導地，防止雷電對電力系統(tǒng)或者設(shè)備造成損壞；保護接地指的是確保人身安全情況的接地。接地裝置不僅提供了一個參考地給所有的電氣設(shè)備，而且能夠在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或雷電天氣中電力設(shè)備受到雷擊時，起到散流的作用，從而限制了電位的增加，并且限制跨步電壓和接觸電壓，使其維持在對人體造成危害的安全水平之下，為人員和設(shè)備的安全提供了保障。

1　電力系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)中的設(shè)計、安裝、運行、維護階段都離不開接地裝置，因此接地術(shù)的研究始終貫穿了上述電力系統(tǒng)的各個階段，包括接地仿真分析、接地工頻的安全指標、接地裝置的測試評估、降低接地電阻措施4個方面。近些年來，電力行業(yè)的專家以及科研人員對接地技術(shù)進行全面研究，并取得了一定的成果，而且將一些技術(shù)和概念已成功地應(yīng)用于實際問題的解決，下面對電力系統(tǒng)接地技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行介紹。

1.1接地仿真分析方法

接地網(wǎng)設(shè)計中應(yīng)該將以下內(nèi)容作為設(shè)計依據(jù)：連接系統(tǒng)中最嚴重的接觸電位差、階躍電位和接地網(wǎng)最大電位。大量事實證明，通過對接地系統(tǒng)進行仔細和合理地設(shè)計，可以大大降低電力系統(tǒng)的危險。近年來，隨著IT技術(shù)在電力系統(tǒng)當中的應(yīng)用，國內(nèi)外在對接地系統(tǒng)就行設(shè)計研究時的主要依據(jù)就是接地系統(tǒng)安裝地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過對該地的多層土壤結(jié)構(gòu)模型進行分析，計算接地電阻和接地電位升，接地電位差和接觸電位差和電位差，確保接地系統(tǒng)的施工過程符合電力系統(tǒng)的安全指標。此外，可以根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的實際情況進行系統(tǒng)設(shè)計，盡可能地降低接地電阻以及各項的電位差，以期電力系統(tǒng)能夠更加安全、高效地工作，同時也能起到較好的節(jié)能效果。

從20世紀90年代開始，國內(nèi)一些高校通過借助國內(nèi)外先進科研成果，在此基礎(chǔ)上深入研究了地中電場計算以及多層土壤的結(jié)構(gòu)，通過大量研究工作為接地系統(tǒng)提供了完整、系統(tǒng)的計算土壤結(jié)構(gòu)的方法。利用該方法，國內(nèi)外對接地系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計進行了大量研究，提出了均勻土壤中不等間距布置的具體規(guī)律以及季節(jié)因素對接地系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的影響。在電流和分流系數(shù)的計算方面，國內(nèi)也取得了一些成就如基于電路模型的分析短路電流分流系數(shù)的應(yīng)用，并且對理論進行了分析驗證。

1.2接地工頻的安全指標

在我國地面系統(tǒng)設(shè)計中主要存在設(shè)計過于簡單、過分強調(diào)接地電阻而忽略電位差等問題。雖然接地電位升滿足要求，但如果沒有合理設(shè)計接地裝置，在接地設(shè)備發(fā)生故障時，很可能威脅到維護人員的人身安全。因此，對變電站接地設(shè)計的參數(shù)和限值進行研究，對變電站的安全穩(wěn)定的接地裝置進行設(shè)計和改造至關(guān)重要。相關(guān)研究人員通過分析研究大量的理論，并舉行了仿真實驗和實際應(yīng)用。國家標準GB50065為上述安全指標提出了相應(yīng)的標準，用來指導接地裝置的合理設(shè)計和安裝，從而為設(shè)備和人提供安全保障。

對設(shè)備和人身構(gòu)成安全威脅的就是接地點之間的電位差，電力系統(tǒng)接地系統(tǒng)是為了確保設(shè)備的安全和人身安全。目前，保護人身和設(shè)備安全的指標主要包括電阻（接地電位上升）、轉(zhuǎn)移電位差、階躍電位差、傳遞電位差等，通過相應(yīng)的電位差來體現(xiàn)出來。

1.3接地裝置的測試評估

接地裝置最為重要的作用就是通過對雷電流進行散流，從而為電力系統(tǒng)設(shè)備和人身提供安全保障。近年來，雷電引起的事故數(shù)量越來越多，雷電已成為威脅到電力系統(tǒng)運行安全的首要因素。通過分析國內(nèi)外的運行經(jīng)驗和理論可知，有效提高接地網(wǎng)性能能夠提升雷擊保護效果。國內(nèi)的專家學者對這一問題進行了深入研究，并且從土壤的放電特性和接地裝置的影響等方面對接地裝置進行了測評。

近年來，有大量的文獻分析雷電沖擊下接地系統(tǒng)的暫態(tài)性能。例如用快速傅里葉變換技術(shù)結(jié)合矩量法，對各種頻率的任何接地導體的瞬態(tài)響應(yīng)進行了分析。對于大型復雜的接地系統(tǒng)，需要大量的計算時間。對雷電接地網(wǎng)的時域電磁場數(shù)值計算方法進行了研究，并考慮了土壤放電和頻率相關(guān)效應(yīng)的參數(shù)，得到了完整的大電流脈沖接地裝置的瞬態(tài)響應(yīng)。在試驗和仿真計算的基礎(chǔ)上，定義了工頻接地電阻和沖擊接地電阻的區(qū)別，并更精確地估計了沖擊下接地體的有效長度。

1.4采取措施使接地電阻降低

相關(guān)工作人員使用了很多手段用于降低電力系統(tǒng)中接地裝置的接地電阻。電力系統(tǒng)中最為常用的手段是深入研究二維接地網(wǎng)，如盡可能使接地網(wǎng)面積增大和外部接地，增加埋深后的接地網(wǎng)，或者在安裝接地設(shè)備時盡可能進行自然接地等措施。隨著逐步完善的電力系統(tǒng)內(nèi)的接地技術(shù)，降低接地電阻的要求，新的減阻技術(shù)不斷涌現(xiàn)，充分利用地面電網(wǎng)的地形、地質(zhì)特征，構(gòu)筑三維接地網(wǎng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容。我國的電力系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用了垂直接地電極技術(shù)、斜接地電極技術(shù)以及深井連接技術(shù)等技術(shù)，在實際應(yīng)用中取得了很好的效果。但降低阻力的措施大多只是針對某一措施，缺乏一種綜合措施的阻力降低，不同的減阻措施之間的應(yīng)用情況都略有不同，也就是說減阻措施缺乏一定的系統(tǒng)性，在實際應(yīng)用中沒有統(tǒng)一的標準來進行抗阻措施的選擇。目前，在我國接地系統(tǒng)的設(shè)計過程中，只能憑借設(shè)計人員的經(jīng)驗和判斷對電力系統(tǒng)接地電阻進行初步設(shè)計和優(yōu)化，技術(shù)人員的經(jīng)驗或判斷的局限性會在很大程度上影響到設(shè)計過程的復雜性，而且很可能會導致設(shè)計出現(xiàn)偏差。這樣的設(shè)計一旦應(yīng)用于實際生產(chǎn)當中，會嚴重威脅到項目的設(shè)備安全和人身安全。

2　電力系統(tǒng)接地技術(shù)的發(fā)展

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)開始朝著高電壓、高智能和高可靠性的方向發(fā)展，對于接地裝置要求也在逐漸提高，因此接地技術(shù)的迎來了挑戰(zhàn)和發(fā)展的契機。接地技術(shù)涵蓋的面比較廣，涉及很多領(lǐng)域，因此對以下幾點可以進行重點關(guān)注。

2.1接地裝置的沖擊特性

目前，對工頻接地特性的有著較為全面的研究。如果進一步提高接地電位升的頻率，大幅降低接地電阻，能夠在很大程度上對電網(wǎng)的電壓進行優(yōu)化。但是，因為連續(xù)性變化的影響，并連接到系統(tǒng)和其他設(shè)備之間的相互作用還是當前科研人員研究過程中的一個難點。隨著科技的不斷發(fā)展，在電力系統(tǒng)中廣泛使用了新型的智能設(shè)備以及緊湊型變電站。由此導致的就是電力設(shè)備對于電磁的敏感度增高，而且設(shè)備之間的干擾越來越多。因此，需要對該方面進行深入研究。例如，對接地裝置及其他設(shè)備之間的相互干擾方面，并且對兩種系統(tǒng)的接地方式和保護措施進行了進一步探討，并提出了對接裝置在沖擊下的性能指標。

2.2接地系統(tǒng)綜合評價

由于接地裝置具有多種特性，如直流、頻率、沖擊、高頻等特性，因此通過綜合研究接地裝置的腐蝕情況以及設(shè)備所處的土壤環(huán)境，從而建立起對接地系統(tǒng)的綜合測評方法體系，并針對現(xiàn)場應(yīng)用開發(fā)便攜式的多功能綜合測評儀器以實現(xiàn)對接地裝置的多功能檢測，能夠迅速及時地評價判斷接地裝置。

2.3復雜地質(zhì)接地仿真分析技術(shù)

隨著電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的地址越來越偏遠，且電力系統(tǒng)的安裝地區(qū)有著較為復雜、惡劣的地質(zhì)條件，為接地裝置的仿真技術(shù)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。對于那些電流量較大的發(fā)變電站如水電站，或者是特殊的接地系統(tǒng)如直流接地等，需要盡快地開展進行相關(guān)的研究。

2.4接地材料及其防腐技術(shù)

近年來，隨著電力系統(tǒng)在邊遠地區(qū)的建設(shè)越來越多，其建設(shè)過程中面臨的極其復雜的地質(zhì)條件，接地體的腐蝕問題已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中不容忽視的問題。因此，電力系統(tǒng)接地設(shè)備當前最重要的研究內(nèi)容之一就是對新型接地網(wǎng)材料及材料防腐方面進行研究。隨著我國電力系統(tǒng)對于接地網(wǎng)的質(zhì)量越來越重視，已經(jīng)有很多穩(wěn)定性和可靠性俱佳的新材料被成功研發(fā)，在不久的將來將接地網(wǎng)的新材料應(yīng)用于實際的電力系統(tǒng)接地網(wǎng)中逐漸成為可能。

3　結(jié)語

接地技術(shù)對于電力系統(tǒng)的安全運作來說至關(guān)重要，該技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于發(fā)、變電站電力系統(tǒng)當中，對于提高電力系統(tǒng)安全系數(shù)、穩(wěn)定電網(wǎng)電流電壓方面有著極其重要的作用。近幾年來，電力運行、生產(chǎn)部門十分關(guān)注電力系統(tǒng)接地技術(shù)的發(fā)展。本文介紹了電力系統(tǒng)接地研究的新進展，并且根據(jù)分層土壤結(jié)果的優(yōu)化了接地網(wǎng)設(shè)計，對接地電阻測量進行了科學的試驗，該技術(shù)應(yīng)用具有很強的指導意義。我國的電力系統(tǒng)接地技術(shù)研究與應(yīng)用必須緊跟國際研究應(yīng)用趨勢，以促進我國電力系統(tǒng)接地技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

［1］王宇恒，李東平，張波，等. 電力系統(tǒng)接地技術(shù)現(xiàn)狀及展望［J］. 高電壓技術(shù)，2015（8）：2569-2582.

［2］何金良，曾嶸，高延慶. 現(xiàn)代電力系統(tǒng)接地技術(shù)研究進展［C］. 輸配技術(shù)國際會議，2003.

［3］張志鵬，田如鋼，楊帆，等. 簡述電力系統(tǒng)接地技術(shù)［J］. 城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（36）：252.

Research on power system grounding technology

Xue Jianhai
（Qingdao West Coast Puplic Utilities Group Energy Co.， Ltd.， Qingdao 266555， China）

In recent years， with the continuous development of the power industry， power system grounding technology has been more and more important. with the social demands for electricity growing， how to provide users with safe， high-quality electricity power industry services became the most important research direction in the construction of our country's electric power industry. In this paper， the status of power system grounding techniques are described， and the development of technology was prospected by.

screw pump； oil feld； electric power system； grounding technology

薛見海（1979— ），男，山東青島，本科，工程師；研究方向：接地技術(shù)，電廠DCS。