變電站接地電阻方案設(shè)計

程麗英

摘 要：本文首先介紹接地電阻的計算方式，然后闡述跨步電壓和接觸電壓的計算方式，最后對接地裝置的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：變電站；接地電阻；方案設(shè)計

要想滿足國家土地等政策要求，變電站首先在建設(shè)方面就要更加注意，尤其是在綠色環(huán)保方面，其次是在選址上要選擇荒沙地、石灘地等地區(qū)，這些地區(qū)電阻率較高，不適合建變電站。在高土壤電阻率地區(qū)，當(dāng)其所要求的接地裝置接地電阻為0.5Ω時，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度來看具有一定的差距，這時大接地短路電流系統(tǒng)接地電阻是R≤5Ω，針對這種情況，我們必須要采取一定的措施，其具體措施可以是防止高電位外引、將電壓進(jìn)行平均設(shè)計等。就高電阻率的變電站來講，我們首先要考慮的就是如何將電阻值做到合理運(yùn)算。

一、接地電阻的計算

1.短路電流分析

在變電站設(shè)計中，對接地電阻值的要求控制在≤5Ω范圍內(nèi)，這有在這個范圍內(nèi)才允許被使用，但是在此過程中往往會忽視短路電流值和短路切除時間。根據(jù)相關(guān)計算規(guī)定我們能夠知道，當(dāng)發(fā)生接地故障時，在控制電位時要將其控制在2千伏以內(nèi)。接地的主要目的就是保護(hù)人們不受到電流的傷害，其主要原理是當(dāng)變電站發(fā)生接地短路時，故障點(diǎn)地電位會升高，其中接地電阻是一項重要的檢測參數(shù)，但是并不是唯一的參數(shù)。從安全的角度來看，在運(yùn)行過程中必須要做好電網(wǎng)接觸裝置和跨步電壓的設(shè)置，做好這兩項設(shè)置之后，大電流接地系數(shù)變電站接地電阻值在<5Ω是屬于正常的。

2.入地短路電流分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，其中明確表明接地網(wǎng)工頻接地電阻結(jié)算公式應(yīng)為：R=2000/I；在工事中I代表變電站的人地短路電流。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，其產(chǎn)生的接地短路電流主要通過三種方式來轉(zhuǎn)向系統(tǒng)接地中性點(diǎn)。

（1）經(jīng)架空地線-桿塔系統(tǒng)。

（2）經(jīng)設(shè)備接地引下線、地網(wǎng)流入本站內(nèi)變壓器中性點(diǎn)。

（3）經(jīng)地網(wǎng)入地后通過大地流回系統(tǒng)中性點(diǎn)。而主要決定地網(wǎng)接地電阻值的是入地短路電流、因此，在進(jìn)行設(shè)計地網(wǎng)時，必須要全面考慮到各部分的短路電流值。

線路架空地線是直接與變電站出線架構(gòu)連接在一起的。當(dāng)出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，多數(shù)短路電流都會變?yōu)橄到y(tǒng)分流，在進(jìn)行計算時，必須要考慮分流的作用。當(dāng)出現(xiàn)接地故障現(xiàn)象時，需要做的是加大架空地線的分流電流，同時還要降低入地短路電流值。

變電站中的一切設(shè)備都必須要設(shè)置接地引下線，這對于變電站系統(tǒng)安全來講非常重要。其主要原理是，接地短路電流部分會通過接地引下線經(jīng)地網(wǎng)流入本站內(nèi)變壓器中，提高了安全性。

通過分析我們能夠發(fā)現(xiàn)，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(diǎn)的電流。除此之外，從兩部分分流原理分析，可以采取降低架空地線及地網(wǎng)阻抗的辦法來降低入地短路電流值。

二、跨步電壓和接觸電壓的計算

按規(guī)程：Us=（174+0.7pf）/√t

Ut=（174+0.1Pf/√t）

在公式中：Us是地面跨步電壓允許值，V（伏）；Ut是設(shè)備接觸電壓允許值，V（伏）；Pf是地面土壤電阻率，t是接地短路電流持續(xù)時間，S（秒）。

從公式可以看出，影響兩電壓的因素，是土壤電阻率及短路電流持續(xù)時間。

土壤電阻率的測量時工程接地設(shè)計重要輸入環(huán)節(jié)，但測量時由于受到場地環(huán)境實時情況及測量設(shè)備、方法等影響，土壤電阻率的測量往往不夠準(zhǔn)確，如雨季所測量的就比旱季所測量的電阻率低。雖然計算時有季節(jié)系數(shù)效艷，但季節(jié)系數(shù)只是經(jīng)驗值，變電站在可行研究階段要求測量一次，工程三通一平后還要復(fù)測一次，且要求提高，所測點(diǎn)應(yīng)覆蓋全站及周邊10到50米的地方在特殊情況，接地網(wǎng)需要長具體外引時測量范圍還需更大。

短路電流持續(xù)時間更值得探討，從公式上說，時間越小，允許的兩個電壓越大。如果使從主保護(hù)動作時間加上短路切除這一段時間算，應(yīng)該是保護(hù)動作時間加上斷路器機(jī)構(gòu)操作時間，一般在0.1到0.2秒之間。如果考慮主保護(hù)不能正確動作，而是經(jīng)過了后備乃至遠(yuǎn)后備保護(hù)動作才切除故障，那么時間就不能確定。對這個時間的選取需要綜合考慮。如果這個站是樞紐站，可靠性極高，保護(hù)配置冗、先進(jìn)，建議這個時間可按主保護(hù)正確動作考慮；而對于終端站，線路不配置保護(hù)等情況下，這個時間應(yīng)適當(dāng)延長，也應(yīng)在1秒以內(nèi)。

通過分析，要提高兩個電壓允許值，靠降低土壤電阻率是不可行的，唯一的措施就是減少事故切除時間，無非就是提高保護(hù)性能及配置；選擇操作性能優(yōu)異的斷路器等。

三、接地裝置的設(shè)計

對接地電阻率高的地區(qū)，以上已經(jīng)進(jìn)行簡要的分析，以此來避免采用或減化降阻措施及費(fèi)用。

在實際接地裝置設(shè)計中，地網(wǎng)接地電阻的估算公式為：

R≈0.5p/S，公式中的p是土壤電阻率（Ω/m2），S是接地網(wǎng)面積（m2），R是地網(wǎng)接地電阻（Ω）。

所以，地網(wǎng)面積一旦確定，其接地電阻也就基本已定，在地網(wǎng)布置設(shè)計時，應(yīng)充分利用變電站的全部可利用面積。在站內(nèi)無法降到合格電阻值時，如果外引能降低接地電阻，而不用采用特殊降阻措施時，可考慮外引。

從估算公式能夠知道接地網(wǎng)的接地電阻與垂直接地極的關(guān)系不大。垂直接地極對沖擊散流作用較好，也就是降低入地電流值，因此在獨(dú)立避雷針、避雷線、避雷器的引下線處應(yīng)設(shè)置垂直接地極，以加強(qiáng)集中接地，防止反擊。

四、結(jié)語

變電所地網(wǎng)的設(shè)計應(yīng)結(jié)合實際情況進(jìn)行，在具體工程設(shè)計中應(yīng)重點(diǎn)考慮地網(wǎng)布置及熱穩(wěn)定校驗等方面。對合格地網(wǎng)的概念應(yīng)有全面的認(rèn)識，接地電阻應(yīng)按實際的流經(jīng)地網(wǎng)入地的短路電流計算，降低接地電阻、降低接觸電勢和跨步電壓等都是合格地網(wǎng)要求的主要因素，因此，在保證變電所接地的安全條件下，應(yīng)綜合考慮各種因素，合理地設(shè)計接地裝置以便于變電所的安全運(yùn)行和施工，降低工程造價。

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