變電所變電站接地設(shè)計(jì)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(duì)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(dāng)要求接地裝置做到規(guī)定的接地電阻在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上很不合理時(shí),大接地短路電流系統(tǒng)接地電阻可以為R≤5Ω, 但應(yīng)采取相應(yīng)措施,如防止高電位外引、均壓設(shè)計(jì)、驗(yàn)算接觸電勢(shì)、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(shí),接地電位的升高不超過(guò)2kV進(jìn)行控制,其次以接地電阻不大于 0.5Ω和5Ω進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)際中,人們往往認(rèn)為,接地電阻測(cè)量值小于0.5Ω即為合格,大于0.5Ω就是不合格,而沒(méi)有認(rèn)清其背后的機(jī)理,忽視短路電流的大小,這是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

　　接地的實(shí)質(zhì)是控制變電所發(fā)生接地短路時(shí),故障點(diǎn)地電位的升高,因此接地主要是為了設(shè)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(gè)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(yùn)行的角度出發(fā),不管在什么情況下,都應(yīng)該驗(yàn)算地網(wǎng)的接觸電勢(shì)和跨步電壓,必要時(shí)應(yīng)采取防止高電位外引的隔離措施。

　　當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí),產(chǎn)生的接地短路電流經(jīng)三種途徑流入系統(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(guò)大地流回系統(tǒng)中性點(diǎn)。而對(duì)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(jì)算各部分短路電流值,對(duì)合理地設(shè)計(jì)地網(wǎng)有著很大的影響。

　　對(duì)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(gòu)相連。當(dāng)發(fā)生接地短路時(shí),很大一部分短路電流經(jīng)架空地線系統(tǒng)分流,在計(jì)算時(shí),應(yīng)考慮該部分分流作用。發(fā)生接地故障時(shí),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(yīng)減小,因此,降低架空地線的阻抗也是接地設(shè)計(jì)需要考慮的重要方面。架空地線采用優(yōu)良導(dǎo)體,正確利用架空地線系統(tǒng)分流,將使地網(wǎng)的設(shè)計(jì)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(diǎn)的電流。如此計(jì)算,實(shí)際入地短路電流值就相對(duì)比較小,根據(jù)R≤2000/I的要求,接地電阻相應(yīng)的允許值就比較大,此時(shí)按規(guī)定值控制,設(shè)計(jì)自然就容易滿足。

2、接地裝置布置方式的比選

　　在接地設(shè)計(jì)中,采用的土壤電阻率要準(zhǔn)確,否則會(huì)造成設(shè)計(jì)的誤差。土壤電阻率的測(cè)量是工程接地設(shè)計(jì)重要的第一手資料,由于受到測(cè)量設(shè)備、方法等條件的限制,土壤電阻率的測(cè)量往往不夠準(zhǔn)確,尤其是地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或有不均勻地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地區(qū)。為保證電阻率準(zhǔn)確性,勘測(cè)時(shí)可以采用兩種以上方法 (如接地?fù)u表法和電流電壓法等),對(duì)所測(cè)結(jié)果相互對(duì)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(shí),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(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分利用變電所的全部可利用面積,如果地網(wǎng)面積過(guò)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(fù)合型地網(wǎng)。垂直接地極對(duì)地網(wǎng)的接地電阻值影響并不大,據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,水平地網(wǎng)中附加長(zhǎng)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(duì)沖擊電流、雷電流散流作用較好。因此,在地網(wǎng)及獨(dú)立避雷針、線路避雷線、避雷器的引下線處應(yīng)敷設(shè)垂直接地極,以加強(qiáng)集中接地和散泄雷電流。

　　接地網(wǎng)布置方式有長(zhǎng)孔與方孔兩種,當(dāng)包括地網(wǎng)外周4根在內(nèi)的均壓帶總根數(shù)在18根及以下時(shí),常采用長(zhǎng)孔接地網(wǎng),如圖1(a)所示。110kV變電所占地面積一般不超過(guò)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(zhǎng)孔方式布置,但與方孔布置相比,存在以下問(wèn)題。鄭州凱威防雷科技有限公司

(1)長(zhǎng)孔地網(wǎng)某一條均壓線斷開(kāi)時(shí),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(cuò),當(dāng)某條均壓線斷開(kāi)時(shí),對(duì)分流效果影響不大,優(yōu)于長(zhǎng)孔地網(wǎng)。

　　(2)長(zhǎng)孔地網(wǎng)均壓線距離較長(zhǎng),發(fā)生接地故障時(shí),沿均壓線電壓降較大,易造成二次控制電纜和設(shè)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(shè)計(jì)時(shí),條件允許時(shí)采用方孔均壓網(wǎng)設(shè)計(jì)更為可靠,利于提高接地安全性,但工程造價(jià)及施工難度也相對(duì)提高。實(shí)際在農(nóng)網(wǎng)改造、老站改建等工程項(xiàng)目中大多還是采用長(zhǎng)孔布置,運(yùn)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(shè)計(jì)時(shí)仍應(yīng)注重地網(wǎng)布置方案比選。