变电所接地设计问题分析 (4)

变电所接地设计问题分析

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摘要：变电所接地网作为隐蔽工程具有一次性建设、维护困难等特点,在设计过程中,要从接地电阻与短路电流的 关系、接地装置的比选、地网防腐措施、接触电势与跨步电压验算及合适的埋设深度等方面全面认识和把握接地问题。 关键字：变电所,接地网,接地电阻,短路电流

1正确分析短路电流

《交流电气装置的接地》(DL/T621-1997)中对接地电阻值有具体的规定,一般情况下规定通常不大于0.5Ω。在高土壤电阻率地区,当要求接地装置做到规定的接地电阻在技术经济上很不合理时,大接地短路电流系统接地电阻可以为R≤5Ω, 但应采取相应措施,如防止高电位外引、均压设计、验算接触电势、跨步电压等。根据规程规定,主要是以发生接地故障时,接地电位的升高不超过2kV进行控制,其次以接地电阻不大于 0.5Ω和5Ω进行设计。实际中,人们往往认为,接地电阻测量值小于0.5Ω即为合格,大于0.5Ω就是不合格,而没有认清其背后的机理,忽视短路电流的大小,这是不恰当的。

接地的实质是控制变电所发生接地短路时,故障点地电位的升高,因此接地主要是为了设备及人身的安全,起作用的是电位而不是电阻。接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数, 但不是唯一的参数。随着电力系统容量的不断增大,一般情况下单相短路电流值较大,从安全运行的角度出发,不管在什么情况下,都应该验算地网的接触电势和跨步电压,必要时应采取防止高电位外引的隔离措施。

当系统发生接地故障时,产生的接地短路电流经三种途径流入系统接地中性点。①经架空地线-杆塔系统;②经设备接地引下线、地网流入本站内变压器中性点;③经地网入地后通过大地流回系统中性点。而对地网接地电阻起决定性作用的只是入地短路电流,所以,正确地考虑和计算各部分短路电流值,对合理地设计地网有着很大的影响。

对于有效接地系统110kV以上变电所,线路架空地线都直接与变电站出线架构相连。当发生接地短路时,很大一部分短路电流经架空地线系统分流,在计算时,应考虑该部分分流作用。发生接地故障时,总的短路电流是一定的,增大架空地线的分流电流,入地短路电流就相应减小,因此,降低架空地线的阻抗也是接地设计需要考虑的重要方面。架空地线采用优良导体,正确利用架空地线系统分流,将使地网的设计条件更为有利。

经分析可知,入地短路电流是总的接地短路电流减去架空地线的分流,再减去流经变压器中性点的电流。如此计算,实际入地短路电流值就相对比较小,根据R≤2000/I的要求,接地电阻相应的允许值就比较大,此时按规定值控制,设计自然就容易满足。 2接地装置布置方式的比选

在接地设计中,采用的土壤电阻率要准确,否则会造成设计的误差。土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料,由于受到测量设备、方法等条件的限制,土壤电阻率的测量往往不够准确,尤其是地质结构复杂或有不均匀地质结构的地区。为保证电阻率准确性,勘测时可以采用两种以上方法 (如接地摇表法和电流电压法等),对所测结果相互对照,提高精度,减小误差。

根据地网接地电阻的估算公式:

R≈0.5ρ/s

式中:ρ为土壤电阻率,Ω·m;s为接地网面积,m2;R为地网接地电阻,Ω。 ρ一定时,接地电阻基本上由接地网面积决定,地网面积一旦确定,其接地电阻也就基本确定。因此,在地网布置设计时,应充分利用变电所的全部可利用面积,如果地网面积过小, 其接地电阻是很难降低的。

在35kV及以上变电所中,一般采用水平接地线为主,带有垂直接地极的复合型地网。垂直接地极对地网的接地电阻值影响并不大,据实验验证,水平地网中附加长2.5m、直径40 mm的垂直接地极若干,其接地电阻仅下降2.8%～8%。但是, 垂直接地极对冲击电流、雷电流散流作用较好。因此,在地网及独立避雷针、线路避雷线、避雷器的引下线处应敷设垂直接地极,以加强集中接地和散泄雷电流。

接地网布置方式有长孔与方孔两种,当包括地网外周4根在内的均压带总根数在18根及以下时,常采用长孔接地网,如图1(a)所示。110kV变电所占地面积一般不超过100×100m2, 考虑均压线间屏蔽作用,均压线总根数通常为8～12根左右, 较多采用长孔方式布置,但与方孔布置相比,存在以下问题。

(1)长孔地网某一条均压线断开时,均压带的分流作用明显降低。方孔地网纵、横向均压带相互交错,当某条均压线断开时,对分流效果影响不大,优于长孔地网。

(2)长孔地网均压线距离较长,发生接地故障时,沿均压线电压降较大,易造成二次控制电缆和设备损坏。而方孔网均压效果较好且可靠性高,如图1(b)所示。

因此,在变电所地网设计时,条件允许时采用方孔均压网设计更为可靠,利于提高接地安全性,但工程造价及施工难度也相对提高。实际在农网改造、老站改建等工程项目中大多还是采用长孔布置,运行亦较为正常,但不可因此而忽视接地形式比选,尤其是特别重要的变电所如中心枢纽站、220kV及以上站等设计时仍应注重地网布置方案比选。