電力工程中接地技術的應用探索

顧正綱

（黑龍江省電力有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

1 接地地網的主要作用及基本要求

1.1 雷電流泄流

雷電流的能量頻譜顯著高于工頻電流，泄流瞬間的電位差主要決定于電流變化率產生的感抗。

防雷裝置地上高度hx處的電位：

式中UR－雷電流流過防雷裝置時接地裝置上的電阻電壓降（kV）；

UL－雷電流流過防雷裝置時引下線上的電感電壓降（kV）；

Ri-接地裝置的沖擊接地電阻（Ω）；

di/dt-雷電流陡度（kA/μs）;

I-雷電流幅值（kA）；

L0－引下線的單位長度電感（μH／m）;

雷電流時間尺度為微秒級，相對而言電阻電壓降很小。據計算 8/20μs、1.5/40μs、10/700μs波型的90%峰值電流積累值分別出現在24KHz、87KHz、和 11KHz附近。其頻率為工頻電流的1000倍左右。感抗變得十分重要。過長的地線對雷電流的泄放作用很小，因而主要用于雷電流泄流的地網其長度應滿足防雷接地體的有效長度Le≤2ρ0.5的要求。

1.2 故障電流的泄放

這是電力部門電廠及變壓站地網設計中主要考慮的問題。由于故障電流多為低頻段的工頻電流。時間尺度為秒級，在上式中電感阻抗相對較小，而電阻阻抗成為主要孝慮因素地網設計中對故障電流的強度的分析計算，以及對接觸電壓和跨步的分析成為地網設計中關鍵性因素。DL/T 621《交流電氣裝置的接地》DL/T 620《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規范中有比較明確的技術規定。相對而言對地網的規模和長度限制較少，但對地網的接地電阻值經常有比較苛刻的要求。

1.3 工作接地

作為設備工作的零電位參考點（使電氣裝置或設備的非載流金屬部分保持在零電位）；為維持設備的零電位，其基本要求是把所有接地系統連結起來，這就是共用接地的概念。

1.4 地網的泄流耗散能力（主要以接地電阻為指標）

接地電阻的要求應根據地網的主要功能來確定。對防雷地網接地電阻的要求，不同的規范有不同的要求。如國際電工委員會最近討論稿中，提出10歐的規定，我國有關規定中大多提出10歐或4歐的標準。

1.5 地網結構

無論對雷電流泄流還是短路電流泄流，地網結構與地網阻抗同等重要。

接地終端裝置。當處理雷電流泄放（高頻特性）到大地的問題上，在使任何潛在危險過電壓最小化的同時，接地終端裝置的形狀和尺度是重要的標準。通常推薦使用一個低的接地阻抗（按低頻率測量時應低于10Ω）。

從雷電防護的角度來看，單一的與建筑物形成一體的一個接地終端裝置較好的，也適用于各種目的（例如：雷電防護、電源系統和通信系統）。

1.6 地網壽命

地網的使用年限是一個非常值關注的指示，一般說來地網的壽命應與地上對應設施的預計使用年限相匹配。設施建成若干年后地網的更新比第一次建設投入更高昂的代價。

1.7 地網穩定性

地網的穩定性主要指地網性能特別是接地電阻隨年代和季節的變化情況。一般情況下，鋼質地網隨年代增長由于地網材料的腐蝕接地電阻會有顯著增大；銅質地網接地電阻增大較慢，地網性能較為穩定；而離子型接地體，由于離子緩慢滲透，接地電阻在初期一年內會有明顯下降，隨著年代增長趨于穩定。接地電阻隨季節的變化也有類似趨勢。

2 接地技術在變電站中的應用

變電站，尤其是超高壓變電站內的電磁環境很惡劣。因此，一些變電站內的二次設備，特別是其中的電子微電子設備，例如微機監測、監控和繼電保護裝置，常常受到各種電磁干擾而誤動、拒動、甚至損壞。近年來隨著新型電子元件和大規模、超大規模集成電路的普遍開發和廣泛應用，二次電子設備日趨高速化、寬帶域化和高密度化，其信號電平越來越低，對電磁干擾更加敏感，對外界電磁環境的要求更加苛刻。因此，研究如何提高變電站二次電子設備的抗干擾水平，對于保證現代電力系統的安全可靠運行，加速新型電子和微電子設備在電力系統中的推廣應用，促進超高壓變電站的現代化、自動化和智能化進程，都有著重要的意義。

接地是提高電子設備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，甚至使二次電子設備無法正常工作。

電子設備中的許多地方需要接地，不同的接地有不同的目的和特點，不同類型的二次設備對接地有不同的要求。電子設備中的“地”通常有兩種含義：一種是指“大地”，另一種是指“系統基準地”。二次電子設備接地的目的通常有兩個，其一是為了安全，即保護操作人員免于觸電；其二則是為了抑制干擾。接地之所以能抑制干擾，其根本原因在于地電位的相對穩定性。一旦接地點選取不當或接地回路選取和設計欠佳時，接地系統各接地點之間就會因相對電位差的形成而產生差模干擾。

引起各接地點地電位變化的主要原因有：（1）接地回路中有電流流過，由于接地線路的阻抗而產生電壓降，使地電位發生變化：（2）由兩個以上接地點形成接地閉合回路時，由于環路的電磁感應電流流過接地回路，而使地電位發生變化。

因此，從抑制電磁干擾的要求出發，主要采取的措施有：（1）盡量降低接地回路的阻抗；（2）接地回路中盡量不出現電流；（3）勿形成接地環路。對于置身于惡劣電磁環境中的變電聽二次設備，不僅要求在設備研制階段就充分考慮其電磁兼容性設計環節，而且要特別注意現場運行情況下的接地系統設計。根據二次電子設備信號頻率和工作性能的不同，相應的接地技術可能完全不同。低頻電路應采取一點接地方式。高頻電路應用多點接地，混合式電路應按照回路性質的不同而分別采用不同的接地方式。為了適應某些設備高頻和低頻兩方面的寬頻帶工作特性，須采用一點與兩點轉換式接地方式。

[1]GB50057-94《建筑物防雷設計規范》

[2]GB50169《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》

[3]DL/T 621《交流電氣裝置的接地》

[4]DL/T620《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》

[5]SDJ63-82《電力建設安全工作規程》

[6]DL/T617-1997《電業安全工作規程》

[7]DL/475-92《接地裝置工頻特性參數的測量導則》

[8]《防止電力生產重大事故的二十五項安全要求》國電2000-9-28

[9]GBJ 79-85《工業企業通信接地設計規范》

[10]《雷電與避雷工程》中山大學出版社

[11]《電力工程電氣設計手冊》水利電力部西北電力設計院