變電站接地裝置設計存在的問題及解決措施

吳燕

（云南電網公司昆明供電局，云南 昆明 650011）

1 影響接地裝置設計的因素

接地裝置的電位Ug=IR,因此要想使接地裝置的對地電位滿足要求,其一,要降低接地電阻R；其二,要使入地電流I減少。

1.1 影響土壤電阻率的因素

a）砂的含水量與電阻率的關系。含水量越大則電阻率越小,根據這些特性,有些地方或利用地下水作為降阻措施,或敷設水下接地網作為降阻措施,這些措施都可以有效降低接地電阻。

b）溫度與電阻率的關系。當水分由水變?yōu)楸鶗r,電阻率在0℃出現一個突然的上升,當溫度再下降時,電阻率出現十分明顯的增大,而溫度從0℃上升時,電阻率僅平穩(wěn)地下降,因此,接地裝置應埋設在多年凍土層下,一般埋深為0.6～0.8m即可。

c）土壤的致密與否對電阻率的影響也是很大的,其根本原因是土壤越致密則接觸電阻越小,為此,接地裝置敷設后,要夯實回填的土壤,讓其與接地體致密接觸以減小接觸電阻。另在接地體周圍小范圍內采取物理或化學的降阻措施,使接地電阻大大減小,實際上也包括了消除接觸電阻的原因在內。

1.2 影響入地電流的因素

當接地短路發(fā)生在接地網內時

入地電流I=(Imax-Iz)（1-Kn）

式中Imax--接地短路時的最大接地短路電流,A;Iz一發(fā)生最大接地短路電流時，流經變電所接地中性點的最大接地短路電流,A;Kn一變電站內短路時，避雷線的工頻分流系數。

當接地短路發(fā)生在接地網外時

入地電流I=Iz(1-Kf2)

式中Iz一發(fā)生最大接地短路電流時，流經變電所接地中性點的最大接地短路電流,A；

Kf2一變電站外短路時，避雷線的工頻分流系數。

由以上公式分析,入地短路電流的大小與流回變電站接地中性點的短路電流、架空地線的分流系數有關,接地短路發(fā)生在接地網內時,為了使變電站所供給的短路電流不經過大地而直接流回變壓器接地的中性點,應加大中性截面,減小其流回電阻,同時增大變電站內短路時，避雷線的工頻分流系數Kn,接地短路發(fā)生在接地網外時,為了減小短路電流流回變電站接地的中性點受到的阻力,應加強開關站與變壓器地接地帶的敷設,采用良導體架空地線并充分利用架空地線的分流作用。

通過以上分析,降低接地電阻和人電電流可以降低地電位,保證設備和人身安全,但單純?yōu)闈M足接地裝置地位2000V的要求,而采取一系列的措施勢必造成技術的困難和經濟的浪費,即使入地電流I為10KA,其R值也要求不大于0.2Ω,況且隨著電力系統(tǒng)短路容量的增加,入地短路電流一般均大于10KA,在有限的接地網內要達到如此小的接地電阻,困難是比較大的。因此DL/T621-1977《交流電氣裝置的接地》又規(guī)定若不滿足此要求6.2.2,則應滿足本標準的要求且不大于5Ω,但要求采取防止轉移電位引起的危害、防止站內3～10KV避雷器受到反擊并難處接觸電位差和跨步電位差,從而發(fā)送站內電位的分布,形成一個均衡的等電位均壓接地系統(tǒng)。所以降低接地電位并不是保證設備和人身安全的唯一手段,均衡等電位均壓和快速限流是保證設備和人身安全比較經濟的方法。

1.3 均壓和限流

變電站均壓一般采用在站區(qū)設計外緣閉合以水平接地帶為主的人工接地網,其網內敷設若干均壓帶并選取合理埋深,并且站內不同用途和不同電壓的電氣裝置使用一個總的接地裝置。增加均壓帶在一定程度上是可以減小最大接觸系數的,但由于均壓帶越密,電流分布越不均勻的緣故,最大接觸系數最多只能減小到0.1～0.15,所以在實際工程設計中一味地采取堆積鋼材來達到均壓和降低接地電阻的措施是不可取的,應采用不等間距網格法設計接地裝置,使接地裝置形成一個均壓的等電位,減小接觸電位差和跨步電位差,確保人員和設備安全。

限流是為了減小人體被電擊時通過的能量,可采用快速繼電保護迅速切除短路,使人體所受電擊時間限制在1s（應為以下0.2s及以下）敷設碎石、礫石或瀝青混凝土等高電阻率的路面結構層,用以增加人體被電擊時的串聯(lián)電阻,將通過人體的電流限制在與電擊時間相對應的安全限度內。

2 接地裝置設計的要點和措施

2.1 接地裝置設計要點

a)雖然接地裝置的電阻主要與接地裝置的面積有關,加在地網上的2～3m的垂直接地極,因對減小接地電阻的作用不大,僅在避雷器、避雷針(線)等處作加強集中接地散泄雷電流用,或為穩(wěn)定地網在中間或外緣設置幾個垂直接地極。

b)接地裝置的網孔大于16個均壓要求除外,接地電阻減小很慢，對大型接地網,網孔個數也不宜大于32個。過分增加均壓帶根數并不能無限制地減小最大接觸系數,實驗研究最大接觸系數最多只能減小到0.1～0.15。所以應采用不等間距風格法設計的接地裝置。

c)接地網埋深達一定時,一般取 0.6～0.8m,接地電阻減小緩慢。

d)在小面積地網內,采用置換或化學方法改善接地體附近的高土壤電阻率,對減小接觸電阻有效果,對減小接地電阻作用不大。

e）接地裝置的四角做成圓弧形可以顯著改善接地網外直角處的跨步電勢。四周也要采用不均勻風格并逐步向四周外加深接地體的埋設深度,一般為 1.0～1.6m。

2.2 接地裝置設計的常用措施

常用措施一般有如下種,它們均有成功經驗,在工程中可以根據具體情況進行選擇。①采取不等間距布置來均衡地網電位②電位隔離③利用地質鉆孔埋設長垂直接地極④水平接地帶換土與加降阻劑交替使用⑤長垂直接地極加降阻劑⑥利用地下水的降阻作用⑦引外接地⑧所內超深井接地⑨利用架空地線桿塔接地系統(tǒng)。

3 接地引下線的設置

電力行業(yè)標準中僅對接地引下線的截面作了要求,即應不小于熱穩(wěn)定所允許的截面,并按工程的使用年限計及考慮腐蝕的影響,而對每個設備接地引下線的根數未作具體要求,在實際不同工程中對此有不同理解。

據相關資料指出,高壓系統(tǒng)的雷電過電壓、操作過電壓和短路事故等都會通過干擾源（避雷器、電容器、電壓互感器、電流互感器及其它帶電容設備）進入二次系統(tǒng),在二次回路上產生很高的干擾電壓,引起保護誤動和器件絕緣擊穿事故。因此近年來十分強調除在此回路采取相應的抗干擾措施外,還對高壓電器接地引下線的有關問題提出要求。有的地區(qū)如電流互感器用兩根引下線分別接在地網縱橫接地帶上電容式電壓互感器除用兩根接地引下線外,設備三相之間還有連線。接地引下線增加根數加大截面的目的是為了減小引下線的波阻抗,從而降低來自高壓系統(tǒng)的干擾電壓。

在實際工程中,一般做法是對設備基礎的形式進行分類,每相設備為獨立基礎的,則每相設備雙接地,若三相合用基礎,則每個基礎雙接地,采用這種方法,一方面可以保證設備的安全,另一方面可以節(jié)約鋼材,減小施工難度。

4 接地材料的選擇

變電站容量的擴大對接地裝置安全運行的要求更為嚴格。在我國,接地裝置所用的材質主要為普通碳鋼。接地裝置腐蝕通常呈現局部腐蝕形態(tài),發(fā)生腐蝕后,接地裝置碳鋼材料變脆、起層、松散,甚至發(fā)生斷裂。近年來,部分經濟發(fā)達地區(qū)開始采用銅材。銅材的性能比鋼材好導電率高、熱容量大、耐腐蝕性強,但其價格卻較昂貴,差不多是鋼材的7～8倍,接地裝置綜合造價約相差2～3倍。因此,在實際工程中,因地制宜地進行技術經濟比較,土質腐蝕性強的地方可考慮采用銅材作地網,設備對一接地要求較高的和電壓水平高的（500KV及以上電壓等級的）,也可考慮選用銅材。

5 結論

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,故障時經接地裝置流散的電流愈來愈大,接地體的電位也隨之升高。由于接地裝置的缺陷而造成的電力事故也屢有發(fā)生,所以,接地裝置的設計問題已受到人們的普遍重視。為使今后變電站的接地裝置設計的更安全、可靠,特對其接地裝置的設計作如上淺析。