10kV變配電所接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)與安裝分析

摘要：作為高壓輸電線，10kV配電線路的建設(shè)不僅需要考慮到電壓輸送過(guò)程中的電能損耗，更需要綜合各方面因素保證變配電線路的安全。變電所作為保障基本用電安全的設(shè)備，在投入使用前，需要進(jìn)行接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)與安裝。一方面，減少因地網(wǎng)設(shè)計(jì)不到位帶來(lái)的變電所事故；另一方面，確保電能輸送的安全。將以接地網(wǎng)在變電所的應(yīng)用為切入點(diǎn)，著重介紹10kV變配電接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高壓輸電；地網(wǎng)；雷擊事故

作者簡(jiǎn)介：汪文娟（1977-），女，江蘇興化人，江蘇省興化市供電公司，工程師。（江蘇 興化 225700）

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）30-0203-01

10kV變配電線路在進(jìn)行建設(shè)前需要將接地網(wǎng)建設(shè)考慮在內(nèi)。變電所在電能輸送中起著至關(guān)重要的作用，接地網(wǎng)的建設(shè)有利于保障變電所內(nèi)設(shè)備的安全，為電能的正常使用提供保障。因此，怎樣對(duì)10kV變配電進(jìn)行接地網(wǎng)設(shè)計(jì)需要電網(wǎng)設(shè)計(jì)者仔細(xì)研究，并且在這一過(guò)程中，確保各線路的正常使用。

一、10kV變配電所接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的必要性分析

在高壓線路電能輸送過(guò)程中，變電所發(fā)揮著較為重要的作用。變電所是電力系統(tǒng)中不可缺少的一環(huán)，它不僅負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換、分配電能中的電壓以及線路中經(jīng)過(guò)的電流，更需要通過(guò)控制、調(diào)整等手段進(jìn)行電能輸送的保護(hù)。

變電所由電壓的不同也會(huì)產(chǎn)生一定的差別。筆者這里將要講到的是中壓變電所，電壓為10kV。作為變配電變電所，接地網(wǎng)的建設(shè)十分重要。變電所使用的機(jī)器大多涉及較大的安全問(wèn)題。一方面，變電所中大量使用到變壓器、配電裝置等，這些設(shè)備在電能輸送中必不可少，卻也容易引起雷擊事故；[1]另一方面，變電所內(nèi)有主接線與控制、直流系統(tǒng)的差別，即常說(shuō)的一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的差別，工作較為復(fù)雜，安全性要求高。

變電所在進(jìn)行地網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中，需要考慮到一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的差別。從我國(guó)目前的地網(wǎng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀來(lái)看，變電所在進(jìn)行地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，并沒(méi)有為設(shè)計(jì)師提供全面的變電所設(shè)備情況圖以及較為重要的線路鋪設(shè)圖，這在很大程度上影響了地網(wǎng)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。另外，部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有科學(xué)地按照行業(yè)要求對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用到的方法以及計(jì)算結(jié)果、內(nèi)容等進(jìn)行記錄，導(dǎo)致后期維護(hù)工作和檢測(cè)工作開(kāi)展的困難。

綜上所述，加強(qiáng)接地網(wǎng)設(shè)計(jì)和安裝的規(guī)范十分必要。

二、接地網(wǎng)的基本設(shè)計(jì)

接地網(wǎng)在高壓線網(wǎng)中的應(yīng)用較為廣泛，其建設(shè)需要考慮到多方面的因素。一方面，地網(wǎng)建設(shè)需要確保施工人員的人身安全，另一方面，地網(wǎng)的建設(shè)需要能夠確保高壓線路的安全使用。地網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，變電所重要設(shè)備的位置、主線路鋪設(shè)情況以及接地電阻等都需要被設(shè)計(jì)者考慮在內(nèi)，只有在綜合現(xiàn)場(chǎng)情況的前提下，地網(wǎng)系統(tǒng)才能發(fā)揮其作用。

首先，接地網(wǎng)的接地電阻需要以R≤2000/I為參照，只有在這個(gè)范圍之內(nèi)，地網(wǎng)建設(shè)才是合理的。其次，在地網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用到的二次系統(tǒng)需要能夠滿足國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。二次系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建的過(guò)程是將信號(hào)由高壓電網(wǎng)的端口傳導(dǎo)到接地網(wǎng)端口的過(guò)程。在這一過(guò)程中，接地網(wǎng)的接地電阻發(fā)揮著極其重大的作用。只有確保接地網(wǎng)在國(guó)家網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控之中，才能夠滿足變電所的安全保障要求。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)能夠?qū)е陆拥叵到y(tǒng)短路的電流進(jìn)行計(jì)算。通用的計(jì)算公式為I=（Imax-In）（1-Ke1）和I=In（1-Ke2），計(jì)算后需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較，選擇較大的計(jì)算結(jié)果。[2]在這一公式中，Imax表示使接地系統(tǒng)短路的最大電流，這一數(shù)據(jù)在不同的地網(wǎng)系統(tǒng)中取值不同。例如在應(yīng)用單相接地的線路設(shè)計(jì)中，該數(shù)據(jù)為接地電網(wǎng)在全面運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的最大能夠使地網(wǎng)系統(tǒng)短路的電流。In表示導(dǎo)致接地電網(wǎng)短路時(shí)，線路中流向變電所主要變壓器中性點(diǎn)的最大電流。在中性點(diǎn)只出現(xiàn)一個(gè)時(shí)，In=30%Imax。另外，隨著中性點(diǎn)的增加，In的取值越大。Ke1表示在接地電網(wǎng)系統(tǒng)短路不能正常工作的過(guò)程中避雷線產(chǎn)生的分流系數(shù)。避雷線的出線回路數(shù)是決定Ke1取值的關(guān)鍵，并且隨著回路數(shù)的增加該數(shù)據(jù)的取值也相應(yīng)加大。

短路電流計(jì)算完畢后，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)變電所內(nèi)的情況進(jìn)行地面土壤電阻率的計(jì)算。[3]土壤電阻率在很大程度上影響著地網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，設(shè)計(jì)人員需要確保接地電網(wǎng)的接地電阻能夠符合R≤2000/I的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，接地電網(wǎng)才能夠發(fā)揮其作用。接地電阻受到土壤電阻率的影響較大，在土壤電阻率過(guò)高時(shí)，接地電阻有可能不能滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，最終影響地網(wǎng)建設(shè)。隨著我國(guó)目前應(yīng)用技術(shù)的提高，微機(jī)保護(hù)在接地電網(wǎng)系統(tǒng)中的運(yùn)用逐漸廣泛，以往的R≤2000/I逐漸提升為R<1ρ，其中ρ是土壤的電阻率。[4]在接地電阻值過(guò)大時(shí)，施工人員往往采取其他手段對(duì)其進(jìn)行降低，例如接地銅排的應(yīng)用就是降低接地電阻的一項(xiàng)措施。

三、接地網(wǎng)的安裝分析

接地網(wǎng)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)后，就需要施工人員能夠?qū)Φ鼐W(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)。從我國(guó)目前的施工情況來(lái)看，部分施工隊(duì)伍并未能保證接地網(wǎng)的施工質(zhì)量。一方面，施工隊(duì)伍的施工水平并不過(guò)關(guān)。在進(jìn)行線路的鋪設(shè)、主網(wǎng)活動(dòng)點(diǎn)的建設(shè)等過(guò)程中，施工人員都未能對(duì)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)管，導(dǎo)致接地網(wǎng)整體功效的下降。另外，施工隊(duì)伍在進(jìn)行施工的過(guò)程中，并沒(méi)有對(duì)接地網(wǎng)系統(tǒng)有全面的了解，致使部分施工工程沒(méi)有按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，最終影響接地網(wǎng)的使用。另一方面，接地網(wǎng)施工過(guò)程中由于現(xiàn)場(chǎng)施工情況的不確定性，接地網(wǎng)建設(shè)會(huì)有小小的改動(dòng)或者變通的地方，施工人員在相應(yīng)的竣工圖中卻未及時(shí)進(jìn)行標(biāo)注，導(dǎo)致后期維修以及檢測(cè)工作難以開(kāi)展。因此，怎樣規(guī)范工程施工，怎樣加強(qiáng)接地網(wǎng)施工質(zhì)量監(jiān)管是一項(xiàng)需要施工單位以及監(jiān)管人員格外注意的問(wèn)題：

第一，施工團(tuán)隊(duì)需要對(duì)變電所內(nèi)部重要設(shè)備的安裝位置以及主線鋪設(shè)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并標(biāo)注，確保接地網(wǎng)建設(shè)正常進(jìn)行。在完成這一工序后，由專(zhuān)業(yè)的施工人員對(duì)施工過(guò)程中的環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管，并對(duì)具體的施工進(jìn)程進(jìn)行記錄。在施工現(xiàn)場(chǎng)情況與設(shè)計(jì)圖有矛盾時(shí)，要積極地和設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通。施工有變動(dòng)的要及時(shí)的進(jìn)行記錄，以方便后期檢測(cè)工作的開(kāi)展。[5]

第二，施工團(tuán)隊(duì)要能夠確保接地網(wǎng)線路的鋪設(shè)符合相關(guān)要求。接地網(wǎng)在高壓變配電中的應(yīng)用是有積極的現(xiàn)實(shí)意義的，在進(jìn)行線路的材料選擇、避雷線的鋪設(shè)過(guò)程中，施工人員都需要能夠結(jié)合具體的情況進(jìn)行分析，減少不必要的事故的發(fā)生。

第三，在接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，施工人員要關(guān)注到以下幾個(gè)方面：首先，施工人員要將鍍鋅扁鋼進(jìn)行豎直放置，豎直放置能夠有效減少主網(wǎng)干線線路的損毀，從而延長(zhǎng)接地網(wǎng)的整體使用壽命。其次，施工人員要注意改善接地網(wǎng)的接地效果。接地效果的改善不僅通過(guò)接地線的鋪設(shè)方式來(lái)表現(xiàn)，更加通過(guò)施工細(xì)節(jié)來(lái)表現(xiàn)，例如將穿墻套管放置在露天地帶，土壤回填使用干凈的原土等。

第四，施工人員要對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行阻抗試驗(yàn)。阻抗試驗(yàn)的進(jìn)行是確保接地網(wǎng)使用功能的最直接手段。工作人員要結(jié)合接地網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)的土壤情況，進(jìn)行接地網(wǎng)特性分析，由于接地網(wǎng)施工受到天氣影響和土壤影響較大，因此，接地網(wǎng)工程需要能夠滿足不同天氣條件下的質(zhì)量要求，最終確保高壓變配電系統(tǒng)的安全。

第五，在接地網(wǎng)工程竣工后，施工人員需要對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行實(shí)地接地電阻檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)結(jié)果不符合要求時(shí)，施工人員需要對(duì)接電網(wǎng)進(jìn)行電位隔離。電位隔離過(guò)程中，不僅需要施工人員對(duì)接地網(wǎng)的線路進(jìn)行絕緣建設(shè)，還需要施工人員加強(qiáng)變壓器的建設(shè)。同時(shí)，電位隔離也可以利用不同路面的物理性質(zhì)來(lái)開(kāi)展相應(yīng)的施工，例如在發(fā)電廠周?chē)脼r青修筑路面等。

另外，工作人員要充分考慮到變配電系統(tǒng)的特性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地理?xiàng)l件以及施工技術(shù)限制進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)和整改。作為國(guó)家電力輸送的主力，確保其安全是保障國(guó)家正常經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的關(guān)鍵。

四、結(jié)束語(yǔ)

地網(wǎng)的設(shè)計(jì)不僅需要設(shè)計(jì)者注意對(duì)線路材料的選擇，更加需要設(shè)計(jì)者結(jié)合具體的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，防止因設(shè)計(jì)情況與現(xiàn)場(chǎng)情況不符合而導(dǎo)致后期的變電所事故的產(chǎn)生。在10kV變配電的地網(wǎng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)與安裝工作并重，只有在兩者結(jié)合的情況下，變電所的安全才有了保障。

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