周邊地理?xiàng)l件在變電站降阻改造中的應(yīng)用

黃麗芬

(福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司，福建 福州 350004)

周邊地理?xiàng)l件在變電站降阻改造中的應(yīng)用

黃麗芬

(福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司，福建 福州 350004)

變電站接地系統(tǒng)的接地電阻是影響變電設(shè)備運(yùn)行安全與人身安全的重要參數(shù)，但其降阻措施常受到各種因素的制約。結(jié)合自然接地體和敷設(shè)水下接地網(wǎng)的降阻改造工程實(shí)例，對(duì)周邊地理?xiàng)l件在變電站降阻改造中的應(yīng)用進(jìn)行討論，分析了該方法的優(yōu)越性，并提出了注意事項(xiàng)。

變電站；接地電阻；降阻；自然接地體；水下接地網(wǎng)

0 引言

變電站的接地系統(tǒng)是保障作業(yè)人員人身安全和電氣設(shè)備可靠運(yùn)行的重要設(shè)施。近年來，隨著變電站微機(jī)保護(hù)和綜合自動(dòng)化設(shè)備的廣泛投入和使用，接地系統(tǒng)越來越受到人們的重視，對(duì)接地保護(hù)也提出了更高的要求。然而，變電站的接地網(wǎng)存在設(shè)計(jì)不合理、接地電阻超標(biāo)等問題，如何合理有效、經(jīng)濟(jì)、長(zhǎng)久地解決這個(gè)問題，對(duì)保障電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，具有十分重要的理論意義和工程價(jià)值。

1 變電站常用降阻措施分析比較

目前，變電站常用的降阻措施主要有：外延接地降阻法、深井接地法、填充電阻率較低的物質(zhì)或降阻劑、利用自然接地體、敷設(shè)水下接地網(wǎng)等。

(1) 外延接地降阻法符合常規(guī)工序且施工簡(jiǎn)單，但受征地較難、占地面積過大、手續(xù)繁多等問題的制約，在實(shí)際降阻改造工程中往往難以實(shí)施。

(2) 深井接地法可以把平面地網(wǎng)做成立體地網(wǎng)，且接地電阻不受季節(jié)影響，但其施工復(fù)雜、難度大、費(fèi)用高、風(fēng)險(xiǎn)大，收效不一定顯著，因此除了在接地網(wǎng)向水平方向無法外延的情況下，一般不輕易采用。

(3) 填充電阻率較低的物質(zhì)或采用降阻劑法(投資少)，因其施工簡(jiǎn)單曾經(jīng)大受歡迎，但由于某些降阻劑對(duì)鋼材具有腐蝕作用，長(zhǎng)期使用將對(duì)接地網(wǎng)造成腐蝕。

(4) 利用自然接地體和敷設(shè)水下接地網(wǎng)法具有省工、省料、接地電阻穩(wěn)定、安全可靠性高等突出優(yōu)點(diǎn)，可將變電站周邊現(xiàn)有的地理?xiàng)l件有效運(yùn)用到降阻改造工程中，但此方法需認(rèn)真勘察變電站周邊的地理?xiàng)l件，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)人員的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)要求較高。

由此可見，變電站常用的降阻措施往往受到眾多條件的制約，并出于安全性、經(jīng)濟(jì)性和合理性等因素的考慮，也均存在一定的局限性。因此在實(shí)際接地工程中，能否根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況從眾多降阻方法中選擇經(jīng)濟(jì)、高效、合理的降阻措施，顯得尤為重要。本文介紹一例利用自然接地體和敷設(shè)水下接地網(wǎng)法的降阻改造工程實(shí)踐，討論周邊地理?xiàng)l件在變電站降阻改造中的應(yīng)用，并對(duì)該方法的合理性和優(yōu)越性進(jìn)行分析。

2 周邊地理?xiàng)l件在變電站降阻改造中的應(yīng)用

2.1 自然接地體的應(yīng)用

DL/T621—2011《交流電氣裝置的接地》規(guī)定：“交流電力設(shè)備的接地裝置，應(yīng)充分利用直接埋入地中或水中的自然接地體。自然接地體是指直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑物的基礎(chǔ)、金屬管道和設(shè)備等。”因此在變電站的接地工程中，尤其是對(duì)于用地緊張的城市變電站，在大規(guī)模外延接地實(shí)施受到嚴(yán)重制約的情況下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，充分發(fā)揮變電站周邊地理?xiàng)l件的優(yōu)勢(shì)，因地制宜，合理利用自然接地體是降低變電站接地電阻、節(jié)約鋼材以及達(dá)到均衡接地電位的有效措施。

以南方某110kV變電站的降阻改造工程為例進(jìn)行討論分析。該110kV變電站地處城市郊區(qū)，其接地電阻設(shè)計(jì)值R≤0.5 Ω，建成后實(shí)測(cè)R=1.2 Ω，嚴(yán)重超標(biāo)。由于該變電站占地面積較小，僅靠站內(nèi)地網(wǎng)將接地電阻降到合格值幾乎無法實(shí)現(xiàn)，因此需對(duì)其采取其他的降阻措施。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘察，發(fā)現(xiàn)變電站周邊不具備大面積鋪設(shè)外延地網(wǎng)的條件，但在變電站前方的公路旁埋設(shè)有金屬自來水管道，且該供水系統(tǒng)分布范圍較廣，在接地有效長(zhǎng)度范圍內(nèi)，其附近無可燃或爆炸性介質(zhì)的金屬管道，因此可考慮利用該自然接地體以達(dá)到降低變電站接地電阻的目的。其具體做法為：在主接地網(wǎng)的2個(gè)不同位置，分別用60mm×6 mm的鍍銅扁鋼將站內(nèi)主接地網(wǎng)與站外自來水管道相連，并在合適位置分別挖設(shè)2個(gè)接地測(cè)試井，方便日后單獨(dú)測(cè)量。

經(jīng)計(jì)算，接地網(wǎng)與之并聯(lián)后可將變電站的接地電阻降至0.5 Ω以下，改造后實(shí)測(cè)接地電阻為0.36 Ω，滿足接地電阻設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，對(duì)于110kV及110kV以上電壓等級(jí)的有效接地系統(tǒng)，還應(yīng)對(duì)改造后的接地網(wǎng)進(jìn)行安全性校核。考慮到自然接地體上方一般不會(huì)裝設(shè)電氣設(shè)備，故不再考慮接觸電位差問題，而只對(duì)其跨步電位差進(jìn)行校驗(yàn)。

根據(jù)式(1)確定所連接的自然接地體跨步電位差的目標(biāo)值：

式(1)適用于110kV及110kV以上電壓等級(jí)的有效接地系統(tǒng)和6-35 kV低電阻接地系統(tǒng)。式中：Us—跨步電位差目標(biāo)值，V；ρf—腳站立處地表面的土壤電阻率，Ω·m；t—接地短路(故障)電流持續(xù)時(shí)間，s。

經(jīng)計(jì)算，得Us=326 V。

將所連接的自然接地體簡(jiǎn)化為矩形地網(wǎng)，可按DL/T621—2011附錄中的方法，計(jì)算其最大跨步電位差，可得Usmax=83.6 V，遠(yuǎn)小于跨步電位差所允許的326 V，所以對(duì)行人是安全的。該處自來水管道埋設(shè)較深，周邊無可燃或爆炸性介質(zhì)的金屬管道，采取自然接地體對(duì)原地網(wǎng)進(jìn)行改造后，不僅能有效降低接地電阻，還能有效防止變電站發(fā)生接地短路時(shí)的高電位外引，滿足了安全性要求。

2.2 敷設(shè)水下接地網(wǎng)

接地工程中，如果變電站附近有池塘、水庫(kù)、江、河、小溪等，便可通過鋪設(shè)水下、水底或者岸邊接地網(wǎng)，以達(dá)到降阻目的。

以另一起110kV變電站的降阻改造為例進(jìn)行討論分析。該變電站位于低山丘陵區(qū)，其接地電阻設(shè)計(jì)的目標(biāo)值R≤0.5 Ω，建成后雖經(jīng)多次地網(wǎng)改造，但都未達(dá)到預(yù)期目的，其接地電阻值仍高達(dá)2.5 Ω，嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，變電站周圍不具備外延接地、深井接地的條件，也未發(fā)現(xiàn)可利用的自然接地體；但變電站北側(cè)自西向東有1條小河，且小河正好位于北側(cè)接地網(wǎng)外框附近。由于此河流與原接地網(wǎng)相距較近，且不存在征地問題，因此可充分利用現(xiàn)有地理?xiàng)l件，在小河中鋪設(shè)水平接地體，再與變電站主接地網(wǎng)并接，從而達(dá)到降低接地電阻目的。

通過理論計(jì)算，在河中鋪設(shè)適當(dāng)長(zhǎng)度的水下地網(wǎng)并與原地網(wǎng)并接后，可將接地電阻降至0.5 Ω以下。改造后實(shí)測(cè)接地電阻為0.42 Ω，符合設(shè)計(jì)要求。同理，對(duì)該水下接地網(wǎng)的跨步電位差進(jìn)行校驗(yàn)，可知水下地網(wǎng)的跨步電位差Us應(yīng)不大于196 V,而計(jì)算得到最大跨步電位差Usmax=74 V，滿足了安全性要求。

3 利用周邊地理?xiàng)l件降阻改造的優(yōu)點(diǎn)

通過理論分析和工程實(shí)例，可得出利用變電站周邊地理?xiàng)l件進(jìn)行降阻改造，具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)。

(1) 省工。施工時(shí)不需要大規(guī)模的開挖土方和回填土，大大降低了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量。

(2) 省料。利用自然接地體進(jìn)行降阻改造可減少埋入地下的大量鋼材，節(jié)約成本。

(3) 接地電阻穩(wěn)定。由于自然接地體和水下地網(wǎng)不易受到人為機(jī)械損壞，幾乎不受氣象條件變化影響，因此接地電阻基本處于一個(gè)較為穩(wěn)定的范圍。

(4) 安全可靠性高。自然接地體和水下地網(wǎng)的導(dǎo)電性和散流效果好，與土壤的接觸面積大，均壓作用明顯，具有較高的安全性和可靠性。

4 利用周邊地理?xiàng)l件降阻改造的注意事項(xiàng)

在利用變電站周邊地理?xiàng)l件進(jìn)行降阻改造時(shí)，為了達(dá)到最佳的降阻效果，還應(yīng)兼顧以下問題。

(1) 利用自然接地體時(shí)，必須取得主管部門同意；應(yīng)特別注意自然接地體的性質(zhì)，切不可利用有可燃或爆炸性介質(zhì)的金屬管道作為自然接地體。

(2) 當(dāng)利用自然接地體或水下地網(wǎng)時(shí)，應(yīng)采用不少于2根導(dǎo)體在不同地點(diǎn)與接地網(wǎng)相連接，并設(shè)置將自然接地極或水下地網(wǎng)與人工接地極分開的測(cè)量井。

(3) 在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)，一定要先對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算、校核，驗(yàn)證其具有可行性后方可施工；且計(jì)算方法要正確，修正系數(shù)要合理。

5 結(jié)論

利用變電站周邊地理?xiàng)l件進(jìn)行降阻的方法在變電站接地工程中具有突出的優(yōu)越性，尤其是在其他降阻措施無法采用的情況下，如果能充分發(fā)揮周邊地理?xiàng)l件的優(yōu)勢(shì)，那么既能有效降低接地電阻，又可大幅節(jié)約成本，從實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等方面來講都是較為合理的。

在接地工程中，要充分考慮變電站周邊的地理?xiàng)l件，找出有利于降阻的現(xiàn)場(chǎng)條件，在確保不產(chǎn)生高電位外引的情況下，充分利用變電站周邊的地理?xiàng)l件，以達(dá)到有效降阻目的，力求在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上均達(dá)到較好的效果。

1 郭建偉．變電站接地網(wǎng)研究及故障診斷分析[D]．上海:上海交通大學(xué)，2008.

2 呂俊霞．發(fā)電廠、變電所接地裝置存在的問題和改造措施[J]．變壓器，2008，45(10)：27-31.

2015-09-25。

黃麗芬(1975-)，女，工程師,主要從事發(fā)電運(yùn)行管理工作，email:383791761@qq.com。