變電所接地裝置設(shè)計(jì)

段峰　鄒茜

摘 要：為了保障變電站的安全性和可靠性，相關(guān)工作人員應(yīng)積極采取接地保護(hù)措施。在高土壤電阻率地區(qū)的施工中，要想滿足工程要求是比較困難的，特別是在地網(wǎng)面積受限的情況下。因此，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)、電氣設(shè)備的類(lèi)型和系統(tǒng)的運(yùn)行方式施工，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、節(jié)約、安全、合理的目的。

關(guān)鍵詞：變電站；接地保護(hù)；電阻率；接地網(wǎng)絡(luò)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.086

1 概述

在高土壤電阻率地區(qū)，對(duì)變電系統(tǒng)安全性和可靠性的要求非常高，即使采用投入接地電阻的方法，仍然無(wú)法避免發(fā)生事故。因此，只有采用合理的設(shè)計(jì)方法，才能制作出滿足安全要求的接地網(wǎng)絡(luò)。

將變電站內(nèi)、外的接觸電勢(shì)、跨步電勢(shì)和轉(zhuǎn)移電勢(shì)限制在安全范圍內(nèi)，是確保施工人員和設(shè)備安全的根本所在。66 kV奧鎂變位于大石橋市城郊8 km處的一座山上，此地區(qū)的山包為風(fēng)化石響砂土壤，上層土壤電阻率約為1 800 Ω·m，下層為巖石，土壤電阻率約為2 500 Ω·m。該變電站采取開(kāi)山填平的方式建在半山腰部，面積大約為4 900 m2，土層厚約0.6 m，為風(fēng)化石土質(zhì)，接地電阻會(huì)隨氣候、土壤干濕度的變化而變化。

2 設(shè)計(jì)接地總則

變電站的設(shè)計(jì)和安裝必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)不同的地質(zhì)特點(diǎn)、電氣設(shè)備的運(yùn)行方式和接地方式等，力求經(jīng)濟(jì)、節(jié)約、科學(xué)、合理，以“安全、規(guī)范”的原則和思路設(shè)計(jì)接地保護(hù)系統(tǒng)。

2.1 接地電阻值

接地電阻值主要根據(jù)接地時(shí)的電阻要求設(shè)置，應(yīng)保證接地故障時(shí)因流入地網(wǎng)的故障電流而產(chǎn)生的地面電壓不會(huì)對(duì)設(shè)備和施工人員造成威脅。比如，遼寧省66 kV變電站小接地短路系統(tǒng)采取消弧線圈接地的方式，允許單相接地故障存在的時(shí)間為2 h，因此，該變電站接地電壓升高的最大允許值較小。

66 kV奧鎂變高低壓電氣裝置共用接地裝置，需要滿足R≤（120/I），且≤4 Ω。在高土壤電阻率地區(qū)，如果根據(jù)上述要求接地，則變電系統(tǒng)無(wú)法在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面滿足相關(guān)要求，因此，應(yīng)適當(dāng)提高接地電阻值，比如，在面積較小的接地系統(tǒng)中電流通過(guò)的電阻值R最高可提升至30 Ω。但在這種情況下存在較多的安全隱患，應(yīng)采取隔離和均壓等措施，將跨步電壓和接觸電勢(shì)限制在安全范圍內(nèi)，并充分考慮轉(zhuǎn)移電勢(shì)造成的危害。

2.2 跨步電壓和接觸電壓的范圍

對(duì)于人體而言，所能承受的跨步電壓和接觸電壓與很多因素有關(guān)，比如人體電阻、流經(jīng)途徑、通電時(shí)間和地表電阻等。在小電流接地短路電流系統(tǒng)中，由于單相接地故障允許的持續(xù)時(shí)間在2 h以內(nèi)，因此，接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)的允許值為：

由此可見(jiàn)，升高接觸電阻和降低跨步電壓的最佳途徑是增大地面電阻率ρb，可采用水泥地面、混泥土、瀝青地面或碎石鋪蓋等方式。

3 接地電網(wǎng)電路的設(shè)計(jì)流程

3.1 計(jì)算接地短路電流

可在中性點(diǎn)通過(guò)消弧線圈接地的電路中計(jì)算接地系統(tǒng)允許的電阻值，具體方法如下：①如果變電所中設(shè)有消弧線圈，則電流值為消弧線圈額定電流的125%.②如果變電所中未設(shè)置消弧線圈，則以系統(tǒng)中最大的消弧線圈被切斷時(shí)電網(wǎng)中可能產(chǎn)生的接地剩余短路電流計(jì)算，但其數(shù)值應(yīng)≥30 A。因此，計(jì)算接地短路電流時(shí)，應(yīng)按照系統(tǒng)運(yùn)行中可能存在的最大短路電流計(jì)算，從而確定接地方式。

3.2 設(shè)定接地設(shè)備的參數(shù)

接地裝置大多數(shù)以接地棒為主。在計(jì)算以接地棒為主的系統(tǒng)電阻時(shí)，可不單獨(dú)計(jì)算水平接地體的接地電阻，大多數(shù)情況下系統(tǒng)電阻為接地棒電阻的90%，進(jìn)而可計(jì)算出接地棒的數(shù)量：

3.3 合理布局接地電網(wǎng)

在遼寧省多數(shù)無(wú)特殊情況的地區(qū)，聯(lián)合接地裝置均可采用棒形或帶形。如果土壤電阻率不同，則應(yīng)采取不同的接地設(shè)計(jì)，具體要求如下：①如果土壤電阻率ρ≤3×104 Ω·cm，出現(xiàn)電勢(shì)迅速衰減的情況，則可以棒形垂直體的棒帶接地裝置為主。②當(dāng)3×104 Ω·cm≤ρ≤5×104 Ω·cm，電勢(shì)分布迅速衰減時(shí)，應(yīng)以水平接地體的帶棒接地體裝置為主。③應(yīng)使用固定的電纜支架，且吊架的預(yù)埋鐵件應(yīng)在室內(nèi)接地主線，所有室外接地設(shè)備應(yīng)埋于凍土層之下，深度應(yīng)≥0.6 m。④設(shè)置接地設(shè)施時(shí)，應(yīng)圍繞室內(nèi)、外的變電設(shè)備進(jìn)行，如果控制室等處需要設(shè)置接地設(shè)施，則應(yīng)圍繞建筑物鋪設(shè)環(huán)形接地網(wǎng)，接地設(shè)施外邊緣的各個(gè)角度應(yīng)圍成圓弧形，且相鄰接地設(shè)備間的連線應(yīng)多余2根。⑤由于接地體間存在相互屏蔽的情況，因此，接地體間的距離應(yīng)>3 m。水平鋪設(shè)設(shè)備時(shí)，可用圓鋼或扁鋼接地體；垂直鋪設(shè)設(shè)備時(shí)，可用角鋼或圓鋼接地體，接地體角鋼一般為2.5 m的∠50×5熱鍍鋅角鋼。

3.4 避雷裝置的接地

為了增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)電流的承受能力，可采用垂直接地體避雷針和避雷器集中接地的方法。變電設(shè)備上的避雷針應(yīng)與地網(wǎng)相連接，且應(yīng)在其附近埋設(shè)大量的接地棒；接地網(wǎng)中心距獨(dú)立避雷針接地部分的距離應(yīng)>3 m；變電設(shè)備上的避雷針與地網(wǎng)的連接部分，或35 kV以下設(shè)備與地網(wǎng)的連接部分的距離均應(yīng)>15 m；獨(dú)立避雷針與其接地部分、道路、房屋入口的距離應(yīng)保持>3 m。

〔編輯：張思楠〕

Abstract： In order to ensure the safety and reliability of the substation， the relevant staff should take active measures to protect the ground. In the construction of high soil resistivity area， it is very difficult to meet the requirements of the project， especially in the case of limited ground area. Therefore， it should be based on the different geological structure characteristics， the type of electrical equipment and system operation mode， so as to achieve the economic， economical， safe and reasonable purpose.

Key words： substation； grounding protection； electrical resistivity； grounding network