500kV變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)用以控制電磁干擾問題的研究

史德清

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司徐州分部

500kV變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)用以控制電磁干擾問題的研究

史德清

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司徐州分部

現(xiàn)代電力工業(yè)生產(chǎn)，特別是特超高壓變電站存在和應(yīng)用大量電氣、電子設(shè)備，形成了錯(cuò)綜復(fù)雜的電磁環(huán)境。如何制定針對(duì)性較強(qiáng)的措施，達(dá)到電磁兼容是現(xiàn)代電氣設(shè)計(jì)施工必須解決的課題。在探討變電站電磁兼容問題時(shí)，接地裝置是不可忽視的一個(gè)重要方面。接地裝置的設(shè)計(jì)施工及運(yùn)行情況的好壞不僅影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，也是影響變電站電磁干擾的重要方面。本文以徐州地區(qū)500kV任莊變電站為例，分析了變電站電磁干擾特性和傳播形式。在提出了一般性的控制措施的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)通過500kV變電站接地技術(shù)設(shè)計(jì)來改善和控制變電站的電磁干擾問題。

電磁兼容；接地裝置；接地電阻；接地網(wǎng)設(shè)計(jì)

1 緒論

徐州500千伏任莊變電站是江蘇電網(wǎng)北電南供的的重要組成部分，為華東電網(wǎng)﹑江蘇電網(wǎng)提供強(qiáng)大電源支撐。目前全站共有500kV出線7條，220kV出線11條。共有500kV主變2臺(tái)，總?cè)萘繛?00萬kVA。

500kV任莊變電站為少人值守的微機(jī)監(jiān)控﹑微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的變電站。這些系統(tǒng)都采用了大量的各類探測(cè)設(shè)備。它們遍布于變電站高壓設(shè)備本體及設(shè)備場(chǎng)地﹑變電站主控制室和繼電保護(hù)室內(nèi)，處于較強(qiáng)的電磁干擾的環(huán)境中。同樣，這樣的環(huán)境對(duì)經(jīng)常巡視﹑操作設(shè)備的變電站值班員也將產(chǎn)生不良的影響。為確保變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，必然對(duì)電磁兼容課題提出了嚴(yán)格的要求。

目前電氣設(shè)計(jì)人員對(duì)電力生產(chǎn)運(yùn)行場(chǎng)所抗電磁干擾的防護(hù)研究主要集中在高壓設(shè)備的布局設(shè)計(jì)和對(duì)一﹑二次設(shè)備的處理上。如何通過提高500kV變電站的接地技術(shù)水平達(dá)到減輕電磁干擾，維持共存的電磁環(huán)境﹑相互兼容正是本文想要解決的問題。

2 500kV任莊變電站接地網(wǎng)分析與設(shè)計(jì)

變電站接地網(wǎng)是一個(gè)不同于其它電氣設(shè)備的獨(dú)立的裝置，是構(gòu)成電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的必不可少的一個(gè)組成部分，也是變電站電磁兼容問題應(yīng)著重研究的一個(gè)重要方面。

3.1 接地網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1.1 接地電阻計(jì)算

根據(jù)SDJ8-79《電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》第15條：大接地短路電流系統(tǒng)的電力設(shè)備其接地裝置的接地電阻宜為R≤2000/ I(Ω)，當(dāng)I＞4000A時(shí)，接地電阻值的要求是不大于0.5Ω。(其中I是計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流)。并且公式中I應(yīng)考慮為系統(tǒng)內(nèi)﹑外短路時(shí)，經(jīng)接地裝置流入地中的最大短路電流對(duì)稱分量最大值，應(yīng)按5-10年發(fā)展后的系統(tǒng)最大運(yùn)行方式確定，并應(yīng)考慮系統(tǒng)中各接地中性點(diǎn)間的短路電流分配，以及避雷線中分走的接地短路電流。

結(jié)合500kV任莊變電站一次設(shè)計(jì)﹑設(shè)備選型和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等具體情況，結(jié)合短路潮流計(jì)算，500kV任莊變電站主接地網(wǎng)接地電阻R確定為在任何季節(jié)不大于0.237歐。

3.1.2 接地網(wǎng)垂直接地極的確定

任莊變電站的土壤多為多石土壤，土壤下層夾雜爍石，每1立方米的土壤電阻即土壤電阻系數(shù)達(dá)300-400Ω.m。對(duì)于現(xiàn)在變電站接地網(wǎng)的建設(shè)一般應(yīng)用接地體和接地環(huán)配合使用，形成三維的結(jié)構(gòu)。結(jié)合任莊站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際綜合考慮，選用ф50長(zhǎng)3000mm的鍍鋅鋼管作為埋深接地極，再配合60*6的鍍鋅扁鋼使用，并且水平接地體的埋深深度不少于600mm，這樣構(gòu)成任莊站接地網(wǎng)的初步模型。

對(duì)于垂直接地極的數(shù)量也應(yīng)有綜合考慮。在水平地網(wǎng)保持不變的情況下，接地網(wǎng)的接地電阻R隨垂直極根數(shù)N的增加而降低，當(dāng)N達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，R值趨于飽和。這是因?yàn)榇怪睒O間距減小后，相互之間的屏蔽作用增強(qiáng)，另外垂直極對(duì)水平地網(wǎng)散流也有抑制作用。由于垂直極之間以及垂直極與水平接地網(wǎng)之間的屏蔽作用，總的接地電阻并不等于垂直極與水平地網(wǎng)的接地電阻的并聯(lián)值，而是存在一個(gè)屏蔽系數(shù)，垂直極根數(shù)越多，屏蔽系數(shù)越大。為了獲得理想的接地網(wǎng)接地電阻值，結(jié)合任莊站占地面積和實(shí)際情況，選用92根鍍鋅鋼管作為垂直接地極是合適的。

當(dāng)土壤中含有鹽﹑酸﹑堿成分時(shí)，電阻系數(shù)會(huì)顯著下降。另外，土壤本身是否緊密，與接地體是否緊密貼近，對(duì)電阻系數(shù)也都有很大

3.2 徐州電網(wǎng)500kV任莊變電站接地網(wǎng)方案

通過上述的設(shè)計(jì)和分析，任莊變電站500kV﹑200kV擴(kuò)建部分接地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案如下：全站接地網(wǎng)選用60X6的鍍鋅扁鋼(18710米)做水平接地極及設(shè)備引下線用，ф50 3000mm長(zhǎng)(92根，290米)的鍍鋅鋼管做垂直接地極用。并確定主接地網(wǎng)接地電阻在任何季節(jié)不得大于0.237歐的標(biāo)準(zhǔn)。500kV配電裝置采用避雷線保護(hù)，220kV擴(kuò)建配電裝置場(chǎng)地新建了14根避雷針。具體而言，還要做到：

全所接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合。外緣各角做成圓弧，圓弧半徑不宜小于均壓帶間距的一半。水平接地體的埋設(shè)深度為0.6米；

獨(dú)立避雷針和構(gòu)架上的避雷針均設(shè)集中接地裝置，并采用接地引下線明敷引下，與主接地網(wǎng)相連，且避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)至35kV及以下設(shè)備的接地線與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)，沿接地體的長(zhǎng)度不得小于15米；

在有高頻電纜的電纜溝內(nèi)，敷設(shè)一根100mm2(長(zhǎng)1200米)的銅導(dǎo)線，一端與配電裝置內(nèi)結(jié)合濾波器接地端相連，另一端與主控制室保護(hù)屏間的專用銅排相連，銅導(dǎo)線和銅排之間用焊接連接。

當(dāng)然，500kV任莊變電站接地設(shè)計(jì)還在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接地﹑繼電保護(hù)系統(tǒng)接地﹑建筑物接地﹑通信設(shè)備及電子設(shè)備接地等各方面，做了大量充分有效的工作。

4 結(jié)論

本文僅針對(duì)超高壓變電站內(nèi)電磁兼容課題。從產(chǎn)生的根源﹑傳播的途徑入手，探討了解決電磁兼容問題的主要手段和方法及主要通過變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)變電站電磁兼容。從而達(dá)到變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要。本文結(jié)合實(shí)際情況，提出的一些方案也在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用和實(shí)踐檢驗(yàn)。

本文提出的一些看法和觀點(diǎn)是從更好的滿足企業(yè)生產(chǎn)要求的目的出發(fā)的。對(duì)于類似500kV變電站電磁兼容及接地網(wǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)課題的研究，我國(guó)一些科研機(jī)構(gòu)及國(guó)外專家也從其他不同方面進(jìn)行研究和探討。但由于參照標(biāo)準(zhǔn)和研究途徑及方法不同，可能會(huì)有其他的觀點(diǎn)和結(jié)論。本篇論文僅是個(gè)人愚見，若有不妥之處，望專家和同行指正。