七星樁接地網在變電站的設計研究

高艷海,賈圣明,張　瑞,欒希海（國網邢臺供電公司,河北　邢臺　054000）

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七星樁接地網在變電站的設計研究

高艷海,賈圣明,張瑞,欒希海
（國網邢臺供電公司,河北邢臺054000）

摘 要：七星接地網是一種不同于傳統接地網的特殊結構的接地裝置，配合新材料技術，和對接地網對電網安全和穩定性影響的研究和新特性的發現。

關鍵詞：變電站；七星樁接地網；垂直接地

1　技術背景

隨著繼電保護技術和計算機技術的高速發展，變電站中微電子技術已成為電力繼電保護和監控系統中的最重要的技術。實際電力工程建設中,在建設自動控制系統的時候,往往對其防干擾措施考慮不夠,當變電站遭受雷擊、短路接地故障時，故障電流就會流入地網，由于地網接地體阻抗，特別是感抗的作用，使得地網電位分布變得極不均勻，由于地網接地體上的電流隨時間的變化率(di/dt)很大，使得地網附近的二次回路上產生較高的感應電勢，造成二次回路上的繼電保護裝置誤動作或損壞。現行設計中等電位接地網對二次設備保護脆弱，已無法滿足高精密化高度自動化二次設備的安全需求，二次設備獨立接地網便由此產生產生，而在設計和施工中，以變電站全站等電位地網為前提下，一次設備接地網與二次設備接地網無論連接還是斷開，都面臨不少技術上的質疑。

七星樁獨立接地網是在變電站二次獨立接地網的研究中發現，并通過深入研究而取得的一項技術成果。簡單說來，七星接地網是一種不同于傳統接地網的特殊結構的接地裝置，配合新材料技術使用，對電網安全和穩定性具有重要意義。

2　七星樁獨立接地網的構造

一個獨立的七星樁地網由一個中心接地極和周圍六個衛星接地極構成。中心極與衛星極之間采用星型連接，每個接地極采用深井垂直安裝方式。六個衛星極均勻分布在以中心極為圓心的圓周上，兩個相鄰衛星極之間互相連接。

每個接地極采用深井安裝方式，每口深井的半徑為20厘米，深度為4米以上。接地極本體材料采用空間網狀結構的石墨復合接地極。中心接地極與衛星接地極之間的半徑最小為3米，最大為15米。接地極安裝以后周圍填充石墨和膨潤土混合材料，最后灌水密封。

3　變電站七星樁群網設計

3.1設計方法

該設計根據不同設備性質分區和分類，分別設置小接地網和大接地網。其中兩臺主變壓器各設一個小網，高頻干擾強的濾波器、開關柜等設一個小網，電抗器電容器等設一小網，避雷器接地網也是一個小網，繼電器智能設備等二次設備設一小網，母線下面設置全站大七星接地極，最后，全部小網與大七星接地極中心相連。這種分類、分區設置最后匯集一點的設計，使各設備各系統之間通過地網相互干擾的可能性降到了最低。因為，大七星接地極的接地效果最好，消納沖擊電流的能力最強，各分網落于大七星接地極上的沖擊不再引起二次沖擊。

3.2設計原則與標準

（1）深井吸納原則。所謂深井吸納是指接地極放置于較深的井式結構中，土壤終年潮濕或深見水層，且接地極的放電效果要好（有效面積大）。井的深度一般以3米以上為宜。單個接地極的直徑一般宜5厘米以上。至于其吸納能力，與不同系統有關。對一個500kV變電站來說，如果是高壓側中性點接地網，則必須根據高壓側最大對地短路電流計算，若以數十千安計，則單個電極若按沖擊電流2000A，七個接地極共吸納14000A，還是不夠的。但對二次系統獨立網來說，則完全沒有必要。接地效果好的評價標準為，當通過額定電流且經過一定時間（2秒）后接地極表面土壤無琉璃化現象。

（2）系統分隔原則。為了使系統相互影響減小到最低程度，地網也應隔離。地網徹底分離的方法按照IEC的分類方法，稱之為TT方式。即，地網之間無金屬連接。具體來說，以下系統應采取地網隔離技術：1）防雷接地網；2）與電網連接的變壓器高壓側中性點接地網；3）二次設備和計算機系統的接地網。

（3）一點接地原則。當采用孤立七星樁接地網時，入地點應選擇在中心極。

當構成小規模星群時，各分散在各處的小七星的應與接地效果最好的大七星的中心極采用星型連接。

4　七星樁接地網設計理念

七星樁接地網的設計理念就是以最快的速度將各種沖擊電流吸收并擴散到地下。七星樁接地網不同于常規的等電位地網，因為目前所稱的等電位地網理論上存在，在客觀實現上是不可能實現的。因為任何導體都有內阻，只要導體的一端產生大接地電流，導體沿線必產生沖擊電壓。即便地網很大，邊緣封閉，在邊緣上必產生跨步電壓，因為，平面式地網的邊緣導體對沖擊電流的擴散能力依然受到限制，不能與深井式接地極相比。只要大七星樁接地極深度足夠、截面積足夠，其消納能力幾乎是無限的。大七星接地極群地網幾乎不存在跨步電壓問題，因而比平面地網更安全。從設計標準上看，七星接地極群地網是一個高于現有接地標準的新設計，與目前標準并不矛盾。

具體到每個小七星樁接地極來說，只有所連本區的沖擊電流不能消納時，沖擊電流才流向大七星接地極。小七星接地極相當于小蓄水池，大七星接地極相當于大蓄水池。

5　七星樁接地網優勢

（1）深井接地極技術可將接地體上的電荷快速引向地下深處。深井、復合材料、填充劑等自主創新的材料和施工工藝，進一步增加了接地效果，最大程度地增加了接地極電荷擴散效應。

（2）七個接地極之間的等間距結構使接地極的使用空間密度最大，提高了土地利用率。

（3）將跨步電壓減小到最低程度。七個接地極的深井立體擴散體，和地表淺層連接電纜的絕緣技術，將跨步電壓減小到了最低程度，而且七星網的集約化，跨步電壓對人身和設備的危害可忽略不計。

（4）每個接地極使用復合材料，延長了接地極壽命。

（5）系統結構簡單，便于維護。傳統地網一般是一次性施工，不可維護。七星接地網從結構來看，可用鉆井工具快速施工，比平面式常規地網施工方便。更換維護時可逐個更換，不需停電。

（6）節約環保。與傳統箅子式地網相比，七星樁接地網施工不需要破壞大面積土地，實現了“降低成本，節省投資”的目標。

6　結束語

該文七星樁接地形式設計不僅大大減小了接地電阻，大大減小了地網反擊而造成的系統間的互相影響，消除了跨步電壓對人身的傷害，增加了電網的安全穩定，使地網的安全和可靠性產生了質的飛躍。采用新材料能解決接地網不耐腐蝕更換麻煩的問題，新型接地體和七星樁接地形式的推廣和應用將推動我國電網接地技術向更高的水平發展。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.149