淺析變電站電氣接地新技術(shù)

朱 鵬

（中石化西南油氣分公司元壩天然氣凈化廠，四川 廣元 628000）

淺析變電站電氣接地新技術(shù)

朱 鵬

（中石化西南油氣分公司元壩天然氣凈化廠，四川 廣元 628000）

電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于接地缺陷所導(dǎo)致的變電站運(yùn)行事故時(shí)常發(fā)生，這就對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行及檢修人員的正常工作和人身安全造成了嚴(yán)重的影響，甚至制約著電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文就變電站電氣接地新技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要探索，以維護(hù)變電站的穩(wěn)定運(yùn)行，僅供相關(guān)人員參考。

變電站；電氣接地；新技術(shù)

變電站電氣接地技術(shù)的科學(xué)性，直接關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。接地網(wǎng)是電力系統(tǒng)中的隱性工程，極易被變電站工作人員所忽視，一旦變電站出現(xiàn)接地短路的情況，會(huì)給設(shè)備及工作人員的人身安全造成嚴(yán)重的威脅。在此種情況下，加大力度對(duì)變電站電氣接地新技術(shù)進(jìn)行研究和分析，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1. 電氣接地技術(shù)概述

在變電站運(yùn)行過(guò)程中，接地網(wǎng)是變電站交直流設(shè)備接地及防雷保護(hù)接地的重要設(shè)施，是直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體，直接關(guān)系著電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。隨著現(xiàn)代社會(huì)電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的升高以及容量的增加，變電站接地不良所導(dǎo)致的事故問(wèn)題時(shí)常發(fā)生。在此種情況下，變電站電氣接地新技術(shù)的研究，受到了社會(huì)群體的廣泛關(guān)注。就電氣接地的實(shí)際情況來(lái)看，接地電阻是衡量地網(wǎng)合格的重要參數(shù)，而其中電位在維護(hù)變電站設(shè)備及人員安全方面發(fā)揮著重要的作用。

在電力系統(tǒng)容量不斷增大的條件下，變電站有效接地系統(tǒng)中單相接地時(shí)的短路電流普遍大于4kA，而實(shí)際接地電阻又難以滿足0.5Ω標(biāo)準(zhǔn)，此種情況下，為了更好地維護(hù)變電站的穩(wěn)定運(yùn)行，在電氣接地技術(shù)研究中，應(yīng)當(dāng)積極采取有效的防止高電位外引的隔離措施，從而最大程度上降低變電站運(yùn)行過(guò)程中的安全隱患。

2. 變電站接地設(shè)計(jì)概述

2.1 變電站接地設(shè)計(jì)的原則

電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)變電站接地設(shè)計(jì)也提出了更為嚴(yán)格的要求。變電站各級(jí)電壓母線接地故障電流逐漸加大，從而在一定程度上加大了變電站電氣接地設(shè)計(jì)的難度。當(dāng)前關(guān)于變電站電氣接地設(shè)計(jì)中，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)明確指出，變電站電氣接地電阻值不再受到局限，可以放寬至5Ω，但這并不代表任何情況下變電站接地電阻都能夠采用5Ω，而是為了防止注意電位對(duì)變電站設(shè)備以及工作人員造成傷害，進(jìn)而采取多元化的隔離措施；與此同時(shí)，通過(guò)均壓措施來(lái)有效地降低短路電流非周期分量的實(shí)際影響，并對(duì)接觸電位差和跨步電位差的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)且準(zhǔn)確的驗(yàn)算，從而確保其滿足變電站電氣接地設(shè)計(jì)的實(shí)際要求。那么在變電站電氣接地電網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)遵循以下幾方面原則，以保證變電站電氣接地設(shè)計(jì)的科學(xué)性，從而維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全。

首先，在變電站電氣接地設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)盡可能地選用建筑物地基的鋼筋和自然金屬接地物統(tǒng)一連接地，來(lái)保證變電站電氣接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的安全性，維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。其次，在變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能立足于自然接地物的基礎(chǔ)上，以人工接地體作為有效的輔助，并將電氣接地網(wǎng)的外形設(shè)置為閉合環(huán)形，從而保證電氣接地設(shè)計(jì)的安全性和有效性。最后，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)電氣接地網(wǎng)進(jìn)行規(guī)范和統(tǒng)一，并通過(guò)一點(diǎn)接地的方式來(lái)進(jìn)行接地網(wǎng)設(shè)計(jì)，以促進(jìn)變電站電氣接地新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值得到有效的發(fā)揮，從而維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，最大程度上對(duì)電力事故進(jìn)行有效的控制。

2.2 變電站接地設(shè)計(jì)的必要性

變電站的接地網(wǎng)上連接著全站的高低壓電氣設(shè)備的接地線、低壓用電系統(tǒng)接地、電纜屏蔽接地、通信、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備接地，以及變電站維護(hù)檢修時(shí)的一些臨時(shí)接地。如果接地電阻較大，在發(fā)生電力系統(tǒng)接地故障或其他大電流入地時(shí)，則可能造成地電位異常升高。如果接地網(wǎng)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)不合理，則可能造成接地系統(tǒng)電位分布不均，局部電位超過(guò)規(guī)定的安全值，這會(huì)給出運(yùn)行人員的安全帶來(lái)威脅，還可能因反擊對(duì)低壓或一次設(shè)備以及電纜絕緣造成損壞，使高壓竄入控制保護(hù)系統(tǒng)、變電站監(jiān)控和保護(hù)設(shè)備會(huì)發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)，釀成事故，甚至是擴(kuò)大事故，由此帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

2.3 接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

接地網(wǎng)的接地電阻主要與接地網(wǎng)的面積有關(guān)。加在地網(wǎng)上的2m～3m的垂直接地極對(duì)減小接地電阻的作用不大，一般僅在避需器、避需針（線）等處作加強(qiáng)集中接地散泄需電流用或?yàn)榉€(wěn)定地網(wǎng)在中間或外緣增設(shè)幾個(gè)。接地網(wǎng)孔大于16個(gè)，接地電阻減小很慢對(duì)大型接地網(wǎng)，網(wǎng)孔個(gè)數(shù)也不宜大于32個(gè)。過(guò)分增加均壓帶根數(shù)并不能無(wú)限制地減小最大接觸系數(shù)，實(shí)驗(yàn)研究最大接觸系數(shù)最多只能減小到0.1～0.15。接地網(wǎng)埋深達(dá)一定時(shí)，接地電阻減小很慢，一般取0.6m～0.8m，在小面積地網(wǎng)內(nèi)，采用置換或化學(xué)方法改善接地體附近的高土壤電阻率，對(duì)減小接觸電阻有效果，對(duì)減小接地電阻作用小大。接地網(wǎng)的四角做成圓弧形可以顯著改善接地網(wǎng)外直角處的跨步電勢(shì)。

3. 電氣接地電阻的選擇

在對(duì)變電站電氣接地電阻進(jìn)行選擇的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)明確變電站的最大接地短路電流，并以此為基礎(chǔ)，嚴(yán)格遵照國(guó)家對(duì)電氣接地電阻的設(shè)計(jì)要求，將其控制在合理范圍內(nèi)，并做好換流站中相對(duì)接地電阻的控制工作。但就當(dāng)前我國(guó)變電站電氣接地技術(shù)的實(shí)際情況來(lái)看，尚難以準(zhǔn)確有效地達(dá)到R＜0.06620的標(biāo)準(zhǔn)，因此在實(shí)際電阻選取過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)適度對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以保證變電站電氣接地技術(shù)的實(shí)際價(jià)值得到有效發(fā)揮。相關(guān)研究資料顯示，接地電位的升高與二次電纜絕緣耐壓情況等因素之間存在著密切的聯(lián)系。由此可知，若在變電站實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，能夠?qū)νㄐ啪€高電位問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)化處理，能夠有效地保證變電站接地電位的升高，從而保證二次電纜絕緣耐壓情況與變電站運(yùn)行的實(shí)際需求保持高度一致。

4. 變電站降阻措施

4.1 變電站接地電阻

就變電站運(yùn)行的實(shí)際情況來(lái)看，電氣接地設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范中明確指出，電力系統(tǒng)中多元化的接地裝置的電阻值應(yīng)當(dāng)具有高度的可靠性和準(zhǔn)確性，并以規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)值為目標(biāo)，來(lái)開(kāi)展變電站的電網(wǎng)設(shè)計(jì)工作。就實(shí)際情況來(lái)看，接地網(wǎng)的電阻主要由接地引線電阻、接地體本身電阻以及接地體表面與土壤的接觸電阻等組成，其中接地引線電阻的阻值與引線的幾何尺寸和材質(zhì)之間存在著密切的聯(lián)系，其主要是指接地電體至設(shè)備接地母線之間引線本身的電阻。而接地體表面與土壤的接觸電阻的阻值具有一定的特殊性，與土壤性質(zhì)、顆粒、含水量以及土壤與接地體的基礎(chǔ)面積和接觸緊密程度之間都存在著密切的聯(lián)系，并且土壤含水量的多少直接決定著散流電阻的實(shí)際大小。總的來(lái)看，變電站接地電阻中，接觸電阻以及散流電阻直接決定著變電站接地電阻值大小。

4.2 變電站降阻的合理性措施

就變電站接地網(wǎng)電阻實(shí)際構(gòu)成情況來(lái)看，若能夠在設(shè)計(jì)中通過(guò)合理化措施來(lái)對(duì)接地網(wǎng)電阻進(jìn)行有效的控制，能夠?yàn)榻拥鼐W(wǎng)電阻值的降低提供可靠的基礎(chǔ)。相關(guān)電氣接地研究資料表明，接地網(wǎng)接地電阻的大小與介電系數(shù)、土壤電阻率以及電容之間存在著密切的聯(lián)系。一方面，通過(guò)增大接地體幾何尺寸來(lái)增大接地體的電容，能夠有效地降低接地網(wǎng)的接地電阻。另一方面，通過(guò)減小土壤電阻率和介電系數(shù)，來(lái)改善地質(zhì)電學(xué)性質(zhì)，能夠有效地降低接地網(wǎng)接地電阻。

就變電站電氣接地裝置的總體情況來(lái)看，其主要敷設(shè)人工接地網(wǎng)，并且人工接地網(wǎng)主要以水平接地極為主，通過(guò)人工接地網(wǎng)的外緣閉合，來(lái)對(duì)土壤電阻率以及地網(wǎng)面積等影響接地電阻值的重要因素進(jìn)行合理地控制，從而在不同的環(huán)境條件下，積極通過(guò)有針對(duì)性地降阻措施，來(lái)改善變電站電氣接地裝置，切實(shí)維護(hù)變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

就變電站電氣接地的實(shí)際情況來(lái)看，通過(guò)不等距的地網(wǎng)電位的布置，能夠有效地降低變電站接地電阻，并且此種方式在電力工程中得到比較廣泛的應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用效果較好。與此同時(shí)，電位隔離、水平接地帶換土以及加降阻劑交替使用等方式，都能夠在一定程度上降低變電站接地電阻，確保變電站電氣接地更具安全性和可靠性。那么在電氣接地設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)化衡量和分析，進(jìn)而選取適宜的變電站降阻措施，切實(shí)保證電氣接地安全。

結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)看，本文主要對(duì)電氣接地系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并結(jié)合電氣接地設(shè)計(jì)方案和相關(guān)參數(shù)來(lái)對(duì)變電站接地系統(tǒng)的合理化設(shè)計(jì)進(jìn)行探索，以維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并為變電站電氣接地技術(shù)的未來(lái)發(fā)展提供參考。隨著現(xiàn)代社會(huì)電力系統(tǒng)的不斷進(jìn)步，電網(wǎng)容量逐漸擴(kuò)大，對(duì)電氣接地技術(shù)也提出了更為嚴(yán)格的要求，在此種情況下，變電站電氣接地設(shè)計(jì)的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向如何準(zhǔn)確地測(cè)量和計(jì)算接地電阻，以確保電氣接地設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，從而更好地滿足變電站運(yùn)行的實(shí)際需求，降低點(diǎn)力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的安全隱患，進(jìn)一步推進(jìn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。

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