110kV興隆變電站接地網優化改造技術研究

沈濤

【摘 要】接地網的重要參數包括接地電阻、接地網均壓優化和二次系統接地，是對變電站接地網安全造成影響的重要因素，在變電站改造過程中接地電阻的計算、均壓方案的選擇是得出最佳改造設計方案的方法。

【關鍵詞】接地網；改造方案；設計研究

1.變電站電氣設備改造過程中接地系統存在的問題

一是增加了電網系統容量，迅速提高了入地短路電流，對應所需的接地電阻將更小。二是由于科學技術的不斷發展，集成式電氣裝置己經初具規模并且大量應用，例如箱式變壓器和GIS設備，對于變電站來說有效節省了占地面積，對應的節省了地網面積。三是隨著不斷發展的城市電網，城區中大量涌現了新建變電站，而建立變電站接地系統在城區則會極大的受到占地面積的約束。

綜合上述情況，變電站接地系統在設計中出現的問題包括不斷縮小的地網占地面積，接地電阻比較小日趨穩定的接地系統，地網占地面積較小的情況下，在變電站中向水平方向迅速延伸接地網，并且對其接觸電壓、跨步電壓有效降低，進一步充分保證變電站接地網中人身和設各安全，這些全部是變電站在設計接地過程中需要解決的主要問題。變電站電網具體利用水平接地網的接地系統，而降低地網接地電阻、地面接觸電壓和跨步電壓的主要技術是增加水平接地網面積及敷設外引接地網，可是由于變電站占地面積的約束、施工質量不斷追加的投資等因素，逐步凸顯了擴張水平接地面積和敷設外引的不足。所在水平接地網中降低地網接地電阻是具有顯著問題的，接地系統設計的重要思想便是縱向發展接地系統，這也是變電站接地系統發展的主要趨勢，將不等間距布置水平均壓導體方法應用在變電站水平接地網中，其中垂直設置接地極對地網接地電阻有效進行了降低，有效對接觸電壓和跨步電壓進行了控制。

2.山東樂陵110kV興隆變電站接地網結構優化設計

變電站地網的接地參數是否達到接地規程的要求，技術經濟指標是否科學，決定于地網設計方法是否正確。只有根據正確的方法和步驟實行設計，才能夠令接地參數符合規程要求、技術經濟指標合理的地網。山東樂陵110kV興隆變電站由于運行時間比較長，接地網各項數據已經無法符合規程要求，因此需要改造接地網。本文以興隆變電站改造工程為例，對變電站改造工程中使用到的地網技術、一次設備、二次設備、自動化控制設備等進行研究，興隆變電站占地面積為8121m2，110kV側的最大電流為8.918kA，平均土壤電阻率ρ=400Ω·m。基于此從以下幾方面來優化變電站接地網結構：

2.1水平接地網方案

①接地電阻需要根據電阻允許值R進行不同電位電阻的調整，其中地電位的電阻要求為R≤1.320Ω、接觸電位的要求R≤1.326Ω、跨步電位的要求為R≤6.758Ω，最后110kV閥型避雷器的放電電壓要求為R≤4.419Ω的范圍內。②要將一個中間稀、四周密且不等間距水平的方孔接地網，布置在4480m2的面積上，均壓帶要使用標準為50×5的扁鋼形成。③要保證接地網預埋深度為0.8m，水平接地導體之間的間距應保持在5m左右，水平接地體的根數為18根，接地網接地電阻可以通過相關公式計算出來，即：R=0.5ρ/ =0.5×400/ =3.0（Ω）。該設計最終的接地網接地電阻計算結果為3.0Ω>0.5Ω不符合標準。注：根據《交流電氣裝置的接地設計規范》（GBT50065-2011）R≤2000/I或者R≤0.5Ω，由于R≤2000/I難以達到，故選擇滿足R≤0.5Ω）。

2.2擴大地網后水平接地網方案

該變電站的實際征地范圍占地面積為124×100=12400（m2），為優化和完善變電站接地網機構，所以實施地網擴大水平接地優化方案，在擴大地網后，仍然使用中間稀、四周密且不等間距的方孔接地網，均壓帶使用標準為50×5的扁鋼，計算出來的根數為21根，經公式計算得出：R=0.5ρ/ =0.5×400/ =1.80（Ω），比之前的電阻更小，運行安全可靠性更高。該方案設計最終的接地網接地電阻計算結果為1.80Ω>0.5Ω，不符合標準。

2.3擴大地網后深井接地接地電阻計算

通過上述分析了解到通過擴大地網，能夠有效降低變電站接地網電阻，與<0.5Ω的標準還相差一點，故還需要通過增設垂直接地極來實現電阻的降低。據了解該變電站下面沙土地層區域的土壤電阻率較低，約為平均土壤電阻率ρ=150Ω·m，所以垂直接地極井的深度可確定為L=100m，鋼管的直經確定為d=0.05m，位置確定為所區4個角上；又因為深埋接地體間距>20m，所以屏蔽系數確定為0.75，則擴大地網后深井接地的電阻為：Rv=ρ/（2πL）×[ln（8L/d）-1]=150÷（2×3.14×100）×[ln（8×100÷0.05）-1]=0.2389×（9.6803-1）=0.2389×8.6803=2.0737；R=（2.0737÷4）÷0.75=0.5184÷0.75=0.6912Ω；RL=[0.6912×1.80÷（1.84+1.80）]÷0.75=0.4557Ω<0.5Ω，滿足要求。最終確定的優化方案為：主網面積為124×100=12400m2，水平接地體根數為21根，垂直接地體為4根，垂直接地極井深度為100m，布置于水平接地網4個角上。

3.接地網均壓優化設計

3.1方孔均壓網設計

在很多變電站設計中都使用了長孔地網，該地網均壓線距離較長，所以與主網的連接較為薄弱，一旦發生接地故障就會導致均壓增大，損壞二次控制電纜及其他相關設備。

通過大量統計分析，本次改造的變電站工程設計接地網優先選用方孔接地網，變電站改造成為方化網之后，其電位明顯超過長孔網下降電位幅度30%。因此對變電站接地網進行設計時，首先應當對方孔接地網積極考慮.

3.2不等間距布置

變電站接地網設計中不等間距接地網是一項普遍應用的創新技術。對工頻電壓均壓問題進行了解決，節約了很多材料，這也是與我國實際情況相符合，達到安全可靠、經濟合理要求布置接地網的方式。使用不等間距布置接地網，不但能夠在地網故障中將電流集中到變壓器中，還能夠集中布置避雷器和集中接地裝置，使變電站接地網的防雷性能、安全性及抗干擾性能得到提高。不等間距布置接地網的原理在于：根據接地網的屏蔽性，確定中間稀、四周密且不等距的接地導體布置方法，使接地導體得到充分利用。

4.二次系統接地優化設計

一次系統接地和二次系統接地都是變電站接地網優化設計的兩個關鍵環節，其中一次系統接地的主要功能是防雷和保護，故優化的目的在于防雷和保護，對二次回路的電磁兼容有重要影響，因為合適的一次接地系統可以減少所內的高頻瞬變電壓幅值，從而減少電網較大電位差的發生，這就需要優化二次系統接地，以增加二次回路的電磁兼容性，進而提高變電站接地網系統的電磁抗干擾性、防雷性，最終減低較大電位差的發生率，提高變電站的安全性。具體的二次系統接地優化設計方法如下：①采用合理的方式敷設二次電纜及選擇正確的走向等措施以避免或減少周圍電磁場對二次電纜的干擾；②將低電平的信號電纜與高電平電纜分開，即在變電站接地網工程設計及施工時一定要將低電平和高電平信號電纜分開來設計和施工，具體區分到電纜的型號及材質等；③保證二次電纜在變電站內的走向呈輻射狀，避免電纜之間的相互摩擦，導致電纜受損，進行影響變電站接地網正常運行，從而保證人與設備的安全；④二次電纜遠離高壓母線和暫態電流的地點，并減少和母線的平行長度。

5.結束語

變電站地網的接地參數是否與規定相符，技術經濟指標是否科學，關鍵在于地網設計方法是否正確。只有根據科學的方式和步驟實施設計，才能得到符合規定要求、技術經濟指標合理的接地參數。

參考文獻：

[1]儲雷.變電站電氣一次主接地網設計機[j]中國科技信息，2014，（22）；160-161.

（作者單位：國網山東省電力公司樂陵市供電公司）