淺談關(guān)于變電站接地網(wǎng)的電氣設(shè)計(jì)

陳麗招

摘要：衡量變電站接地網(wǎng)性能的電氣參數(shù)包括接地電阻、接觸電壓、跨步電壓、接地電位和地表電位等。在對(duì)變電站接地網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式、電氣設(shè)備具體情況以及地質(zhì)情況等，充分吸取原有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用合理的手段。

關(guān)鍵詞：變電站;接地網(wǎng);電氣設(shè)計(jì)

1.變電站接地網(wǎng)存在的問題

1.1接地電阻過大

接地電阻過大會(huì)導(dǎo)致接地電極流過故障電流或雷電流時(shí)引起接地網(wǎng)電壓升高，對(duì)工作人員的人身安全和站內(nèi)運(yùn)行設(shè)備造成極大威脅。接地電阻主要與土壤電阻率有關(guān)，因?yàn)橥寥离娮杪手苯雨P(guān)系到土壤的導(dǎo)電性能。土壤電阻率受土壤質(zhì)地、水分含量、溫度等因素的影響，而土壤中的水分含量和溫度會(huì)則會(huì)隨著季節(jié)的變化而產(chǎn)生變化。土壤電阻率隨溫度的升高而升高，當(dāng)土壤含水量達(dá)到飽和時(shí)，電阻率與水分含量成正比，當(dāng)土壤含水量未達(dá)到飽和時(shí)，電阻率與水分含量成反比。因此，當(dāng)夏季雨水充足，接地網(wǎng)阻值處于標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，而到了干燥的冬季時(shí)，接地網(wǎng)電阻率可能變大而不符合要求。

1.2接地材料腐蝕

接地網(wǎng)直接敷設(shè)在土壤中，土壤中的氧氣、微生物以及雜散電流等因素均會(huì)對(duì)接地電極產(chǎn)生侵蝕作用，造成接地導(dǎo)體截面積減小，引發(fā)事故的產(chǎn)生。土壤腐蝕主要是均勻腐蝕（微電池）和局部腐蝕（宏電池）共同產(chǎn)生。微電池是接地導(dǎo)體組成或接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)不均勻引起的一種普遍存在的腐蝕形式。宏電池是由于埋于土壤之中的接地極存在不同部位氧有效性不同而引起的一種腐蝕方式，其腐蝕速度主要受土壤氧氣含量和電阻率影響，解決土壤腐蝕的關(guān)鍵就在于研究宏電池。雜散電流主要來(lái)源于地下電纜漏電、外加電流陰極保護(hù)裝置和其他直流電接地裝置。因此越靠近供電系統(tǒng)，雜散電流腐蝕越嚴(yán)重。

1.3接地網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)問題

系統(tǒng)中的電氣設(shè)備都有一定的維修周期，通過定期的檢測(cè)判定設(shè)備的運(yùn)行狀況，提前做好相應(yīng)的維修和補(bǔ)救措施，避免事故的發(fā)生。但變電站接地網(wǎng)敷設(shè)于土壤之中，檢查起來(lái)較為麻煩，存在的檢測(cè)也只是對(duì)工頻接地電阻進(jìn)行檢測(cè)，在多數(shù)情況下無(wú)法判定接地裝置的故障狀態(tài)，只有在事故發(fā)生時(shí)才會(huì)引起人們的注意。

2.變電站接地網(wǎng)的電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1確定土壤電阻率

土壤電阻率對(duì)接地網(wǎng)性能具有決定性作用，受土質(zhì)類型、自然環(huán)境等因素的影響，正因如此，在規(guī)劃設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)，必須通過測(cè)量掌握變電站所處土壤的電阻率。當(dāng)變電站選址確定后，需通過物探法等方法對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)開展勘探，收集土壤電阻率的水平和垂直變化情況，同時(shí)采用電探法勘探土壤電阻率的分布情況。對(duì)勘探得到的土壤電阻率數(shù)據(jù)，要考慮季節(jié)氣候等因素，對(duì)其進(jìn)行分析處理等一系列過程，最終確定土壤的電阻率。除此之外，還應(yīng)掌握土質(zhì)中諸如地下的腐蝕性金屬、化學(xué)物質(zhì)等非自然因素，并對(duì)金屬腐蝕、化學(xué)物質(zhì)污染等因素對(duì)土壤電阻率造成的長(zhǎng)期影響進(jìn)行評(píng)估，為確定接地網(wǎng)布置材料、布置方法等過程提供依據(jù)。

2.2計(jì)算接地短路電流

接地短路電流是指系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，在接地網(wǎng)中流過的接地短路故障泄流電流。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路產(chǎn)生短路電流時(shí)，一部分電流通過接地網(wǎng)流向大地稱為流通電流，流通電流流經(jīng)的回路稱為流通回路，其余電流則通過接地網(wǎng)流向系統(tǒng)中性點(diǎn)。由此可見當(dāng)接地短路電流通過接地網(wǎng)流散時(shí)，不但升高了接地點(diǎn)的電位、接地電勢(shì)、跨步電壓，還會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)轉(zhuǎn)移、系統(tǒng)環(huán)流等影響，這對(duì)接地導(dǎo)體的選擇產(chǎn)生影響。

2.3接地極的選擇

（1）熱穩(wěn)定性。一般情況下，變電站故障入地電流可以達(dá)到10kA，當(dāng)如此大的電流經(jīng)接地網(wǎng)流散至大地時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的熱量，由于繼電保護(hù)整定時(shí)間大致為零點(diǎn)幾秒，接地極需要將短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的高熱量散入周圍土壤中，同時(shí)也會(huì)使接地極溫度大幅升高。如果導(dǎo)體溫度上升到一定數(shù)值而且無(wú)法及時(shí)降溫的話，接地極的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)受到影響，尤其是在接地極的連接點(diǎn)等接地網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)處，長(zhǎng)時(shí)間的散熱過程會(huì)使接地網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)遭到破壞;如果故障電流過大使溫度上升到導(dǎo)體熔點(diǎn)時(shí)，會(huì)使接地極融化，造成接地網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)的不可逆破壞。這些情況均會(huì)使接地網(wǎng)喪失優(yōu)良性能，使系統(tǒng)發(fā)生事故的幾率大幅提升，嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。由此可見在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)，需要考慮接地極的熱穩(wěn)定性，允許工作溫度和熔點(diǎn)越高的導(dǎo)體，其熱穩(wěn)定性能就越好。

（2）導(dǎo)電性。由于系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，接地點(diǎn)與地表之間的電阻存在差異，使得接地網(wǎng)各點(diǎn)電位不同，加之變電站占地面積的減小以及土質(zhì)結(jié)構(gòu)不佳，導(dǎo)體的導(dǎo)電性能變得更差，因此在接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中要考慮導(dǎo)體的導(dǎo)電性，提升接地網(wǎng)性能。

（3）土壤的腐蝕性。由于電化學(xué)腐蝕的作用，土壤中的接地網(wǎng)會(huì)受到腐蝕破壞其結(jié)構(gòu)，隨著時(shí)間的積累接地網(wǎng)與土壤的接觸面積會(huì)逐漸減小，進(jìn)而破壞接地網(wǎng)熱穩(wěn)定性與泄流能力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致接地網(wǎng)產(chǎn)生斷裂，引起電力事故。因此地埋導(dǎo)體的抗腐蝕性是一項(xiàng)重要指標(biāo)。

（4）成本分析。在變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮上述因素，同時(shí)結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行方式以及變電站投入成本預(yù)期，合理安全接地網(wǎng)的布置方式。

2.4接地網(wǎng)布置方式的選擇

由于等間距布置接地網(wǎng)外緣只與土壤接觸，導(dǎo)體之間流散電流失衡，導(dǎo)致接地網(wǎng)外緣產(chǎn)生的接觸電壓及跨步電壓產(chǎn)生較大的差異，這一差異會(huì)隨著變電站接地網(wǎng)面積的增加與網(wǎng)孔數(shù)的增加而變大。為了解決這一問題，同時(shí)兼顧接地網(wǎng)建設(shè)成本，需要采用不等間距布置接地網(wǎng)。該方法具有很好的均壓能力和良好的經(jīng)濟(jì)性，被廣泛應(yīng)用在變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中。另外當(dāng)土壤垂直方向電阻率差異較大或者在冰凍、干燥的土壤中敷設(shè)接地網(wǎng)時(shí)，可以將垂直接地體與水平接地網(wǎng)連接一并敷設(shè)。這樣可以充分減小接地網(wǎng)接地電阻，并克服由于天氣原因?qū)е碌慕拥鼐W(wǎng)性能下降。

結(jié)語(yǔ)

總之，在變電站的設(shè)計(jì)中，應(yīng)采取降低接地電阻、降低接觸電勢(shì)、保護(hù)接地電阻等有效措施，以確保變電站的安全運(yùn)行。

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