变电站电气一次主接地网的设计

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  摘要:在变电站电气施工之前,必须做好相关设计工作确保施工质量。而电气一次主接地网施工作为整个工程的重要施工环节,因而做好此环节的设计就尤为重要。基于此,笔者结合自身工作实践,从加强此环节设计的基本工作入手,并提出了几点设计策略。
  关键词:变电站;电气;接地网
  中图分类号:F407文献标识码: A
  一、变电站电气一次主接地网在设计中存在的问题
  伴随着电力工业其迅速发展,一次接地网在运行中,安全因素越来越多,传统的所谓经验的公式,当用于设计复杂工程的条件下的相对的大型接地网时,表现出明显存在缺陷。关于这些缺陷,主要有:
  (1) 在设计手册上,相关经验的公式并未将土壤存在不均匀性考虑在内。
  (2) 在设计手册上,经验的公式并未考虑到接地网上存在的不等电位分布。
  (3) 在设计手册上,经验的公式并未考虑到,某种情况下,电流的注入点位置如果存在不同,那么其对接地网的相关安全性能会造成影响。
  (4) 在设计手册上,经验的公式是仅仅只能初步的进行估算,以得到变电站内其相关地表电位升,得到的相对平均值,无法分析出变电站内的任意一点的接触电压与跨步电压。因此,无法估计出这些点是否存在安全问题。
  (5) 在设计手册上,经验的公式并未考虑到,如果出现的现实情况是,不仅仅相关其它的电气设备,接在接地网接上,接地与接地网并且构成回路。如果万一发生故障,那么,则这些个电气设备也就是会仍然地相当于接于接地网上。于是,就会出现与接地网之间会存在相互影响的现象。
  (6) 在设计手册上,经验的公式不能解决,逐渐受到重视的日益严重的电力系统的电磁兼容问题。
  (7) 另外,把总体布置图,有的设计者将其作为竣工图纸,直接给运行单位是不妥的。这是因为实际在施工中,还是会出现不少的改动和增减。
  二、.做好变电站电气一次主接地網设计要点
  1变电站电气一次主接地网设计的内容
  一是电气主接线方面的设计。在变电站电气设计中,电气主接线的设计尤为重要,其设计质量的高低得以整个电力系统能否安全高效的运行有着直接的影响,并对变电站电气设备、配电装置、自动装置的选择和布置以及继电保护和控制方式的确定等均有着十分强烈的影响。因而作为设计人员,在电气主接线设计过程中,必须确保设计的科学性,以此确保电气主接线的可靠性,因此做好电气主接线方面的设计是整个设计的主要内容。
  二是电气设备的设计。在设计工作中,电气设备的选择十分重要,因而在设计过程中,必须确保其选择的合理性,通常情况下,应尽可能地加强短路电力和电力负荷的计算,并在设计过程中,应结合变电站运行的需要针对性地确定其额定值,结合短路条件确定其热稳定值并校验,再认真检查其具备的三相短接条件,以及其开关是否具有良好断流能力,最后结合其安装的位置及工作环境,合理选择其安装的形式,从根本上确保电气设备选择的合理性。
  三是接地设计。在整个设计中,接地设计同样重要,其设计的好坏直接影响着整个电气设备能否正常高效地运行,最大化的避免安全事故的发生,例如人身触电伤亡以及电气设备出现机械性故障、爆炸、火灾等事故。因此,通常情况下,在电气设备接地过程中应,其接地应包含接地体和接地线,且接地体包含了人工与自然两种接地体,但在工程实践中以后者为主,在敷设接地体时,通常应围绕变电站的周边进行,但在接电线敷设之前,首先必须选用接电线,即选用扁形钢、圆形钢等作为接地线,而接地体通常选用角钢,在敷设时主要是将其底部削尖后再进行深埋。以此确保接地的可靠性
  2变电站电气一次主接地网设计的策略
  首先,作为设计人员,应进入施工现场对整个工程进行科学的勘测,勘测过程中,应对工程所在地的地质条件环境气候以及占地面积和土壤的电阻率等进行勘测。在整个勘测过程中,土壤的电阻率测量又是重中之重,这是由于其对节点电阻有着直接的影响,且对其影响的因素较多,例如土壤的类型、土壤中水的含量、土壤的温度和密度等。因此做好土壤电阻率十分重要。鉴于土壤电阻率的影响较大,因而必须在做好勘测的基础上,提供相关的技术处理方案。目前,最为常用的办法有如下几种,一是更换电阻率低的土壤,例如砂质粘土、黑土等电阻率均较低,在更换过程中,应更换的土壤的范围是接地体周围50里面内的土壤以及接地体上部三分之一的土地;二是提高埋入的深度,当勘测后发现土壤的电阻率较低时,除了采取换土的方法的同时还可以采取深埋的措施,从而预防其由于结冰或干旱导致电阻率上升。此为两种最为常用的处理电阻率高的措施,此外,还可以在实际中采用化学处理、保土以及处理冻土等措施达到降低电阻率的目的。
  其次,精心确定设计方案。设计方案是整个工程施工的重要依据。因而在整个设计中做好施工方案的设计尤为重要。第一,在设计方案之前,必须紧密结合工程的特点和接地体的布置情况和土壤的电阻率等针对性的确定设计方案;第二,结合变电站接地需要,精心确定接地网的组数,并在变电站和接地网四周对接地网进行垂直接地埋设,并对所埋设的角钢进行镀锌处理,在各组接地网中,应选用一条长度为2.5米和规格为小于50×50×5mm的镀锌角钢进行组建,每一组接地极与接地极之间的距离为6米,以此将电流排出,达到降低接地电阻的目的,从而避免由于接触电压和跨步电压而出现安全事故;第三,应在变电站的四周打深井,一般深度应在30米左右,且不得低于6个,再在深井中分别插入镀锌钢管,并将降阻剂铺设在深井之中,同样达到降低接地电阻的效果,但是需要注意的是,若选用水平接地网作为变电站的接地网,那么选用的钢管应为镀锌圆钢,且圆钢的半径为9毫米,间距为八米。此外,接地系统的设计,应将其与变电站的主设备实行多点连接,且将其与自然接地极进行连接,以最大化的确保接地系统设计的安全性和可靠性。
  最后,精心确定施工工艺流程。在做好施工方案设计的同时,还应确定施工流程,为工程施工提供规范的指导。具体的流程如下:选用合理的挖沟工具开挖沟深→采用适宜的工具把垂直接地极埋入地中→水平接地极理直后紧贴沟槽底部埋放水平接地极→牢固连接水平接地极与垂直接地极→埋放好接地极后应在变电站内与主要设备进行多点连接→在深井内铺设降阻剂→将开挖出的土回填并夯实。
  三:工程实例
  1工程简述
  本变电站的110kV配电设备以及装置是户外的中型设置,布设在变电站的东面,110kV输出线则从变电站的东面拉入站里;10kV的配电设备装置布设在变电站的西面,并以双列布设的方式布置在综合楼的一楼,采用中置式的高压开关柜;10kV小电阻的成套接地设备布设在综合楼一楼的高压控制室里;10kV集合式的并联电容器组则布设在变电站西南方向的户外空地处。110kV的侧电气主要接线是线路总变压器的基本接线。110kV的远期出线布设为三回,本期出线布设为二回。主变压器110kV的中性点通过隔离开关等直接进行接地;10kV的中性点则通过小电阻进行接地。10kV的接线远期采取单母线的四分式接线,出线则布设为36回,本期则采用单母线两分式接线,线布设为24回。无功补偿的远期容量是,无功补偿的本期容量是。
  2实地勘测
  接地网是保证变电站能够安全稳定运行的重要的措施,因此行业内的工程师都十分重视接地性能的设计。变电站的接地网不但可以给变电站里面所有的电气设备构建出公共安全的的参考地,还可以在电力系统出现故障的时候,把故障产生的电流直接快速的排到地下,从而稳定的控制地网额定电位的具体数值,确保相关工作人身以及电气设备的安全。所以科学合理的接地网设计在电力系统安全稳定的工作中至关重要。实地勘测具体分为:地形以及地质的勘测,实际占地面积测量以及土壤电阻率的确定,实地勘测时土壤电阻率的确定是关键环节。所以实地勘测也是接地网设计中不可或缺的环节。
  2.1确定土壤电阻率的必要性
  土壤电阻率直接决定着接地电阻的大小,同时其还影响着接地电阻是否能够满足系统的要求、接地系统的使用寿命与接地系统的配置和运行成本。土壤电阻率的数值对接地网的接地电阻有决定性作用,同时还应满足接地电阻尽量小,所以也就需要土壤的电阻率保持在比较低的数值。科学分析土壤以及确定土壤的电阻率是整个接地网设计中的核心环节。
  2.2土壤电阻率的影响因子
  土壤所含导电离子浓度及含水量直接影响着土壤电阻率ρ的数值范围,土壤里含有的导电离子浓度与土壤的导电性能正相关,土壤的含水量同样也与土壤的导电性能正相关。各类土质的电阻率千差万别,有时可以达到千万倍的差异。外界温度同样对土壤的电阻率也有着很大的影响,通常情况下,土壤的电阻率与外界温度变化方向相反,也就是温度上升时电阻率下降,温度降低时电阻率升高。土壤是否致密同样也影响着土壤的电阻率。另外土壤的电阻率还受到季节变化的影响,不同季节里土壤的含水量以及温度差异很大。
  2.3实地测量数据
  通过实地的测量,施工现场的土壤电阻率是1100Ω·m,属于较高的水平。综合分析深层土壤的实际情况与外界温度、湿度以及季节的综合影响,我们将土壤电阻率1100Ω·m暂时确定为后续运算的基础。实际测量到地下15m处的电阻率是125.6Ω·m,地下35m处的土壤电阻率是100Ω·m。按照上述实地测量的数据进行推算,我们认为地下35m以下的土壤电阻率将会更低,于是就采取土壤电阻率100Ω·m来做后续运算的依据。
  3减小土壤电阻率的方法
  (1)更换土壤。用电阻率相对低的黑土及砂质粘土换掉原高电阻率土壤。通常要更换接地体上面1/3左右长度、四周0.5米左右土壤。(2)增加埋入深度。一旦出现接地点深处土壤电阻率低的情况,就应将接地体深埋。这种做法能避免因土壤结冰及干旱而提高电阻率。(3)外引接地处理。借助金属引线把接地体埋在周边土壤电阻率相对低的地方。(4)化学处理。将炉渣等掺入接地点处土壤里,还可使用专业的化学降低电阻剂,这样也能降低现场土壤的电阻率。(5)保土。利用适当方法使接地点处的土壤长时间保持湿润。(6)处理冻土。冬季时向接地点处的土壤里添加泥炭,避免土壤出现冻结的情况,也可以把接地体埋入建筑物底下。
  4具体方案的设计
  按照变电站复合接地体的总体设计以及现场勘测的土壤电阻率数值,经过仔细运算和分析,如果按照通常做法进行布设复合接地体的话,无法满足接地电阻应该低于0.5的设计要求,一定要附加接地深井才能达到要求。设计团队整体分析了实际接地电阻、现场地质与地形等条件,设计了如下方案:(1)在接地网四周与均压网里布设组竖直接地极。各组竖直接地极使用1条,长度为2.5m的镀锌角钢组建。各组接地极的距离大约是6m,用来排出电流以及减小接地电阻,还能够避免跨步电压以及接触电压的产生。(2)在变电站的周边打6眼深35m的井,在各井中打进1条半径是125mm、长度是35m、外壁厚度是8mm的镀锌钢管,总计6条。同时,在井内布设降阻剂用来减小接地电阻。(3)水平接地网使用半径是9mm的镀锌圆钢,彼此间距是5m至11m之间,总计903m。(4)接地系统和变电站的关键设备实行多点相连,同时还需要和自然接地极彼此连接。
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