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摘要：近年来，伴随着电力系统建设不断深入，变电站的接地技术作为保障电力系统安全运行的重要基础，其接地电网的设计十分重要。本文笔者结合自身工作经验，对接地网设计中存在的一些问题进行了简单分析，并提出了几点个人的见解，以供参考。
关键词：变电站；规模；接地网；设计；优化
中图分类号：S611文献标识码： A
前言：
目前，接地网设计不合理引发的安全事故频繁发生，渐渐引起了人们的重视，这些事故不仅造成人员的伤亡，同时也带来了巨大的经济损失，产生了不好的社会影响，因此加强对接地网的优化设计具有重要的现实意义。
一、变电站接地电网中存在的问题分析
为了电网的安全运行，一般在变电站中将电力系统以及电气设备的相关部分和大地中的有效接地装置连接起来。在电力系统中接地可以分为工作接地、保护接地以及防雷接地，其中工作接地是为了电力系统安全运行而进行的接地；保护接地是为了防止由于设备中过大的电流对人的安全产生危害而进行的接地；防雷接地是为了消除在发生雷击时过大的电流、电压对设备产生的危害，常见的有避雷针、避雷器等防雷设备。为了规范变电站的接地网设计，国家制定了相关的接地标准，但是这些方法只能对均匀土壤中的规则接地网的接地参数进行计算，对于土壤或者接地网结构比较复杂的情况只能借助计算机来进行数值计算。随着电力系统和变电站规模越来越大，特别是容量比较大的变电站，占地面积比较大，其电气设备分布比较分散，当发生故障时,电流注入点的位置不同，使接地网的电位不同，但是以往传统的接地网设计方法已经不能满足这种电气系统接地的需要。又如，在变电站控制室中,自动化保护设备之间一般需要用电缆连接，而电缆的屏蔽层往往两端接地，在发生故障时，由于其内部的电位差造成电缆表层环流或者反击，使得设备的绝缘层被损坏，影响了设备的检测和控制。在接地网的设计中，电气设备还可能通过多条接地引下线和接地网的不同部位进行连接，而等电位的模型不能有效的反应出上述情况下接地网的性能。
二、变电站接地网优化设计分析
随着电力系统容量的不断增加，经过接地网的短路电流也越来越大，所以为了充分的发挥接地网的功能，保证变电站的安全运行，应当不断的对接地网的功能进行优化。在接地网的设计中，不仅要降低接地电阻，同时还要考虑到地表电位的分布。接地网优化设计是对接地网中的水平导体进行合理化的布置，使导体漏电密度均匀，也使地表电位均匀分布，降低接地网的跨步电压和接触电压。在以往设计中，水平接地网均压导体常常采用等间距的布置方法，但由于端部效应和临近效应，均压导体中会出现不均匀流散电流，中部的导体流散电流较小，在边角位置的均压导体中，流散电流则会急剧增加，这就使接地网边角网孔的接触电压大大高于网孔中心的接触电压。并且，随着接地网面积和网孔数量的增加，这种电压差值会加大。然而在等间距布置的情况下，如果不采取相应的降阻和降压措施，接地参数很难满足规程的要求。但降阻剂的添加过程中往往存在施加不均匀，回填土埋深不足的现象，都会影响降阻剂的效果，并且还会对接地网产生腐蚀，这样，施工的费用和难度都将加大，从技术上和经济上来看，都是不合理的。
为了有效地解决这个问题，不等间距来布置均压导体的方法受到人们的亲睐。所谓不等间距布置均压导体，就是将接地网的水平接地极从中间到地网边缘，按一定的规律由稀到密布置。不等间距布置能够使接地电阻有所降低，且使地网边角电位升高而中心电位相应降低，从而使整个地网的电位分布趋于均匀，达到降低接触电压和跨步电压的目的。如果存在相关参数不满足要求时，一般可采用在人员经常行走的地方铺设厚度和电阻率符合一定标准的砾石地面或沥青地面来提高地表面电阻率的方法，以降低人身承受的电压。在高土壤电阻率的地区，有时也会采用加降阻剂的方法，但是相比于等间距布置均压导体的情况，其降阻剂的用量要少很多。另外，深井接地的措施更适用于不等间距布置的情况。这样的布置方式，还能够节省接地材料约30%，减少了接地工程的投资，从技术和经济上来看都比较合理。
以某地区500kV的变电站作为例子来讨论,经过勘测计算，该变电站周围区域土壤的电阻率为60Ω·m，按照等间距的方法进行接地网设计时，接地网面积为324m×324m，网孔的大小为18m×18m，，接地网埋深为0.6m，入地电流为3kA，经计算，全站接地网的接地电阻应不小于0.67Ω。通过对其模型分析，可以看出，采用等间距设计的时候，地表的电位分布不均匀，中间网孔电压比边缘处电压要高一些。其接地电阻仿真结果为1.1Ω，相反，通过采用不等间距的布置，把中间导体布置稀疏，边缘导体布置得较密集，通过仿真分析可看出，地网的最大电压与最小电压之间的差值非常小，基本可以认为是均压分布。其接地电阻在此种布置方式下仿真结果为0.5Ω，符合规程的要求。在建模分析过程中，为了得到均匀的网孔的电压分布，需要对网孔的大小进行调整，具体采用如下方式，将网孔从边缘至中间，按从7m增至18m布置，再从中间至边缘，按从18m减至7m来布置，这样，中间的网孔较稀，而边缘较密集，仿真结果显示，中间导体的分散电流增大了，同时边缘导体分散电流降低了，实现了网络中中间导体的充分应用，达到了均压的效果。
在本次工程实例中，由于该变电站的接地网面积比较大，而且比较典型，在试验的过程中发现接地网的地表电位分布不均匀，不符合设计的要求。所以为了进一步的优化设计，重新调整了网孔之间的间距，并且在接地引入点附近增加了接地导体，使其它网孔分布密度变小，网孔的电压分布均匀。通过比较发现这种设计方式比等间距的设计效果更好，更能够满足接地网设计的规程规范要求。
三、结束语
在变电站接地网的优化设计中，其结果受到了很多因素的影响。除了设计上的因素，对接地网地表电位大小的影响之外，土壤的不同情况，对于接地网材料的选择不同，都会影响接地网的工作效率。例如对于冻土层，当其高土壤电阻率层厚度比较浅时，接地网可埋在高电阻率层下0.2m，但是季节性的高电阻率层厚度较深时，则可将接地网正常埋设，在接地网周围及内部接地极交叉处布置短垂直接地极，其长度深入高电阻率层下面2m，来实现较好的接地效果。因此在接地网的设计中，要对周边的水文条件进行详细的勘察，除了具体的技术因素，还应当考慮工程的实际情况来进行合理的设计和施工。
参考文献：
[1]杨晓雄，彭敏放，苗文华等. 发变电站接地网优化设计[J]. 电力系统及其自动化学报，2010，22（04）：45-48，70.
[2]邓景. 高阻地区变电站接地优化设计及降阻措施研究[D]. 哈尔滨工业大学，2010.
关键词：变电站；规模；接地网；设计；优化
中图分类号：S611文献标识码： A
前言：
目前，接地网设计不合理引发的安全事故频繁发生，渐渐引起了人们的重视，这些事故不仅造成人员的伤亡，同时也带来了巨大的经济损失，产生了不好的社会影响，因此加强对接地网的优化设计具有重要的现实意义。
一、变电站接地电网中存在的问题分析
为了电网的安全运行，一般在变电站中将电力系统以及电气设备的相关部分和大地中的有效接地装置连接起来。在电力系统中接地可以分为工作接地、保护接地以及防雷接地，其中工作接地是为了电力系统安全运行而进行的接地；保护接地是为了防止由于设备中过大的电流对人的安全产生危害而进行的接地；防雷接地是为了消除在发生雷击时过大的电流、电压对设备产生的危害，常见的有避雷针、避雷器等防雷设备。为了规范变电站的接地网设计，国家制定了相关的接地标准，但是这些方法只能对均匀土壤中的规则接地网的接地参数进行计算，对于土壤或者接地网结构比较复杂的情况只能借助计算机来进行数值计算。随着电力系统和变电站规模越来越大，特别是容量比较大的变电站，占地面积比较大，其电气设备分布比较分散，当发生故障时,电流注入点的位置不同，使接地网的电位不同，但是以往传统的接地网设计方法已经不能满足这种电气系统接地的需要。又如，在变电站控制室中,自动化保护设备之间一般需要用电缆连接，而电缆的屏蔽层往往两端接地，在发生故障时，由于其内部的电位差造成电缆表层环流或者反击，使得设备的绝缘层被损坏，影响了设备的检测和控制。在接地网的设计中，电气设备还可能通过多条接地引下线和接地网的不同部位进行连接，而等电位的模型不能有效的反应出上述情况下接地网的性能。
二、变电站接地网优化设计分析
随着电力系统容量的不断增加，经过接地网的短路电流也越来越大，所以为了充分的发挥接地网的功能，保证变电站的安全运行，应当不断的对接地网的功能进行优化。在接地网的设计中，不仅要降低接地电阻，同时还要考虑到地表电位的分布。接地网优化设计是对接地网中的水平导体进行合理化的布置，使导体漏电密度均匀，也使地表电位均匀分布，降低接地网的跨步电压和接触电压。在以往设计中，水平接地网均压导体常常采用等间距的布置方法，但由于端部效应和临近效应，均压导体中会出现不均匀流散电流，中部的导体流散电流较小，在边角位置的均压导体中，流散电流则会急剧增加，这就使接地网边角网孔的接触电压大大高于网孔中心的接触电压。并且，随着接地网面积和网孔数量的增加，这种电压差值会加大。然而在等间距布置的情况下，如果不采取相应的降阻和降压措施，接地参数很难满足规程的要求。但降阻剂的添加过程中往往存在施加不均匀，回填土埋深不足的现象，都会影响降阻剂的效果，并且还会对接地网产生腐蚀，这样，施工的费用和难度都将加大，从技术上和经济上来看，都是不合理的。
为了有效地解决这个问题，不等间距来布置均压导体的方法受到人们的亲睐。所谓不等间距布置均压导体，就是将接地网的水平接地极从中间到地网边缘，按一定的规律由稀到密布置。不等间距布置能够使接地电阻有所降低，且使地网边角电位升高而中心电位相应降低，从而使整个地网的电位分布趋于均匀，达到降低接触电压和跨步电压的目的。如果存在相关参数不满足要求时，一般可采用在人员经常行走的地方铺设厚度和电阻率符合一定标准的砾石地面或沥青地面来提高地表面电阻率的方法，以降低人身承受的电压。在高土壤电阻率的地区，有时也会采用加降阻剂的方法，但是相比于等间距布置均压导体的情况，其降阻剂的用量要少很多。另外，深井接地的措施更适用于不等间距布置的情况。这样的布置方式，还能够节省接地材料约30%，减少了接地工程的投资，从技术和经济上来看都比较合理。
以某地区500kV的变电站作为例子来讨论,经过勘测计算，该变电站周围区域土壤的电阻率为60Ω·m，按照等间距的方法进行接地网设计时，接地网面积为324m×324m，网孔的大小为18m×18m，，接地网埋深为0.6m，入地电流为3kA，经计算，全站接地网的接地电阻应不小于0.67Ω。通过对其模型分析，可以看出，采用等间距设计的时候，地表的电位分布不均匀，中间网孔电压比边缘处电压要高一些。其接地电阻仿真结果为1.1Ω，相反，通过采用不等间距的布置，把中间导体布置稀疏，边缘导体布置得较密集，通过仿真分析可看出，地网的最大电压与最小电压之间的差值非常小，基本可以认为是均压分布。其接地电阻在此种布置方式下仿真结果为0.5Ω，符合规程的要求。在建模分析过程中，为了得到均匀的网孔的电压分布，需要对网孔的大小进行调整，具体采用如下方式，将网孔从边缘至中间，按从7m增至18m布置，再从中间至边缘，按从18m减至7m来布置，这样，中间的网孔较稀，而边缘较密集，仿真结果显示，中间导体的分散电流增大了，同时边缘导体分散电流降低了，实现了网络中中间导体的充分应用，达到了均压的效果。
在本次工程实例中，由于该变电站的接地网面积比较大，而且比较典型，在试验的过程中发现接地网的地表电位分布不均匀，不符合设计的要求。所以为了进一步的优化设计，重新调整了网孔之间的间距，并且在接地引入点附近增加了接地导体，使其它网孔分布密度变小，网孔的电压分布均匀。通过比较发现这种设计方式比等间距的设计效果更好，更能够满足接地网设计的规程规范要求。
三、结束语
在变电站接地网的优化设计中，其结果受到了很多因素的影响。除了设计上的因素，对接地网地表电位大小的影响之外，土壤的不同情况，对于接地网材料的选择不同，都会影响接地网的工作效率。例如对于冻土层，当其高土壤电阻率层厚度比较浅时，接地网可埋在高电阻率层下0.2m，但是季节性的高电阻率层厚度较深时，则可将接地网正常埋设，在接地网周围及内部接地极交叉处布置短垂直接地极，其长度深入高电阻率层下面2m，来实现较好的接地效果。因此在接地网的设计中，要对周边的水文条件进行详细的勘察，除了具体的技术因素，还应当考慮工程的实际情况来进行合理的设计和施工。
参考文献：
[1]杨晓雄，彭敏放，苗文华等. 发变电站接地网优化设计[J]. 电力系统及其自动化学报，2010，22（04）：45-48，70.
[2]邓景. 高阻地区变电站接地优化设计及降阻措施研究[D]. 哈尔滨工业大学，2010.