论文部分内容阅读
摘要:变电站是电网连接的重要枢纽，接地网对保障变电站安全起着重要作用，作为隐蔽工程，接地网具有一次性建设、维护困难等特点，在设计过程中，要从接地电阻与短路电流的关系、接地装置的比选、接地网防腐措施、接触电势与跨步电压验算及合适的埋设深度等方面全面认识和把握接地问题，才能有力地保证变电站的接地安全。
关键字：变电站；设计；问题分析
中图分类号：TM411文献标识码： A
一、正确分析短路电流
《交流电气装置的接地》（DL/T621—1997）中对接地电阻值有具体的规定，一般情况下R≤2000/I(Ω)，《电力工程电气设计手册》中规定通常不大于0.5Ω。在高土壤电阻率地区，当要求接地装置做到规定的接地电阻在技术经济上很不合理时，大接地短路电流系统接地电阻可以为R≤5Ω，但应采取相应措施。根据规程规定，主要是以发生接地故障时，接地电位的升高不超过2000V进行控制，其次以接地电阻不大于0.5Ω和5Ω进行要求。
接地的实质是发生接地短路时，故障点地电位的升高，起作用的是电位而不是电阻。接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数，但不是唯一的参数。随着电力系统容量的不断增大，一般情况下单相短路电流值较大，从安全运行的角度出发，不管在什么情况下，都应该验算地网的接触电势和跨步电压，必要时应采取防止高电位外引的隔离措施。
当系统发生接地故障时，产生的接地短路电流经三种途径流入系统接地中性点。其一，经架空地线—杆塔系统；其二，经设备接地引下线、地网流入本站内变压器中性点；其三，经地网入地后通过大地流回系统中性点。所以，正确地考虑和计算各部分短路电流值，对合理地设计接地网有着很大的影响。
对于有效接地系统110kV以上变电站，线路架空地线都直接与变电站出线架构相连。当发生接地短路时，很大一部分短路电流经架空地线系统分流，在计算时，应考虑该部分分流作用。发生接地故障时，总的短路电流是一定的，增大架空地线的分流电流，入地短路电流就相应减小，因此，降低架空地线的阻抗也是接地設计时需要考虑的重要方面。架空地线采用良导体，合理利用架空地线系统分流，将使地网的设计条件更为有利。
经分析可知，入地短路电流是总的接地短路电流减去架空地线的分流，再减去流经变压器中性点的电流。如此计算，实际入地短路电流值就相对比较小，根据R≤2000/I的要求，接地电阻相应的允许值就比较大，此时按规定值控制，设计自然就容易满足。
二、接地装置布置方式的比选
土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料，由于受到测量设备、方法等条件的限制，土壤电阻率的测量往往不够准确。为保证电阻率测量准确性，勘测时可以采用两种以上的方法（如接地摇表法和电流电压法等），对所测结果相互对照，提高精度，减小误差。
根据地网接地电阻的估算公式：
R≈0.5ρ/（Ω）
式中：
ρ——土壤电阻率（Ω·m）
s—接地网面积（m2）
R—地网接地电阻（Ω）
ρ一定时，接地电阻基本上由接地网面积决定。因此，在地网布置设计时，应充分利用变电站的全部可利用面积，如果地网面积过小，其接地电阻是很难降低的。
在110kV及以上变电站中，一般采用以水平接地线为主，带有垂直接地极的复合型地网。根据试验测定，水平地网中附加长2.5m、直径40mm的垂直接地极若干，其接地电阻仅下降2.8%～8%。但垂直接地极对冲击电流、雷电流散流作用较好, 因此，在地网及独立避雷针、线路避雷线、避雷器的引下线等处均应敷设垂直接地极，以加强集中接地和散泄雷电流。
接地网布置方式有长孔与方孔两种，当包括地网外周4根在内的均压带总根数在18根及以下时，常采用长孔接地网，如图1（a）所示。变电站占地面积一般不超过100×100m2，考虑均压线间屏蔽作用，均压线总根数通常设为8～12根左右，较多采用长孔方式布置，但与方孔布置相比，存在以下问题。
（一）长孔地网某一条均压线断开时，均压带的分流作用明显降低。而方孔地网纵、横向均压带相互交错，当某条均压线断开时，对分流效果影响不大，优于长孔地网。
（二）长孔地网均压线距离较长，发生接地故障时，沿均压线电压降较大，易造成二次控制电缆和设备损坏。而方孔网均压效果较好且可靠性高，如图1（b）所示。
因此，在变电站接地网设计时，条件允许时采用方孔均压网设计更为可靠，利于提高接地安全性，但工程造价及施工难度也将相对提高。但不可因此忽视了接地形式比选，尤其是特别重要的变电站如大型风电场中心枢纽站、220kV及以上站等设计时需慎重比选地网布置方案。
三、选择接地材料与设计防腐措施
地网腐蚀会引起安全隐患，如接地引下线断开使高压运行设备处于无接地状态；地下主网腐蚀断裂分割成几块，发生接地时使二次设备烧坏等。另外，接地网属隐蔽工程，埋于地下后不易检查、修复，应重视接地网防腐问题。
地网材料常规选用扁钢和圆钢两种，相同截面的扁钢与圆钢与周围土壤介质的接触面不同，但由于其腐蚀机理不尽相同，腐蚀结果基本上一致，因此，选用扁钢还是圆钢在效果上没有很大差别。
接地网材料的腐蚀状态应根据变电站当地的腐蚀参数进行计算，但一般情况下腐蚀参数很难测定，因此，在工程设计没有实际数据时可参考表1数据，按此考虑较为接近实际。
表1接地线和接地体年平均最大腐蚀速度（总厚度）（mm/a）
土壤电阻率
种类 300Ω·m
以上 50~300Ω·m 50Ω·m以下及
重盐碱地区
扁钢 0.05~0.1 0.1~0.2 专门研究解决
圆钢 0.07~0.3 0.3~0.4
镀锌扁钢、圆钢 0.065 0.065
接地线的寿命一般按25~30年考虑其防腐设计，通常在设计年限内采用热镀锌、热镀锡等措施，并按上述防腐要求选取材料截面，对于大接地短路电流系统，还须校验其热稳定。
四、验算接触电势与跨步电压
接触电势与跨步电压是地网安全性设计的两个重要参数，规程中指出这两参数不应超过下列数值：
Ut=（174+0.17ρf）/
Us=（174+0.7ρf）/
式中：
Ut——接触电位差（V）
Us——跨步电位差（V）
ρf——人站立处地表面土壤电阻率（Ω·m）
t——接地短路（故障）电流的持续时间（s）
对于一个给定的变电站，短路产生的最大接触电势和最大跨步电压是可以确定的。从公式中可以看出，用提高ρf值来提高Ut 、Us的允许值也是合理设计的一个重要方面。当变电站的接触电势、跨步电压不满足要求时，设备区可采用做绝缘操作平台、做局部均压网；道路采用砾石、碎石或沥青混凝土等高土壤电阻率路面结构来处理。
需要清楚的是，这些措施并未改变地面上的电位梯度，而是提高地面电阻率，从而降低人身承受的电压，所以必须注意定期维护，以确保安全。
五、降阻剂作用机理
近年来，降阻剂在电力系统接地工程中得到了广泛的应用，其主要作用是降低与地网接触的局部土壤电阻率，实质是降低地网与土壤的接触电阻，而不是降低地网本身的接地电阻，要避免认识上的误区。
另外，降阻剂会污染水源，有的还含有一定的毒性，对人体和环境有害，故应慎用。
六、参考文献：
[1]姚良铸，110kV变电站立体接地网设计问题分析[J].中国电力，2002，（11）：57-59.
[2]甘德辉，探讨降低高土壤电阻率地区接地电阻的几种方法[J].电力自动化产品信息，2002，（4）：47-48.
关键字：变电站；设计；问题分析
中图分类号：TM411文献标识码： A
一、正确分析短路电流
《交流电气装置的接地》（DL/T621—1997）中对接地电阻值有具体的规定，一般情况下R≤2000/I(Ω)，《电力工程电气设计手册》中规定通常不大于0.5Ω。在高土壤电阻率地区，当要求接地装置做到规定的接地电阻在技术经济上很不合理时，大接地短路电流系统接地电阻可以为R≤5Ω，但应采取相应措施。根据规程规定，主要是以发生接地故障时，接地电位的升高不超过2000V进行控制，其次以接地电阻不大于0.5Ω和5Ω进行要求。
接地的实质是发生接地短路时，故障点地电位的升高，起作用的是电位而不是电阻。接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数，但不是唯一的参数。随着电力系统容量的不断增大，一般情况下单相短路电流值较大，从安全运行的角度出发，不管在什么情况下，都应该验算地网的接触电势和跨步电压，必要时应采取防止高电位外引的隔离措施。
当系统发生接地故障时，产生的接地短路电流经三种途径流入系统接地中性点。其一，经架空地线—杆塔系统；其二，经设备接地引下线、地网流入本站内变压器中性点；其三，经地网入地后通过大地流回系统中性点。所以，正确地考虑和计算各部分短路电流值，对合理地设计接地网有着很大的影响。
对于有效接地系统110kV以上变电站，线路架空地线都直接与变电站出线架构相连。当发生接地短路时，很大一部分短路电流经架空地线系统分流，在计算时，应考虑该部分分流作用。发生接地故障时，总的短路电流是一定的，增大架空地线的分流电流，入地短路电流就相应减小，因此，降低架空地线的阻抗也是接地設计时需要考虑的重要方面。架空地线采用良导体，合理利用架空地线系统分流，将使地网的设计条件更为有利。
经分析可知，入地短路电流是总的接地短路电流减去架空地线的分流，再减去流经变压器中性点的电流。如此计算，实际入地短路电流值就相对比较小，根据R≤2000/I的要求，接地电阻相应的允许值就比较大，此时按规定值控制，设计自然就容易满足。
二、接地装置布置方式的比选
土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料，由于受到测量设备、方法等条件的限制，土壤电阻率的测量往往不够准确。为保证电阻率测量准确性，勘测时可以采用两种以上的方法（如接地摇表法和电流电压法等），对所测结果相互对照，提高精度，减小误差。
根据地网接地电阻的估算公式：
R≈0.5ρ/（Ω）
式中：
ρ——土壤电阻率（Ω·m）
s—接地网面积（m2）
R—地网接地电阻（Ω）
ρ一定时，接地电阻基本上由接地网面积决定。因此，在地网布置设计时，应充分利用变电站的全部可利用面积，如果地网面积过小，其接地电阻是很难降低的。
在110kV及以上变电站中，一般采用以水平接地线为主，带有垂直接地极的复合型地网。根据试验测定，水平地网中附加长2.5m、直径40mm的垂直接地极若干，其接地电阻仅下降2.8%～8%。但垂直接地极对冲击电流、雷电流散流作用较好, 因此，在地网及独立避雷针、线路避雷线、避雷器的引下线等处均应敷设垂直接地极，以加强集中接地和散泄雷电流。
接地网布置方式有长孔与方孔两种，当包括地网外周4根在内的均压带总根数在18根及以下时，常采用长孔接地网，如图1（a）所示。变电站占地面积一般不超过100×100m2，考虑均压线间屏蔽作用，均压线总根数通常设为8～12根左右，较多采用长孔方式布置，但与方孔布置相比，存在以下问题。
（一）长孔地网某一条均压线断开时，均压带的分流作用明显降低。而方孔地网纵、横向均压带相互交错，当某条均压线断开时，对分流效果影响不大，优于长孔地网。
（二）长孔地网均压线距离较长，发生接地故障时，沿均压线电压降较大，易造成二次控制电缆和设备损坏。而方孔网均压效果较好且可靠性高，如图1（b）所示。
因此，在变电站接地网设计时，条件允许时采用方孔均压网设计更为可靠，利于提高接地安全性，但工程造价及施工难度也将相对提高。但不可因此忽视了接地形式比选，尤其是特别重要的变电站如大型风电场中心枢纽站、220kV及以上站等设计时需慎重比选地网布置方案。
三、选择接地材料与设计防腐措施
地网腐蚀会引起安全隐患，如接地引下线断开使高压运行设备处于无接地状态；地下主网腐蚀断裂分割成几块，发生接地时使二次设备烧坏等。另外，接地网属隐蔽工程，埋于地下后不易检查、修复，应重视接地网防腐问题。
地网材料常规选用扁钢和圆钢两种，相同截面的扁钢与圆钢与周围土壤介质的接触面不同，但由于其腐蚀机理不尽相同，腐蚀结果基本上一致，因此，选用扁钢还是圆钢在效果上没有很大差别。
接地网材料的腐蚀状态应根据变电站当地的腐蚀参数进行计算，但一般情况下腐蚀参数很难测定，因此，在工程设计没有实际数据时可参考表1数据，按此考虑较为接近实际。
表1接地线和接地体年平均最大腐蚀速度（总厚度）（mm/a）
土壤电阻率
种类 300Ω·m
以上 50~300Ω·m 50Ω·m以下及
重盐碱地区
扁钢 0.05~0.1 0.1~0.2 专门研究解决
圆钢 0.07~0.3 0.3~0.4
镀锌扁钢、圆钢 0.065 0.065
接地线的寿命一般按25~30年考虑其防腐设计，通常在设计年限内采用热镀锌、热镀锡等措施，并按上述防腐要求选取材料截面，对于大接地短路电流系统，还须校验其热稳定。
四、验算接触电势与跨步电压
接触电势与跨步电压是地网安全性设计的两个重要参数，规程中指出这两参数不应超过下列数值：
Ut=（174+0.17ρf）/
Us=（174+0.7ρf）/
式中：
Ut——接触电位差（V）
Us——跨步电位差（V）
ρf——人站立处地表面土壤电阻率（Ω·m）
t——接地短路（故障）电流的持续时间（s）
对于一个给定的变电站，短路产生的最大接触电势和最大跨步电压是可以确定的。从公式中可以看出，用提高ρf值来提高Ut 、Us的允许值也是合理设计的一个重要方面。当变电站的接触电势、跨步电压不满足要求时，设备区可采用做绝缘操作平台、做局部均压网；道路采用砾石、碎石或沥青混凝土等高土壤电阻率路面结构来处理。
需要清楚的是，这些措施并未改变地面上的电位梯度，而是提高地面电阻率，从而降低人身承受的电压，所以必须注意定期维护，以确保安全。
五、降阻剂作用机理
近年来，降阻剂在电力系统接地工程中得到了广泛的应用，其主要作用是降低与地网接触的局部土壤电阻率，实质是降低地网与土壤的接触电阻，而不是降低地网本身的接地电阻，要避免认识上的误区。
另外，降阻剂会污染水源，有的还含有一定的毒性，对人体和环境有害，故应慎用。
六、参考文献：
[1]姚良铸，110kV变电站立体接地网设计问题分析[J].中国电力，2002，（11）：57-59.
[2]甘德辉，探讨降低高土壤电阻率地区接地电阻的几种方法[J].电力自动化产品信息，2002，（4）：47-48.