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发电厂、变电站集中安装了最重要的电气设备和电气装置,因此需要有良好的接地装置,以实现工作接地、保护接地和防雷接地的综合要求。实际工程中,一般是统一敷设一接地网,称主接地网,而在避雷针和避雷器附近下面,再加设一组集中的防雷接地体,加强泄放雷电流之用,从而构成发电厂、变电站完整的接地装置。表征发电厂、变电站地网的主要电气参数有:接地电阻、接触电势、跨步电势、接地电位升和转移电势。在高土壤电阻率地区且地网面积受限的情况下,要使接地电阻满足规程要求是十分困难的,但是只要合理设计,如果在不过分注重低接地电阻的情况下,仍然能够设计出满足安全要求的地网。
一、变电站接地网的设计
(一)接地电阻的设计
地网设计中的接地电阻应重点注意三个值,即土壤电阻率值、地网接地电阻的允许值和地网接地电阻的实际值,其中土壤电阻率值是设计的基础,接地电阻允许值是设计的目标,接地电阻实际值是设计的计算结果。地网接地电阻的实际值包括设计阶段的计算值和施工完成后的实测值两种。土壤电阻率ρ的大小直接关系地网设计的难易和接地网工程造价的高低。土壤电阻率高时,一方面地网接地电阻很难达到允许值要求,另一方面为降低接地电阻需采取多种措施,从而拖长工程工期并大幅增加工程造价。因此设计选站址时,应当充分考虑该处的土质情况及其对接地网工程的影响。ρ的取值,不但要考虑地网的不同地点和不同深度,还得考虑站址季节因素的影响。对于地网接地电阻的允许值,通过相应的标准和规程我们可以很容易地查到依据和要求(Rg≤2 000/I,其中I为短路点入地电流),但在设计中不能生搬硬套,应根据变电站的实际情况灵活运用。
(二)接地极的设计
接地极是地网的基本组成部分,一般包括水平接地极和垂直接地极两种。其中水平接地极既有均压、减小接触电压和跨步电压的作用,又有散流作用。而垂直接地极主要取散泄冲击电流的作用。受水平接地极的屏蔽影响,垂直接地极对地网接地电阻的改善不大。而地网的接地电阻主要是由水平接地极的闭合面积决定的,所以设计中一般地网由水平接地极闭合而成,只是在避雷针、避雷器、变压器中性点,消弧线圈中性点等冲击电流较大的位置及地网边沿一圈加装由垂直接地极构成的集中接地装置,相当于扩大了地网的面积,减少接地电阻。如果搞深井接地,也应安放在地网边沿,效果才好;如安放于地网中间时,由于水平接地极的屏蔽作用,其效果大减。接地极的设计关键在于接地极的选择和布置。接地极材料和规格的选择既要满足短路热稳定要求,还要考虑腐蚀后的使用寿命。接地极的布置在满足散流的作用下,还应保证均压、减小接触电压和跨步电压的作用。
二、接地网的均压优化设计
由于地网内电流密度分布不同,土壤电阻率不均匀等原因,使地网内存在着局部电位差,特别是像本工程所存在的高土壤电阻率,降低接地电阻比较困难,如再因地网布局不合理而产生较大电位差时,可能直接对二次回路形成威胁,因此尽量使地表电位分布均匀就显得相当重要。接地网的均压优化设计就是一种使地表电位分布均匀的技术,是全面有效提高二次回路抗干扰性能和地网安全性的重要措施。
(一)方孔均压网的设计
以往在变电站设计中,常常采用长孔地网,这种地网均压线与主网连接薄弱,均压线距离较长,发生接地故障时,沿均压降较大,易造成二次控制电缆和设备损坏。当某一条均压线断开时,均压带的分流作用明显降低。本工程所采用的方孔地网均压带纵横交错,当某条均压线断开时,对地网的分流效果影响不大,可以更好地保障接地网的安全性。
(二)不等间距布置
普通接地网一般是采用等间距布置,即接地导体之间的间距基本相等。而有关运行经验表明,采用不等间距接地网,或者在故障电流集中的变压器中性点、避雷器的接地点等处采用加强的集中接地装置,可以增加短路电流通道,抑制电网产生较大电位差,值得我们在设计中加以推广。不等间距布置接地网的原理是考虑到接地网对中间部分导体的屏蔽性,接地导体的布置应该是中间稀,四周布置比中间部分密,使所有接地导体得到充分利用。在进行湛江110kV龙潮变电站的地网设计时,采用了中间稀、四周密的不等间距方孔均压网设计,水平接地导体间距在为4～6 m之间,且在故障电流集中的变压器中性点、避雷器的接地点等处采用2 m长1 m深的加强集中接地装置。
三、二次系统接地的优化设计
变电站接地系统的优化主要有两个方面,一次系统接地优化设计和二次系统的接地优化设计。在变电站中,一次系统接地是以防雷、保护为目的的,但它对二次回路的电磁兼容有重要影响,如果接地合适,可以减少所内的高频瞬变电压幅值,特别是减少电网中各点的瞬变电位差,以降低电网中的瞬变电位升高。同时,二次系统的接地也起着及其重要的作用,正确的二次系统接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备本身对外界的干扰;而错误的接地,如接地点选取不当或接地方式选取和设计欠佳时,接地回路中就可能有干扰电流流过而使地电位发生变化,接地系统各接地点之间就会因相对电位差的形成而在二次回路中产生共模干扰,使二次电子设备无法正常工作,甚至引发事故。因此,在湛江110kV龙潮变电站地网设计中,除了优化一次系统的接地外,还采用了合理的方式敷设二次电缆及选择正确的走向等措施以避免或减少周围电磁场对二次电缆的干扰。
这些措施包括:将低电平的信号电缆与高电平电缆分开;二次电缆在变电站内的走向呈辐射状;二次电缆远离高压母线和暂态电流的人地点,并减少和母线的平行长度;利用电缆沟的屏蔽作用。变电站接地系统的好坏直接威胁着站内人员及设备的安全,接地网本身及对二次回路的干扰问题应引起足够重视。所以,我们在变电站接地网的工程设计中应该根据现场的实际情况加以分析,通过接地网的优化设计,力求从变电站的布置、接地网的结构、二次系统接地的优化设计等方面,来提高接地网的可靠性和二次设备的抗干扰性能,从而提高变电站运行的安全性和可靠性。
四、结束语
作为变电站工程隐蔽项目之一的接地网工程,为保证其工程质量,需要从设计及施工两大方面抓起,才能确保变电站接地网工程的工程质量,才能真正体现"安全第一,预防为主"的安全生产理念,才能确保接地网在变电站运行后发挥应有的作用。
参考文献:
[1]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册(电气一次部分).
[2]交流电气装置的接地.DL/T621-2007.
[3]谭春力,常树生,唐雷,董跃周,周晓虎.变电站接地网优化设计[J].东北电力大学学报, 2007,(06) .
[4] 邹红妮,寥伟. 变电站接地网故障诊断的节点电压线性优化模型[J]. 现代电子技术,2009,(01).
[5]黄小华,邵玉学.变电站接地网的腐蚀与防护[J].全面腐蚀控制,2007,(05).
[6]张洁.变电站接地网优化设计[J].内蒙古石油化工,2006,(4).
[7]梁志大.发电厂、变电站接地网优化设计[J].黑龙江科技信息,2007,(19).
一、变电站接地网的设计
(一)接地电阻的设计
地网设计中的接地电阻应重点注意三个值,即土壤电阻率值、地网接地电阻的允许值和地网接地电阻的实际值,其中土壤电阻率值是设计的基础,接地电阻允许值是设计的目标,接地电阻实际值是设计的计算结果。地网接地电阻的实际值包括设计阶段的计算值和施工完成后的实测值两种。土壤电阻率ρ的大小直接关系地网设计的难易和接地网工程造价的高低。土壤电阻率高时,一方面地网接地电阻很难达到允许值要求,另一方面为降低接地电阻需采取多种措施,从而拖长工程工期并大幅增加工程造价。因此设计选站址时,应当充分考虑该处的土质情况及其对接地网工程的影响。ρ的取值,不但要考虑地网的不同地点和不同深度,还得考虑站址季节因素的影响。对于地网接地电阻的允许值,通过相应的标准和规程我们可以很容易地查到依据和要求(Rg≤2 000/I,其中I为短路点入地电流),但在设计中不能生搬硬套,应根据变电站的实际情况灵活运用。
(二)接地极的设计
接地极是地网的基本组成部分,一般包括水平接地极和垂直接地极两种。其中水平接地极既有均压、减小接触电压和跨步电压的作用,又有散流作用。而垂直接地极主要取散泄冲击电流的作用。受水平接地极的屏蔽影响,垂直接地极对地网接地电阻的改善不大。而地网的接地电阻主要是由水平接地极的闭合面积决定的,所以设计中一般地网由水平接地极闭合而成,只是在避雷针、避雷器、变压器中性点,消弧线圈中性点等冲击电流较大的位置及地网边沿一圈加装由垂直接地极构成的集中接地装置,相当于扩大了地网的面积,减少接地电阻。如果搞深井接地,也应安放在地网边沿,效果才好;如安放于地网中间时,由于水平接地极的屏蔽作用,其效果大减。接地极的设计关键在于接地极的选择和布置。接地极材料和规格的选择既要满足短路热稳定要求,还要考虑腐蚀后的使用寿命。接地极的布置在满足散流的作用下,还应保证均压、减小接触电压和跨步电压的作用。
二、接地网的均压优化设计
由于地网内电流密度分布不同,土壤电阻率不均匀等原因,使地网内存在着局部电位差,特别是像本工程所存在的高土壤电阻率,降低接地电阻比较困难,如再因地网布局不合理而产生较大电位差时,可能直接对二次回路形成威胁,因此尽量使地表电位分布均匀就显得相当重要。接地网的均压优化设计就是一种使地表电位分布均匀的技术,是全面有效提高二次回路抗干扰性能和地网安全性的重要措施。
(一)方孔均压网的设计
以往在变电站设计中,常常采用长孔地网,这种地网均压线与主网连接薄弱,均压线距离较长,发生接地故障时,沿均压降较大,易造成二次控制电缆和设备损坏。当某一条均压线断开时,均压带的分流作用明显降低。本工程所采用的方孔地网均压带纵横交错,当某条均压线断开时,对地网的分流效果影响不大,可以更好地保障接地网的安全性。
(二)不等间距布置
普通接地网一般是采用等间距布置,即接地导体之间的间距基本相等。而有关运行经验表明,采用不等间距接地网,或者在故障电流集中的变压器中性点、避雷器的接地点等处采用加强的集中接地装置,可以增加短路电流通道,抑制电网产生较大电位差,值得我们在设计中加以推广。不等间距布置接地网的原理是考虑到接地网对中间部分导体的屏蔽性,接地导体的布置应该是中间稀,四周布置比中间部分密,使所有接地导体得到充分利用。在进行湛江110kV龙潮变电站的地网设计时,采用了中间稀、四周密的不等间距方孔均压网设计,水平接地导体间距在为4～6 m之间,且在故障电流集中的变压器中性点、避雷器的接地点等处采用2 m长1 m深的加强集中接地装置。
三、二次系统接地的优化设计
变电站接地系统的优化主要有两个方面,一次系统接地优化设计和二次系统的接地优化设计。在变电站中,一次系统接地是以防雷、保护为目的的,但它对二次回路的电磁兼容有重要影响,如果接地合适,可以减少所内的高频瞬变电压幅值,特别是减少电网中各点的瞬变电位差,以降低电网中的瞬变电位升高。同时,二次系统的接地也起着及其重要的作用,正确的二次系统接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备本身对外界的干扰;而错误的接地,如接地点选取不当或接地方式选取和设计欠佳时,接地回路中就可能有干扰电流流过而使地电位发生变化,接地系统各接地点之间就会因相对电位差的形成而在二次回路中产生共模干扰,使二次电子设备无法正常工作,甚至引发事故。因此,在湛江110kV龙潮变电站地网设计中,除了优化一次系统的接地外,还采用了合理的方式敷设二次电缆及选择正确的走向等措施以避免或减少周围电磁场对二次电缆的干扰。
这些措施包括:将低电平的信号电缆与高电平电缆分开;二次电缆在变电站内的走向呈辐射状;二次电缆远离高压母线和暂态电流的人地点,并减少和母线的平行长度;利用电缆沟的屏蔽作用。变电站接地系统的好坏直接威胁着站内人员及设备的安全,接地网本身及对二次回路的干扰问题应引起足够重视。所以,我们在变电站接地网的工程设计中应该根据现场的实际情况加以分析,通过接地网的优化设计,力求从变电站的布置、接地网的结构、二次系统接地的优化设计等方面,来提高接地网的可靠性和二次设备的抗干扰性能,从而提高变电站运行的安全性和可靠性。
四、结束语
作为变电站工程隐蔽项目之一的接地网工程,为保证其工程质量,需要从设计及施工两大方面抓起,才能确保变电站接地网工程的工程质量,才能真正体现"安全第一,预防为主"的安全生产理念,才能确保接地网在变电站运行后发挥应有的作用。
参考文献:
[1]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册(电气一次部分).
[2]交流电气装置的接地.DL/T621-2007.
[3]谭春力,常树生,唐雷,董跃周,周晓虎.变电站接地网优化设计[J].东北电力大学学报, 2007,(06) .
[4] 邹红妮,寥伟. 变电站接地网故障诊断的节点电压线性优化模型[J]. 现代电子技术,2009,(01).
[5]黄小华,邵玉学.变电站接地网的腐蚀与防护[J].全面腐蚀控制,2007,(05).
[6]张洁.变电站接地网优化设计[J].内蒙古石油化工,2006,(4).
[7]梁志大.发电厂、变电站接地网优化设计[J].黑龙江科技信息,2007,(19).