论文部分内容阅读
摘要：国网新疆电力公司培训中心对所拥有的110kV八户梁变电站进行改造，涉及变压器改造、母线改造、二次侧改造及接地网改造。其中接地网改造由于具有一次性建设、改造费用高、维护困难等特点，特别是新疆地区位于西北干旱区域，土壤碱性强，很多地方为盐碱土壤，在设计过程中需要给予充分考虑。结合接地电阻与短路电流、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问题进行全面设计。
关键词：变电所；站内接地网；实际短路电流计算；防腐措施
中图分类号：TM63 ； ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ； ；文章编号：1007-0079（2014）18-0123-02
变电站接地是保证电工设备正常工作和人身安全而采取的安全措施，借助金属导线与接地装置连接来实现。
一、站内接地装置
110kV八户梁变电站站内接地装置由接地体与接地线组成。接地体是金属导体与土壤直接接触，设置在变电站外4m处。电气设备需接地点通过与接地体连接的金属导体称为接地线。110kV八户梁变电所采用人工接地体利用垂直埋置的热镀锌钢（按照设计年限不应小于30年的要求，流过接地引下线的短路电流为30kA，短路持续时间为0.6s，截面积最小尺寸为：30×103×=277mm2，考虑到碱性土壤的影响，扁钢尺寸：60mm×60mm，接地体表面镀锌，埋入地表面下1.5米处）。
二、站内碱性土壤分析与防腐措施
一是覆盖层：使用石油沥青覆盖层，约10cm厚；二是镀层保护：镀锌层；三是土质处理：将腐蚀性强的土壤置换出；[4]四是接地体采取阴极保护；五是接地体周围包裹膨润土降阻剂。[1]
三、站内接地种类
110kV八户梁变电站采用以下五种接地：工作接地、保护接地、屏蔽接地、防雷接地、防静电接地。
1.工作接地
110kV八户梁变电站两台主变压器采用中心点接地，以大地电位为参考电位，降低整个系统对地绝缘水平的要求，确保系统的正常、安全运行。
2.保护接地
防止电气设备因为绝缘老化、老鼠啃咬电线漏电而导致外部金属壳带电，采取保护性措施，将带电体外壳的电荷及时导入地下，110kV八户梁变电站采用新疆特变电工的保护接地线。
3.屏蔽接地
110kV八户梁变电站改造后新添加了大量的紧密电子设备，特别是在二次侧，将电磁场噪声源与二次设备隔离，切断噪声源传播。首先，采取主动屏蔽，以屏蔽噪声源，防止噪声源向外辐射；其次，利用被动屏蔽防止敏感设备遭到噪声源的干扰。屏蔽接地线由铜、铝等非磁性材料制成。
4.防雷接地
110kV八户梁变电站母线采用阀型避雷器（氧化锌避雷器），接地电阻小于5Ω。作用是限制雷电引起的过电压和因系统操作产生的过电压；采用独立避雷针把雷电流引入大地，接地电阻小于10Ω，直径为19mm镀锌圆钢，作用是限制直击雷电、感应雷电和综合性雷电。利用“滚球法”计算保护半径和保护范围。
5.防静电接地
110kV八户梁变电站继电保护室采用微机保护，对防止静电危害影响要求比较高，要求防静电地线的埋设点应距建筑物和设备地20米以外；埋设要求：四点接地，每隔5m挖深1.6m坑，将2.1m以上铜棒打入坑内，用3mm厚铜排将这四处焊接在一起，最后用绝缘铜芯线焊接入室内为干线；为增加土壤导电性，坑内加入木炭粉和工业盐，测量接地电阻，应小于3Ω。
6.短路电流分析
110kV八户梁变电站造成短路电流的原因包括以下六种（见表1）。为了有效避免各种短路的发生，110kV八户梁变电站采取了如下措施：一是变压器分列运行，并采用高阻抗变压器；二是采用母线分段运行；三是采用抗老化能力较高的绝缘保护层；四是改变运行方式、倒母线、电气设备检修等工作，严格按照操作规程进行，履行“两票三制”的相关要求；五是按规章制度增设挡鼠板、增添封堵泥；六是减灾妨害，及时消除变电站周围的积雪、树枝等。
数据参数：110kV进出线回路工作电流Ig=1323/523A；零秒短路电流I0=13.68kA；短路冲击电路峰值ich=34.82；4秒短路电流热效应Q4=750KA2·S。
表1 ；110kV八户梁变电站造成短路电流的原因
1 电气设备的绝缘因陈旧老化或受到机械外力破坏损伤绝缘保护层
2 雷电过电压，电气设备的绝缘击穿
3 误操作（带负荷拉刀闸、检修后未及时拆除接地线就送电造成）
4 小动物啃咬绝缘保护层
5 接线错误（低电压设备误接入高电压电源、互感器的一二次线圈接反）
6 风暴、冰灾等自然原因造成供电线路断线、搭接、碰撞而短路
四、接地装置布置方式的比选
地网接地电阻的估算公式：
注意事项：ρ恒定时，接地网面积就可以决定接地电阻，确定地网面积后确定接地电阻。在确保安全的情况下，从经济性考虑，选取地网面积适中（土壤电阻率不是一个恒定的值，影响土壤电阻率的因素很多，主要有以下几个方面的影响：土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量的影响；土质的影响；土壤致密性的影响；季节因素的影响）。
110kV八户梁变电站采用水平接地线并有垂直接地极的复合型地网。垂直接地极对地网的接地电阻值影响并不大，据实验验证，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%。但是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、避雷器的引下线处应敷设垂直接地极，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所示。110kV八户梁变电站占地面积不超过100×100m2，考虑到均压线间屏蔽作用，均压线总根数为12根，采用长孔方式布置，但与方孔布置相比，存在以下问题：一是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。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。[2]二是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2（b）所示。采用方孔均压网设计的可靠性和接地安全性都会提高，缺点是工程造价及施工难度也相对提高。110kV八户梁变电站采用长孔地网。[3]
五、接地装置施工管理
本次改造采取总承包模式，并编制招标文件。依据工程设计图纸、市场价格及计价方法进行费用计算，同时采用专业监理人员。总承包单位和各分包单位均应按承建的机电工程特点，分析影响工程质量的主要因素，加以预控。参与工程的作业人员要持证上岗，并且证书在有效期内。
六、接地原材料除锈工作
对于此次防腐蚀工程所用的原材料，要求供货商提供产品质量证明文件、质量检验报告和产品技术文件。采用动力工具除锈金属表面处理，要求质量等级为St2级。
110kV八户梁变电站采用了热镀锌钢材，水平敷设可采用扁钢。考虑到新疆是腐蚀严重的地区，采用1.2倍截面积进行粘结力和附着力检查检测。
七、接地装置敷设
利用接地电阻测量仪测量接地电阻，确保符合施工要求。电气设备与接地支线的连接采取焊接方式。考虑到接地网焊接面积大，质量要求高，该变电站采用埋弧焊（焊接质量好、速度快），并且进行焊接工艺评定。拟定焊接工艺细则卡同时进行验证性试验。
表2 ；接地网焊接检验项目
焊前检验 检查原材料（100%合格）；检查施焊技术要求（不得漏项）；检查埋弧焊机（合格）、使用塑性好的焊条；检查焊工资格（持证上岗）；检查焊接环境（禁止在雨天、5级以上的大风天施焊）
焊中检验 控制焊接顺序；控制焊接温度和变形；控制表面缺陷（严禁夹渣、裂纹、气孔出现）
焊后检验 肉眼观察焊缝表面，确保无裂纹、气孔等；用检验尺测量焊缝余高；用样板和量具测量变形；检测焊缝是否过于集中
八、接地装置施工验收
一是检查整个接地网外露部分，确认连接可靠，接地线符合规格要求，防腐层合格，所需标志齐全明显。二是避雷针安装位置和高度依据设计要求安装，防雷范围符合要求。三是供连接临时接地线用的连接板的数量和位置符合设计要求。四是工频接地电阻值符合设计规定，雨后禁止立即测量接地电阻。五是隐蔽工程符合设计要求。
参考文献：
[1]刘京丽，张晔.变电站接地网防腐措施的经济性比较[J].新疆电力技术，2010，（2）.
[2]王厚余.变电所的系统接地和杂散电流[J].建筑电气，2007，（9）.
[3]姚良铸.110kV变电站立体接地网设计问题分析[J].中国电气，2002，（11）.
[4]邢光熹.土壤测试[J].土壤学进展，1987，（4）.
（责任编辑：孙晴）
关键词：变电所；站内接地网；实际短路电流计算；防腐措施
中图分类号：TM63 ； ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ； ；文章编号：1007-0079（2014）18-0123-02
变电站接地是保证电工设备正常工作和人身安全而采取的安全措施，借助金属导线与接地装置连接来实现。
一、站内接地装置
110kV八户梁变电站站内接地装置由接地体与接地线组成。接地体是金属导体与土壤直接接触，设置在变电站外4m处。电气设备需接地点通过与接地体连接的金属导体称为接地线。110kV八户梁变电所采用人工接地体利用垂直埋置的热镀锌钢（按照设计年限不应小于30年的要求，流过接地引下线的短路电流为30kA，短路持续时间为0.6s，截面积最小尺寸为：30×103×=277mm2，考虑到碱性土壤的影响，扁钢尺寸：60mm×60mm，接地体表面镀锌，埋入地表面下1.5米处）。
二、站内碱性土壤分析与防腐措施
一是覆盖层：使用石油沥青覆盖层，约10cm厚；二是镀层保护：镀锌层；三是土质处理：将腐蚀性强的土壤置换出；[4]四是接地体采取阴极保护；五是接地体周围包裹膨润土降阻剂。[1]
三、站内接地种类
110kV八户梁变电站采用以下五种接地：工作接地、保护接地、屏蔽接地、防雷接地、防静电接地。
1.工作接地
110kV八户梁变电站两台主变压器采用中心点接地，以大地电位为参考电位，降低整个系统对地绝缘水平的要求，确保系统的正常、安全运行。
2.保护接地
防止电气设备因为绝缘老化、老鼠啃咬电线漏电而导致外部金属壳带电，采取保护性措施，将带电体外壳的电荷及时导入地下，110kV八户梁变电站采用新疆特变电工的保护接地线。
3.屏蔽接地
110kV八户梁变电站改造后新添加了大量的紧密电子设备，特别是在二次侧，将电磁场噪声源与二次设备隔离，切断噪声源传播。首先，采取主动屏蔽，以屏蔽噪声源，防止噪声源向外辐射；其次，利用被动屏蔽防止敏感设备遭到噪声源的干扰。屏蔽接地线由铜、铝等非磁性材料制成。
4.防雷接地
110kV八户梁变电站母线采用阀型避雷器（氧化锌避雷器），接地电阻小于5Ω。作用是限制雷电引起的过电压和因系统操作产生的过电压；采用独立避雷针把雷电流引入大地，接地电阻小于10Ω，直径为19mm镀锌圆钢，作用是限制直击雷电、感应雷电和综合性雷电。利用“滚球法”计算保护半径和保护范围。
5.防静电接地
110kV八户梁变电站继电保护室采用微机保护，对防止静电危害影响要求比较高，要求防静电地线的埋设点应距建筑物和设备地20米以外；埋设要求：四点接地，每隔5m挖深1.6m坑，将2.1m以上铜棒打入坑内，用3mm厚铜排将这四处焊接在一起，最后用绝缘铜芯线焊接入室内为干线；为增加土壤导电性，坑内加入木炭粉和工业盐，测量接地电阻，应小于3Ω。
6.短路电流分析
110kV八户梁变电站造成短路电流的原因包括以下六种（见表1）。为了有效避免各种短路的发生，110kV八户梁变电站采取了如下措施：一是变压器分列运行，并采用高阻抗变压器；二是采用母线分段运行；三是采用抗老化能力较高的绝缘保护层；四是改变运行方式、倒母线、电气设备检修等工作，严格按照操作规程进行，履行“两票三制”的相关要求；五是按规章制度增设挡鼠板、增添封堵泥；六是减灾妨害，及时消除变电站周围的积雪、树枝等。
数据参数：110kV进出线回路工作电流Ig=1323/523A；零秒短路电流I0=13.68kA；短路冲击电路峰值ich=34.82；4秒短路电流热效应Q4=750KA2·S。
表1 ；110kV八户梁变电站造成短路电流的原因
1 电气设备的绝缘因陈旧老化或受到机械外力破坏损伤绝缘保护层
2 雷电过电压，电气设备的绝缘击穿
3 误操作（带负荷拉刀闸、检修后未及时拆除接地线就送电造成）
4 小动物啃咬绝缘保护层
5 接线错误（低电压设备误接入高电压电源、互感器的一二次线圈接反）
6 风暴、冰灾等自然原因造成供电线路断线、搭接、碰撞而短路
四、接地装置布置方式的比选
地网接地电阻的估算公式：
注意事项：ρ恒定时，接地网面积就可以决定接地电阻，确定地网面积后确定接地电阻。在确保安全的情况下，从经济性考虑，选取地网面积适中（土壤电阻率不是一个恒定的值，影响土壤电阻率的因素很多，主要有以下几个方面的影响：土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量的影响；土质的影响；土壤致密性的影响；季节因素的影响）。
110kV八户梁变电站采用水平接地线并有垂直接地极的复合型地网。垂直接地极对地网的接地电阻值影响并不大，据实验验证，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%。但是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、避雷器的引下线处应敷设垂直接地极，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所示。110kV八户梁变电站占地面积不超过100×100m2，考虑到均压线间屏蔽作用，均压线总根数为12根，采用长孔方式布置，但与方孔布置相比，存在以下问题：一是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。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。[2]二是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2（b）所示。采用方孔均压网设计的可靠性和接地安全性都会提高，缺点是工程造价及施工难度也相对提高。110kV八户梁变电站采用长孔地网。[3]
五、接地装置施工管理
本次改造采取总承包模式，并编制招标文件。依据工程设计图纸、市场价格及计价方法进行费用计算，同时采用专业监理人员。总承包单位和各分包单位均应按承建的机电工程特点，分析影响工程质量的主要因素，加以预控。参与工程的作业人员要持证上岗，并且证书在有效期内。
六、接地原材料除锈工作
对于此次防腐蚀工程所用的原材料，要求供货商提供产品质量证明文件、质量检验报告和产品技术文件。采用动力工具除锈金属表面处理，要求质量等级为St2级。
110kV八户梁变电站采用了热镀锌钢材，水平敷设可采用扁钢。考虑到新疆是腐蚀严重的地区，采用1.2倍截面积进行粘结力和附着力检查检测。
七、接地装置敷设
利用接地电阻测量仪测量接地电阻，确保符合施工要求。电气设备与接地支线的连接采取焊接方式。考虑到接地网焊接面积大，质量要求高，该变电站采用埋弧焊（焊接质量好、速度快），并且进行焊接工艺评定。拟定焊接工艺细则卡同时进行验证性试验。
表2 ；接地网焊接检验项目
焊前检验 检查原材料（100%合格）；检查施焊技术要求（不得漏项）；检查埋弧焊机（合格）、使用塑性好的焊条；检查焊工资格（持证上岗）；检查焊接环境（禁止在雨天、5级以上的大风天施焊）
焊中检验 控制焊接顺序；控制焊接温度和变形；控制表面缺陷（严禁夹渣、裂纹、气孔出现）
焊后检验 肉眼观察焊缝表面，确保无裂纹、气孔等；用检验尺测量焊缝余高；用样板和量具测量变形；检测焊缝是否过于集中
八、接地装置施工验收
一是检查整个接地网外露部分，确认连接可靠，接地线符合规格要求，防腐层合格，所需标志齐全明显。二是避雷针安装位置和高度依据设计要求安装，防雷范围符合要求。三是供连接临时接地线用的连接板的数量和位置符合设计要求。四是工频接地电阻值符合设计规定，雨后禁止立即测量接地电阻。五是隐蔽工程符合设计要求。
参考文献：
[1]刘京丽，张晔.变电站接地网防腐措施的经济性比较[J].新疆电力技术，2010，（2）.
[2]王厚余.变电所的系统接地和杂散电流[J].建筑电气，2007，（9）.
[3]姚良铸.110kV变电站立体接地网设计问题分析[J].中国电气，2002，（11）.
[4]邢光熹.土壤测试[J].土壤学进展，1987，（4）.
（责任编辑：孙晴）