電力職稱論文刊發電力系統接地網設計

　　本篇文章是由《電信工程技術與標準化》發表的一篇電力論文，(月刊)創刊于1988年，由中國移動通信集團公司主管、中國移動通信集團設計院有限公司、中國通信學會和中國工程建設標準化協會通信工程委員會協辦，旨在為海內外信息工程建設和網絡運行部門提供技術支撐與標準服務的實用性、指導性專業刊物。

　　【摘 要】如今發電廠、變電所電力設備接地裝置的設計遵循的是電力設備接地設計技術規程。隨著電力系統容量的增加，電壓的不斷提高，運行實踐的經驗積累，對問題的認為在不斷深化。本文根據深入研究探討了對各個問題的看法。

　　【關鍵詞】變電所　接地　探討

　　1 關于電力接地系統

　　接地的實質是控制變電所發生接地短路時，故障點地電位的升高，因為接地主要是為了設備及人身的安全，起作用的是電位而不是電阻，接地電阻是衡量地網合格的一個重要參數。接地電阻，《電力設備接地設計技術規程》中對接地電阻值有具體的規定，一般不大于0.5Ω。在高土壤電阻率地區，當接地裝置要求做到規定的接地電阻在技術經濟上極不合理時，大接地短路電流系統接地電阻允許達到5Ω，但應采取措施，如防止高電位外引采取的電位隔離措施，驗算接觸電勢，跨步電壓等。根據規程規定，主要是以發生接地故障時，接地電位的升高不超過2000V進行控制，其次以接地電阻不大于0.5Ω和5Ω進行要求。因地層土壤特性在各層具有不同的特性，電阻率可能沿不同路徑變化。當計算時選取的土壤電阻率合適，計算結果才能反映接地網的情況。我國是用四管法測量，取10米內的土壤電阻率的平均值。實際工作中對土壤 電阻率的測量不夠重視，往往是現場觀察一下，直接從規程中選取一個參考值進行設計工作，有時進行測量也是測取場地平整前的表層土壤電阻率，不能反映該地區的實際情況。這個工作是接地裝置的前期工作， 必須充分注意做好。

　　2 接地網設計問題

　　接地網作為變電所交直流設備接地及防雷保護接地，對系統的安全運行起著重要的作用。由于接地網作為隱性工程容易被人忽視，往往只注意最后的接地電阻的測量結果。隨著電力系統電壓等級的升高及容量的增加，接地不良引起的事故擴大問題屢有發生。因此，接地問題越來越受到重視。變電所地網因其在安全中的重要地位，一次性建設、維護困難等特點在受到重視。其問題可以歸納為以下幾點：一、土壤電阻率的測量工程土壤電阻率的測量是工程接地設計重要的第一手資料，由于受到測量設備、方法等條件的限制，土壤電阻率的測量往往不夠準確。我省地處青藏高原東部，地質結構復雜，變電所占地雖然不大，但多為不均勻地質結構。現在的實測，往往只取3～4個測點，過于簡單。二、長孔地網均壓線與主網連接薄弱，均壓線距離較長，發生接地故障時，沿均壓線電壓降較大，易造成二次控制電纜和設備損壞。當某一條均壓線斷開時，均壓帶的分流作用明顯降低，而方孔地網的均壓帶縱橫交錯，當某條均壓線斷開時，對地網的分流效果影響不大。三、關于變電站內一次線對二次線的影響問題隨著系統容量的增大及系統短路水平的提高，變電站內一次線對二次線的影響問題越來越突出。系統發生接地短路時，強大的人地電流經地網向地中流散，在接地網上將產生強大的電位升，使接地網上的二次設備和二次電纜呈現很高的電位，很可能造成二次電纜或二次絕緣的擊穿或燒毀，這就是反擊事故;人地電流可能經電纜的外皮向地中擴散，纜皮溫度升高使其絕緣加速老化甚至燃燒，這兩種情54•況均能引起高電位引入主控制室，使控制保護設備誤動作。同時人地短路電流在地網中流散時，會在電纜芯線上產生較高的感應電壓，嚴重影響到二次電纜的正常工作。四、國外接地裝置都使用銅材，而且截面積較大。例如某電廠主變壓器區域(比利時設備)，在主變壓器周圍是TJ-150裸銅絞線;跨越主變壓器基礎，埋在混凝土中的是TJ-185裸銅絞線。我們設計的升壓站等，全廠接地裝置是鋼材。這就有一個鋼材被腐蝕而截面積被減少的問題。有兩個問題需要討論：一是接地裝置的服務年限;二是腐蝕速度，以及采取的相應防腐措施。從廣東省中試所“接地網腐蝕調查情況”看，運行10年及以上的130個35～220千伏變電所的接地裝置的挖土檢查，有61個接地網有不同程度的腐蝕，占46.92﹪.腐蝕速度為0.1～0.4∕年。在同一個變電所接地網內，園鋼腐蝕的較扁鋼快3～4倍。接地網的服務年限如何確定，眾說不一。

　　我們考慮，在設計變電所、發電廠升壓站時，是根據5～10年電力系統發展規劃進行設計的。10年以后，電力系統發展的大了，主要設備技術性能不能滿足要求了，就進行更新換代。接地網設計也按同一原則設計是比較合理的。五、在發生接地故障時，地面上可能出現很高的電位梯度，會給運行人員和設備帶來危險;在土壤電阻率很高的情況下，要使接地電阻滿足<0.5n的規定非常困難，即使滿足此規定，也不可能排除危險，但是只要設計合理，也完全能夠達到安全的目的。要考慮電位梯度帶來的危險，就不可避免地要對地網上土壤表層的電位分布進行計算，以往對于等間距布置均壓導體的矩形地網，均采用簡化的計算公式或者經驗公式來計算次邊角網孔的網孔電壓。但要計算地網上土壤表面任何一點的電位，特別是對于復雜形狀的地網，這些公式還不太完善。

　　3 關于電力系統接地網設計的幾點建議

　　目前國內的一些研究機關、大專院校從國外引進一些有關接地網計算的程序，其中的土壤電阻率的計算也是采取這種方法。接地線的熱穩定截面積計算中，短路電流持續時間的取值。單相短路電流持續時間的取值，直接關系到最大接觸電壓、跨步電壓的允許值，關系到接地線截面積的選擇。這個時間的取值方法各異：電力設備接地設計技術規程規定，短路的等效持續時間按主保護動作時間確定，這是考慮到主保護失靈而又遇到系統最大運行方式和最不利的短路點我們位置等各種最不利情況同時出現的概率不高而確定的;另一種意見是計入主保護失靈，加上后備保護動作時間，重合閘斷電時間。通常在計算中取1秒。我們考慮，應按實際網絡情況，取主保護動作時間加后備動作時間及斷路器分閘時間，再為繼電保護裝置及斷路器動作的可靠性留出一定的裕度。另外，主變壓器中性點接地線被燒斷的事故，這個問題引起我們的充分重視。中性點接地引下線被燒斷的原因，主要是選擇導線截面時考慮到中性點處的特點不足，不能滿足熱穩定的要求。在主變壓器中性點處，由于單相短路電流的高度集中及繼電保護動作時限的差異，往往造成主變壓器中性點處的接地引下線穩定截面不夠而被燒斷。我們認為，在選擇主變壓器中性點接地引下線時，校驗接地引下線用的短路等效持續時間取2秒;主變壓器中性點接地引下線不應利用鋼支架、電纜穿管的鋼體等作接地線用(即暗接地引下線)，而應敷設獨立的明接地引下線;主變壓區域的接地網應相應加強。值得一提的是，架空地線系統的影響對于有效接地系統110kV以上變電所，線路架空地線都直接與變電站內出線架構相連。當發生接地短路時，很大一部分短路電流經架空地線系統分流，因此，在計算時，應考慮該部分分流作用，發生接地故障時，總的短路電流是一定的，只要增大架空地線的分流電流，就可減小入地短路電流，因此，降低架空地線的阻抗也是安全接地設計重要的一個分支。架空地線采用良導體，正確利用架空地線系統分流，將使地網的設計條件更為有利。