電力職稱論文刊發(fā)電力系統(tǒng)接地網(wǎng)設(shè)計

　　本篇文章是由《電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化》發(fā)表的一篇電力論文，(月刊)創(chuàng)刊于1988年，由中國移動通信集團(tuán)公司主管、中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司、中國通信學(xué)會和中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會通信工程委員會協(xié)辦，旨在為海內(nèi)外信息工程建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行部門提供技術(shù)支撐與標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的實(shí)用性、指導(dǎo)性專業(yè)刊物。

　　【摘 要】如今發(fā)電廠、變電所電力設(shè)備接地裝置的設(shè)計遵循的是電力設(shè)備接地設(shè)計技術(shù)規(guī)程。隨著電力系統(tǒng)容量的增加，電壓的不斷提高，運(yùn)行實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)積累，對問題的認(rèn)為在不斷深化。本文根據(jù)深入研究探討了對各個問題的看法。

　　【關(guān)鍵詞】變電所　接地　探討

　　1 關(guān)于電力接地系統(tǒng)

　　接地的實(shí)質(zhì)是控制變電所發(fā)生接地短路時，故障點(diǎn)地電位的升高，因?yàn)榻拥刂饕菫榱嗽O(shè)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(wǎng)合格的一個重要參數(shù)。接地電阻，《電力設(shè)備接地設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中對接地電阻值有具體的規(guī)定，一般不大于0.5Ω。在高土壤電阻率地區(qū)，當(dāng)接地裝置要求做到規(guī)定的接地電阻在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上極不合理時，大接地短路電流系統(tǒng)接地電阻允許達(dá)到5Ω，但應(yīng)采取措施，如防止高電位外引采取的電位隔離措施，驗(yàn)算接觸電勢，跨步電壓等。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，主要是以發(fā)生接地故障時，接地電位的升高不超過2000V進(jìn)行控制，其次以接地電阻不大于0.5Ω和5Ω進(jìn)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(dāng)計算時選取的土壤電阻率合適，計算結(jié)果才能反映接地網(wǎng)的情況。我國是用四管法測量，取10米內(nèi)的土壤電阻率的平均值。實(shí)際工作中對土壤 電阻率的測量不夠重視，往往是現(xiàn)場觀察一下，直接從規(guī)程中選取一個參考值進(jìn)行設(shè)計工作，有時進(jìn)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(qū)的實(shí)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(wǎng)設(shè)計問題

　　接地網(wǎng)作為變電所交直流設(shè)備接地及防雷保護(hù)接地，對系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著重要的作用。由于接地網(wǎng)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(jié)果。隨著電力系統(tǒng)電壓等級的升高及容量的增加，接地不良引起的事故擴(kuò)大問題屢有發(fā)生。因此，接地問題越來越受到重視。變電所地網(wǎng)因其在安全中的重要地位，一次性建設(shè)、維護(hù)困難等特點(diǎn)在受到重視。其問題可以歸納為以下幾點(diǎn)：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(shè)計重要的第一手資料，由于受到測量設(shè)備、方法等條件的限制，土壤電阻率的測量往往不夠準(zhǔn)確。我省地處青藏高原東部，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變電所占地雖然不大，但多為不均勻地質(zhì)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在的實(shí)測，往往只取3～4個測點(diǎn)，過于簡單。二、長孔地網(wǎng)均壓線與主網(wǎng)連接薄弱，均壓線距離較長，發(fā)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(shè)備損壞。當(dāng)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(wǎng)的均壓帶縱橫交錯，當(dāng)某條均壓線斷開時，對地網(wǎng)的分流效果影響不大。三、關(guān)于變電站內(nèi)一次線對二次線的影響問題隨著系統(tǒng)容量的增大及系統(tǒng)短路水平的提高，變電站內(nèi)一次線對二次線的影響問題越來越突出。系統(tǒng)發(fā)生接地短路時，強(qiáng)大的人地電流經(jīng)地網(wǎng)向地中流散，在接地網(wǎng)上將產(chǎn)生強(qiáng)大的電位升，使接地網(wǎng)上的二次設(shè)備和二次電纜呈現(xiàn)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(jīng)電纜的外皮向地中擴(kuò)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(hù)設(shè)備誤動作。同時人地短路電流在地網(wǎng)中流散時，會在電纜芯線上產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，嚴(yán)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(qū)域(比利時設(shè)備)，在主變壓器周圍是TJ-150裸銅絞線;跨越主變壓器基礎(chǔ)，埋在混凝土中的是TJ-185裸銅絞線。我們設(shè)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(wù)年限;二是腐蝕速度，以及采取的相應(yīng)防腐措施。從廣東省中試所“接地網(wǎng)腐蝕調(diào)查情況”看，運(yùn)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(wǎng)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(wǎng)內(nèi)，園鋼腐蝕的較扁鋼快3～4倍。接地網(wǎng)的服務(wù)年限如何確定，眾說不一。

　　我們考慮，在設(shè)計變電所、發(fā)電廠升壓站時，是根據(jù)5～10年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計的。10年以后，電力系統(tǒng)發(fā)展的大了，主要設(shè)備技術(shù)性能不能滿足要求了，就進(jìn)行更新?lián)Q代。接地網(wǎng)設(shè)計也按同一原則設(shè)計是比較合理的。五、在發(fā)生接地故障時，地面上可能出現(xiàn)很高的電位梯度，會給運(yùn)行人員和設(shè)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(guī)定非常困難，即使?jié)M足此規(guī)定，也不可能排除危險，但是只要設(shè)計合理，也完全能夠達(dá)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(wǎng)上土壤表層的電位分布進(jìn)行計算，以往對于等間距布置均壓導(dǎo)體的矩形地網(wǎng)，均采用簡化的計算公式或者經(jīng)驗(yàn)公式來計算次邊角網(wǎng)孔的網(wǎng)孔電壓。但要計算地網(wǎng)上土壤表面任何一點(diǎn)的電位，特別是對于復(fù)雜形狀的地網(wǎng)，這些公式還不太完善。

　　3 關(guān)于電力系統(tǒng)接地網(wǎng)設(shè)計的幾點(diǎn)建議

　　目前國內(nèi)的一些研究機(jī)關(guān)、大專院校從國外引進(jìn)一些有關(guān)接地網(wǎng)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(wěn)定截面積計算中，短路電流持續(xù)時間的取值。單相短路電流持續(xù)時間的取值，直接關(guān)系到最大接觸電壓、跨步電壓的允許值，關(guān)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(shè)備接地設(shè)計技術(shù)規(guī)程規(guī)定，短路的等效持續(xù)時間按主保護(hù)動作時間確定，這是考慮到主保護(hù)失靈而又遇到系統(tǒng)最大運(yùn)行方式和最不利的短路點(diǎn)我們位置等各種最不利情況同時出現(xiàn)的概率不高而確定的;另一種意見是計入主保護(hù)失靈，加上后備保護(hù)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(yīng)按實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況，取主保護(hù)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(hù)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(diǎn)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(diǎn)接地引下線被燒斷的原因，主要是選擇導(dǎo)線截面時考慮到中性點(diǎn)處的特點(diǎn)不足，不能滿足熱穩(wěn)定的要求。在主變壓器中性點(diǎn)處，由于單相短路電流的高度集中及繼電保護(hù)動作時限的差異，往往造成主變壓器中性點(diǎn)處的接地引下線穩(wěn)定截面不夠而被燒斷。我們認(rèn)為，在選擇主變壓器中性點(diǎn)接地引下線時，校驗(yàn)接地引下線用的短路等效持續(xù)時間取2秒;主變壓器中性點(diǎn)接地引下線不應(yīng)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(yīng)敷設(shè)獨(dú)立的明接地引下線;主變壓區(qū)域的接地網(wǎng)應(yīng)相應(yīng)加強(qiáng)。值得一提的是，架空地線系統(tǒng)的影響對于有效接地系統(tǒng)110kV以上變電所，線路架空地線都直接與變電站內(nèi)出線架構(gòu)相連。當(dāng)發(fā)生接地短路時，很大一部分短路電流經(jīng)架空地線系統(tǒng)分流，因此，在計算時，應(yīng)考慮該部分分流作用，發(fā)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(shè)計重要的一個分支。架空地線采用良導(dǎo)體，正確利用架空地線系統(tǒng)分流，將使地網(wǎng)的設(shè)計條件更為有利。