变电站接地装置设计存在的问题及解决措施

2011-12-31吴燕

中国新技术新产品 2011年23期

关键词：接地装置电阻率电位

吴燕

（云南电网公司昆明供电局，云南昆明 650011）

1 影响接地装置设计的因素

接地装置的电位Ug=IR,因此要想使接地装置的对地电位满足要求,其一,要降低接地电阻R；其二,要使入地电流I减少。

1.1 影响土壤电阻率的因素

a）砂的含水量与电阻率的关系。含水量越大则电阻率越小,根据这些特性,有些地方或利用地下水作为降阻措施,或敷设水下接地网作为降阻措施,这些措施都可以有效降低接地电阻。

b）温度与电阻率的关系。当水分由水变为冰时,电阻率在0℃出现一个突然的上升,当温度再下降时,电阻率出现十分明显的增大,而温度从0℃上升时,电阻率仅平稳地下降,因此,接地装置应埋设在多年冻土层下,一般埋深为0.6～0.8m即可。

c）土壤的致密与否对电阻率的影响也是很大的,其根本原因是土壤越致密则接触电阻越小,为此,接地装置敷设后,要夯实回填的土壤,让其与接地体致密接触以减小接触电阻。另在接地体周围小范围内采取物理或化学的降阻措施,使接地电阻大大减小,实际上也包括了消除接触电阻的原因在内。

1.2 影响入地电流的因素

当接地短路发生在接地网内时

入地电流I=(Imax-Iz)（1-Kn）

式中Imax--接地短路时的最大接地短路电流,A;Iz一发生最大接地短路电流时，流经变电所接地中性点的最大接地短路电流,A;Kn一变电站内短路时，避雷线的工频分流系数。

当接地短路发生在接地网外时

入地电流I=Iz(1-Kf2)

式中Iz一发生最大接地短路电流时，流经变电所接地中性点的最大接地短路电流,A；

Kf2一变电站外短路时，避雷线的工频分流系数。

由以上公式分析,入地短路电流的大小与流回变电站接地中性点的短路电流、架空地线的分流系数有关,接地短路发生在接地网内时,为了使变电站所供给的短路电流不经过大地而直接流回变压器接地的中性点,应加大中性截面,减小其流回电阻,同时增大变电站内短路时，避雷线的工频分流系数Kn,接地短路发生在接地网外时,为了减小短路电流流回变电站接地的中性点受到的阻力,应加强开关站与变压器地接地带的敷设,采用良导体架空地线并充分利用架空地线的分流作用。

通过以上分析,降低接地电阻和人电电流可以降低地电位,保证设备和人身安全,但单纯为满足接地装置地位2000V的要求,而采取一系列的措施势必造成技术的困难和经济的浪费,即使入地电流I为10KA,其R值也要求不大于0.2Ω,况且随着电力系统短路容量的增加,入地短路电流一般均大于10KA,在有限的接地网内要达到如此小的接地电阻,困难是比较大的。因此DL/T621-1977《交流电气装置的接地》又规定若不满足此要求6.2.2,则应满足本标准的要求且不大于5Ω,但要求采取防止转移电位引起的危害、防止站内3～10KV避雷器受到反击并难处接触电位差和跨步电位差,从而发送站内电位的分布,形成一个均衡的等电位均压接地系统。所以降低接地电位并不是保证设备和人身安全的唯一手段,均衡等电位均压和快速限流是保证设备和人身安全比较经济的方法。

1.3 均压和限流

变电站均压一般采用在站区设计外缘闭合以水平接地带为主的人工接地网,其网内敷设若干均压带并选取合理埋深,并且站内不同用途和不同电压的电气装置使用一个总的接地装置。增加均压带在一定程度上是可以减小最大接触系数的,但由于均压带越密,电流分布越不均匀的缘故,最大接触系数最多只能减小到0.1～0.15,所以在实际工程设计中一味地采取堆积钢材来达到均压和降低接地电阻的措施是不可取的,应采用不等间距网格法设计接地装置,使接地装置形成一个均压的等电位,减小接触电位差和跨步电位差,确保人员和设备安全。

限流是为了减小人体被电击时通过的能量,可采用快速继电保护迅速切除短路,使人体所受电击时间限制在1s（应为以下0.2s及以下）敷设碎石、砾石或沥青混凝土等高电阻率的路面结构层,用以增加人体被电击时的串联电阻,将通过人体的电流限制在与电击时间相对应的安全限度内。

2 接地装置设计的要点和措施

2.1 接地装置设计要点

a)虽然接地装置的电阻主要与接地装置的面积有关,加在地网上的2～3m的垂直接地极,因对减小接地电阻的作用不大,仅在避雷器、避雷针(线)等处作加强集中接地散泄雷电流用,或为稳定地网在中间或外缘设置几个垂直接地极。

b)接地装置的网孔大于16个均压要求除外,接地电阻减小很慢，对大型接地网,网孔个数也不宜大于32个。过分增加均压带根数并不能无限制地减小最大接触系数,实验研究最大接触系数最多只能减小到0.1～0.15。所以应采用不等间距风格法设计的接地装置。

c)接地网埋深达一定时,一般取 0.6～0.8m,接地电阻减小缓慢。

d)在小面积地网内,采用置换或化学方法改善接地体附近的高土壤电阻率,对减小接触电阻有效果,对减小接地电阻作用不大。

e）接地装置的四角做成圆弧形可以显著改善接地网外直角处的跨步电势。四周也要采用不均匀风格并逐步向四周外加深接地体的埋设深度,一般为 1.0～1.6m。

2.2 接地装置设计的常用措施

常用措施一般有如下种,它们均有成功经验,在工程中可以根据具体情况进行选择。①采取不等间距布置来均衡地网电位②电位隔离③利用地质钻孔埋设长垂直接地极④水平接地带换土与加降阻剂交替使用⑤长垂直接地极加降阻剂⑥利用地下水的降阻作用⑦引外接地⑧所内超深井接地⑨利用架空地线杆塔接地系统。

3 接地引下线的设置

电力行业标准中仅对接地引下线的截面作了要求,即应不小于热稳定所允许的截面,并按工程的使用年限计及考虑腐蚀的影响,而对每个设备接地引下线的根数未作具体要求,在实际不同工程中对此有不同理解。

据相关资料指出,高压系统的雷电过电压、操作过电压和短路事故等都会通过干扰源（避雷器、电容器、电压互感器、电流互感器及其它带电容设备）进入二次系统,在二次回路上产生很高的干扰电压,引起保护误动和器件绝缘击穿事故。因此近年来十分强调除在此回路采取相应的抗干扰措施外,还对高压电器接地引下线的有关问题提出要求。有的地区如电流互感器用两根引下线分别接在地网纵横接地带上电容式电压互感器除用两根接地引下线外,设备三相之间还有连线。接地引下线增加根数加大截面的目的是为了减小引下线的波阻抗,从而降低来自高压系统的干扰电压。

在实际工程中,一般做法是对设备基础的形式进行分类,每相设备为独立基础的,则每相设备双接地,若三相合用基础,则每个基础双接地,采用这种方法,一方面可以保证设备的安全,另一方面可以节约钢材,减小施工难度。

4 接地材料的选择

变电站容量的扩大对接地装置安全运行的要求更为严格。在我国,接地装置所用的材质主要为普通碳钢。接地装置腐蚀通常呈现局部腐蚀形态,发生腐蚀后,接地装置碳钢材料变脆、起层、松散,甚至发生断裂。近年来,部分经济发达地区开始采用铜材。铜材的性能比钢材好导电率高、热容量大、耐腐蚀性强,但其价格却较昂贵,差不多是钢材的7～8倍,接地装置综合造价约相差2～3倍。因此,在实际工程中,因地制宜地进行技术经济比较,土质腐蚀性强的地方可考虑采用铜材作地网,设备对一接地要求较高的和电压水平高的（500KV及以上电压等级的）,也可考虑选用铜材。