发电厂、变电所接地网的设计与实施分析

2011-12-31王群营

中国新技术新产品 2011年13期

王群营

（河南省电力公司漯河供电公司，河南漯河460000）

1 引言

在发电厂、变电所的建设过程中，由于受土地资源稀缺、城市规划及政策约束等诸方面的影响，发电厂、变电所的建设条件受到很大的限制，有的不得不建造于遍布岩石或荒山坡的高土壤电阻率地区，从而使得接地问题变得非常突出，同时也增加了接地设计的难度。因此，如何有效地解决此类问题，就引起了大家的广泛重视。这里就设计方面提一些看法。

2 接地网设计的基本要求

按照国家电力行业标准(DIJT621-1997)，有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电所电气装置保护接地的接地电阻宜符合下列要求。

2.1 一般情况下，接地装置的接地电阻应符合下式要求： R≤2000/I (1)

式中：R-考虑到季节变化的最大接地电阻，Q;I-计算用的流经接地装置的人地短路电流，A。

2.2 当接地装置的接地电阻不符合公式1的要求时，可通过技术经济比较增大接地电阻'1宣岍：得大于5n，且应符合上述标准6.2.2的要求。

另外，根据DL/T5149-2001国家电力行业标准可知，二次系统的信号接地是将逻辑信号系统的公用端接到接地网，使其成为稳定的参考零电位。由于信号接地是所有逻辑电路的公用基准点，对接地电阻的要求最高，如果处理不当，会在信号接地上形成噪声电压，导致微机不能正常工作，甚至损坏。因此，必须满足计算机监控系统的接地要求。在电力系统的不断发展中，接地短路电流也愈来愈大，如果厂(所)址的土壤电阻率又高，此时，取决于人地短路电流和总接地电阻的地电位就会非常之高。从而接地电阻就无法满足公式(1)的要求，这对接地网的设计构成了很大的难题。为此需要采取相应的有效措施，其中包括不同的接地方案。

3 接地方案的实施

3.1 接地网均衡电位设计

发电厂、变电所电气设备装置的接地装置除了利用自然接地极外，应敷设以水平接地体为主的人工接地网。人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧半径不应小于均压带间距的一半，接地网内应敷设水平均压带。

接地网的均压带可采取等距或不等距布置。设计接地网时，经过计算确定最佳的接地网布置网格(长方形或正方形)。造成一个均衡电位的接地系统，避免出现危险的电位差。对面积较大的接地网，降低其接地电阻主要靠大面积水平接地体，它既有均压减小接触电位差和跨步电位差的作用，又有散流的作用。另外，应尽可能将埋于地下的金属管道以及其他可利用的金属结构物连成通路，且与接地网可靠连接。

3.2 电位隔离

当接地网敷设完成后，实测接地电阻，如不满足要求时，应进行接触电位差和跨步电位差的校验。根据校验结果采取以下电位隔离措施：a.进入变电所围墙的管道装设绝缘段;b.引至水泵房的全部电缆在进入户前剥去一段金属外皮;c.通向所外的通信电缆装设隔离变压器;d.在发电厂、变电所开关站构架和设备支架基础周围用砾石、沥青铺设绝缘地面，以满足接触电位差的要求。

3.3 降低接地电阻措施

a.利用地质钻孔埋设长接地极。根据有关资料介绍，在地质勘探阶段厂区界线可能出现的地缘边缘的钻孔位置，放入9-25m长、直径为50mm的钢管，打人到含水层中，这对稳定接地网电位和降低接地电阻均有好处。b.接地网中的水平接地带换土。已设计的某发电厂，因该厂址为高土壤电阻率，接地电阻不满足要求，采取了在水平接地带周围换上土壤电阻率较低的优质土壤的措施，最后实测效果较佳。c.外引接地。对于高土壤电阻率的发电厂、变电所，当厂(所)址外有水田、水塘时，若条件允许，外引接地较为有效。例如某220kV变电所采用了放射形敷设，外引三条长1200m左右的水平接地线，采用镀锌扁钢70×8mm2，间距70m左右，埋深3.5m，接地电阻明显降低。一般外引离厂(所)址不宜太远，否则外引线的较大阻抗会影响接地效果。有时，外引接地还会涉及到厂(所)址外的政策处理和安全防护等问题，故需认真考虑和落实。

由于大地并不是理想导体,它具有一定的电阻率.因此,在外界的作用下其内部一旦出现电流,大地也就不再保持等电位.从地面上被强制流进大地的电流总是从一点注入的,但进入大地的电流会以电流场的形式向周围扩散,设土壤电阻率为ρ,地中电流密度为δ,则大地中必然呈现相应的电场分布,其电场强度E=ρδ.与电流注入点(接地点)越远,地中的电流密度越小,电场越弱.因此也可以认为在无穷远处,地中的电流密度为零,其电场强度也为零.也就是说,此处保持没有电流流过时大地的电位-零电位,由此可见,当接地点有电流流入大地时,该点相对于远处的零电位而然,将具有确定的电位升高.人们把接地点的电位与接地电阻的比值定义为接地电阻,严格的定义应为接地阻抗,也即大地阻抗的总和当接地电流为定值时,接地电阻R越小,接地点的电位越低,反之就越高,此时地面上的装置也就具有了较高的电位,就不利于电气设备的绝缘和人身安全.这就是为什么力求降低接地电阻的原因.由于金属的电阻率远小于土壤电阻率,所以接地体本身的电阻可以忽略。

3.4 利用220kV架空避雷线分流

为了增加避雷线接地系统的降阻作用，要求施工单位做好厂址外第一基塔的接地，尽量降低该基塔的接地电阻。为了加强避雷线分流，220kV、110kV线路进线段的避雷线采用良导体，并需逐塔工频接地后引接到厂内开关站的门型构架上，还应就地装设集中接地装置。

接地装置是保证电气设备安全,稳定运行的重要部件,故准确地测量变电所的接地电阻是非常重要的.对其进行试验,必须严格执行《接地装置工频特性参数的测量导则》(DL/T475-1992)中所规定的测量方法和要求。

引入变电所构架的避雷线应采用悬式绝缘子与构架隔开,测量接地电阻后,可用跨接线将绝缘子短接.同时,还应测试各种设备与接地网的连接情况,严禁设备失地运行。

例如:1999年7月20日,山西太原新店220kV变电所发生重大设备事故.事故造成一台220kV变压器(020MVA)烧毁,10kV的B段配电设备,主控室全部二次设备等严重烧损,并扩大到华北电网,致使部分发电厂共计10台发电机组发生相继跳闸的系统事故.其事故起因是8023插头柜三相短路,但由于开关柜接地线与主接地网未连接,造成开关柜高电位,开关柜的高电位经开关柜内控制和合闸电缆直接窜入直流系统,导致直流电源消失,从而导致了事故的扩大。在测量运行中大型接地网的接地电阻过程中,应尽可能消除干扰,如近几年应用变频技术可有效地消除系统不平衡电流的干扰,使测试结果更加准确。