500kV变电站接地网设计用以控制电磁干扰问题的研究

史德清

国网江苏省电力公司检修分公司徐州分部

500kV变电站接地网设计用以控制电磁干扰问题的研究

史德清

国网江苏省电力公司检修分公司徐州分部

现代电力工业生产，特别是特超高压变电站存在和应用大量电气、电子设备，形成了错综复杂的电磁环境。如何制定针对性较强的措施，达到电磁兼容是现代电气设计施工必须解决的课题。在探讨变电站电磁兼容问题时，接地装置是不可忽视的一个重要方面。接地装置的设计施工及运行情况的好坏不仅影响电力系统安全运行，也是影响变电站电磁干扰的重要方面。本文以徐州地区500kV任庄变电站为例，分析了变电站电磁干扰特性和传播形式。在提出了一般性的控制措施的基础上，重点通过500kV变电站接地技术设计来改善和控制变电站的电磁干扰问题。

电磁兼容；接地装置；接地电阻；接地网设计

1 绪论

徐州500千伏任庄变电站是江苏电网北电南供的的重要组成部分，为华东电网﹑江苏电网提供强大电源支撑。目前全站共有500kV出线7条，220kV出线11条。共有500kV主变2台，总容量为100万kVA。

500kV任庄变电站为少人值守的微机监控﹑微机保护系统的变电站。这些系统都采用了大量的各类探测设备。它们遍布于变电站高压设备本体及设备场地﹑变电站主控制室和继电保护室内，处于较强的电磁干扰的环境中。同样，这样的环境对经常巡视﹑操作设备的变电站值班员也将产生不良的影响。为确保变电站安全稳定运行，必然对电磁兼容课题提出了严格的要求。

目前电气设计人员对电力生产运行场所抗电磁干扰的防护研究主要集中在高压设备的布局设计和对一﹑二次设备的处理上。如何通过提高500kV变电站的接地技术水平达到减轻电磁干扰，维持共存的电磁环境﹑相互兼容正是本文想要解决的问题。

2 500kV任庄变电站接地网分析与设计

变电站接地网是一个不同于其它电气设备的独立的装置，是构成电力系统安全运行的必不可少的一个组成部分，也是变电站电磁兼容问题应着重研究的一个重要方面。

3.1 接地网设计

3.1.1 接地电阻计算

根据SDJ8-79《电力设备接地设计技术规程》第15条：大接地短路电流系统的电力设备其接地装置的接地电阻宜为R≤2000/ I(Ω)，当I＞4000A时，接地电阻值的要求是不大于0.5Ω。(其中I是计算用的流经接地装置的入地短路电流)。并且公式中I应考虑为系统内﹑外短路时，经接地装置流入地中的最大短路电流对称分量最大值，应按5-10年发展后的系统最大运行方式确定，并应考虑系统中各接地中性点间的短路电流分配，以及避雷线中分走的接地短路电流。

结合500kV任庄变电站一次设计﹑设备选型和电网结构等具体情况，结合短路潮流计算，500kV任庄变电站主接地网接地电阻R确定为在任何季节不大于0.237欧。

3.1.2 接地网垂直接地极的确定

任庄变电站的土壤多为多石土壤，土壤下层夹杂烁石，每1立方米的土壤电阻即土壤电阻系数达300-400Ω.m。对于现在变电站接地网的建设一般应用接地体和接地环配合使用，形成三维的结构。结合任庄站现场实际综合考虑，选用ф50长3000mm的镀锌钢管作为埋深接地极，再配合60*6的镀锌扁钢使用，并且水平接地体的埋深深度不少于600mm，这样构成任庄站接地网的初步模型。

对于垂直接地极的数量也应有综合考虑。在水平地网保持不变的情况下，接地网的接地电阻R随垂直极根数N的增加而降低，当N达到一定数值时，R值趋于饱和。这是因为垂直极间距减小后，相互之间的屏蔽作用增强，另外垂直极对水平地网散流也有抑制作用。由于垂直极之间以及垂直极与水平接地网之间的屏蔽作用，总的接地电阻并不等于垂直极与水平地网的接地电阻的并联值，而是存在一个屏蔽系数，垂直极根数越多，屏蔽系数越大。为了获得理想的接地网接地电阻值，结合任庄站占地面积和实际情况，选用92根镀锌钢管作为垂直接地极是合适的。

当土壤中含有盐﹑酸﹑碱成分时，电阻系数会显著下降。另外，土壤本身是否紧密，与接地体是否紧密贴近，对电阻系数也都有很大

3.2 徐州电网500kV任庄变电站接地网方案

通过上述的设计和分析，任庄变电站500kV﹑200kV扩建部分接地网设计方案如下：全站接地网选用60X6的镀锌扁钢(18710米)做水平接地极及设备引下线用，ф50 3000mm长(92根，290米)的镀锌钢管做垂直接地极用。并确定主接地网接地电阻在任何季节不得大于0.237欧的标准。500kV配电装置采用避雷线保护，220kV扩建配电装置场地新建了14根避雷针。具体而言，还要做到：

全所接地网的外缘应闭合。外缘各角做成圆弧，圆弧半径不宜小于均压带间距的一半。水平接地体的埋设深度为0.6米；

独立避雷针和构架上的避雷针均设集中接地装置，并采用接地引下线明敷引下，与主接地网相连，且避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备的接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15米；

在有高频电缆的电缆沟内，敷设一根100mm2(长1200米)的铜导线，一端与配电装置内结合滤波器接地端相连，另一端与主控制室保护屏间的专用铜排相连，铜导线和铜排之间用焊接连接。

当然，500kV任庄变电站接地设计还在计算机系统接地﹑继电保护系统接地﹑建筑物接地﹑通信设备及电子设备接地等各方面，做了大量充分有效的工作。

4 结论

本文仅针对超高压变电站内电磁兼容课题。从产生的根源﹑传播的途径入手，探讨了解决电磁兼容问题的主要手段和方法及主要通过变电站接地网的设计改进来实现变电站电磁兼容。从而达到变电站安全稳定运行的需要。本文结合实际情况，提出的一些方案也在生产中得到了应用和实践检验。

本文提出的一些看法和观点是从更好的满足企业生产要求的目的出发的。对于类似500kV变电站电磁兼容及接地网设计建设课题的研究，我国一些科研机构及国外专家也从其他不同方面进行研究和探讨。但由于参照标准和研究途径及方法不同，可能会有其他的观点和结论。本篇论文仅是个人愚见，若有不妥之处，望专家和同行指正。