某220kV变电站接地网安全评估分析

广东电网有限责任公司佛山供电局 田 松

接地网的正确设计是变电站接地网设备全过程管理的首要环节，是变电站接地网能否成功建设的关键环节。高土壤电阻率地区的变电站接地网设计显得尤为重要。本文以典型的高土壤电阻率站址220kV变电站接地网设计为例，结合现场实测和仿真计算，校核接地网的各个安全性能参数，给出该接地网的设计分析评估，对220kV变电站的设计有一定的指导意义。

0 引言

接地网作为变电站一个重要的地下组成部分，不仅能够提供公共的地电位，也能为接地故障电流提供泄流通道。（解广润.电力系统接地技术[M].北京:中国电力出版社,1991;何金良,曾嵘.电力系统接地技术[M].北京:科学出版社,2007;李谦.电力系统接地网特性参数测量方法及其工程实践[M].北京:中国电力出版社,2013），接地网的安全评价参数有接地阻抗、跨步电压和接触电压、地网电位升、网内电位差等[2,3]，对于一些土壤电阻率较高的地区，为了达到降阻的目的，往往会采用离子接地深井这一降阻措施（张辰.对离子接地极在变电站接地网改造中的应用探索[J].计算技术与自动化,2011,30(3):62-65），针对高土壤电阻率的地区接地阻抗不应作为校核接地网安全的决定标准，也要对接地短路故障时的安全评价参数进行核算。

本文以一个220kV变电站为案例，采用典型的CDEGS软件（谭永浩.CDEGS软件在变电站接地网安全性分析中的应用研究[J].技术与市场,2011,18(10):14-17），进行计算分析。

1 基本情况

变电站地处于丘陵地带，土质条件不理想，现场实测通过软件计算得到该站址土壤电阻率如表1，水平四层结构。

表1 变电站土壤电阻率

图1 变电站接地网示意图

该变电站有120MVA主变3台，共有15回20kV电缆和10回220kV架空出线，根据远期规划，变电站的最大单相接地短路电流为41.77kA。主接地网大小为95m×80m，边缘敷设10口30m深的离子接地深井，沿着进站道路敷设水平接地网并加以敷设6口深井。水平接地体采用热镀锌圆钢，尺寸为Φ22mm，埋深0.8m，垂直接地极采用热镀锌角钢，尺寸为50mm×5mm、2.5m。深井涂层参数取厚度为10m，电阻率为1Ω·m，接地阻抗的计算结果为0.978Ω。接地网的拓扑结构如图1所示。

2 入地故障电流计算

根据设计单位提供计算结果，某220kV变电站发生220kV区域单相接地故障故障时，短路电流取41.77kA，假定总故障电流按表2所示分布到三个关联的变电站，作为三条线路上的短路电流。在总故障电流为41.77kA的前提下，仿真计算不同情况下的地线分流和入地故障电流。其中变电站接地网接地阻抗按照规程提出的0.5Ω大小进行计算。

表2 220kV侧发生单相接地故障时分流计算结果

3 导体地电位升计算结果

取计算的地网入地短路电流最大值，短路点取出现该最大值所在的设备场区，选取故障点为该场区的边缘，以便得到接地网导体地电位升的最大值，计算所得导体电位升的结果见图2。

图2 发生220kV母线单相接地故障时导体电位升

从图2的计算结果可以看出，考虑最极端的情况，当接地故障发生在地网边角处时，接地网导体电位升最严重，此时接地网导体电位升的最大值为4503.239V，在安全限制5000V以内；故障后场区最大压差水平最高只有176.956V，因此发生单相接地短路故障地网导体电位差对系统二次造成的威胁也不大。

图3 发生220kV母线单相接地故障时跨步电压和接触电压

4 跨步电压和接触电压的计算结果

按照《交流电气装置的接地》标准中的规定，在110kV及以上有效接地系统发生单相接地时，变电站接地装置的跨步电压US和接触电压UT应低于下列数值：

其中，rs为人脚站立处表面的土壤电阻率；t为接地短路电流的持续时间。对于该变电站：ρs取250Ω·m（考虑雨天后土壤湿润等严格情况），t＝0.7s（220kV场地），计算得220kV设备场区发生单相接地故障时，跨步电压安全限值US=468.80V，接触电压安全限值UT＝310.6V。

计算当变电站发生220kV单相短路接地故障时，接地网跨步电压和接触电压，计算结果见图3。

从图3中可得跨步电压计算结果低于其安全限值US；接触电压计算结果低于其安全限值 UT。虽然接地电阻超过了0.5Ω的要求，但由于架空地线与电缆分流较大，变电站内发生单相接地故障时跨步电压、接触电势均在安全限制以内。

5 结论

（1）由于架空出线的地线和电缆外护套的分流贡献，尽管接地网接地阻抗不能降到规程提出的安全限值以下，但由于地线分流大，变电站内发生单相接地故障时，导体电位升高，场区最大压差、跨步电压和接触电压也可能在安全限制以内。

（2）对于变电站接地网的安全评价，接地阻抗可以作为一个重要的宏观性能指标，但不应作为唯一的判断标准，尤其对于高土壤电阻率地区受土壤电阻和地网面积所限的变电站接地网，应对接地网安全性能的地网特性参数（地网导体电位升高、场区跨步电压和接触电压水平等）进行计算校核，在满足这些安全要求的情况下进行适当的放宽。