110kV兴隆变电站接地网优化改造技术研究

沈涛

【摘 要】接地网的重要参数包括接地电阻、接地网均压优化和二次系统接地，是对变电站接地网安全造成影响的重要因素，在变电站改造过程中接地电阻的计算、均压方案的选择是得出最佳改造设计方案的方法。

【关键词】接地网；改造方案；设计研究

1.变电站电气设备改造过程中接地系统存在的问题

一是增加了电网系统容量，迅速提高了入地短路电流，对应所需的接地电阻将更小。二是由于科学技术的不断发展，集成式电气装置己经初具规模并且大量应用，例如箱式变压器和GIS设备，对于变电站来说有效节省了占地面积，对应的节省了地网面积。三是随着不断发展的城市电网，城区中大量涌现了新建变电站，而建立变电站接地系统在城区则会极大的受到占地面积的约束。

综合上述情况，变电站接地系统在设计中出现的问题包括不断缩小的地网占地面积，接地电阻比较小日趋稳定的接地系统，地网占地面积较小的情况下，在变电站中向水平方向迅速延伸接地网，并且对其接触电压、跨步电压有效降低，进一步充分保证变电站接地网中人身和设各安全，这些全部是变电站在设计接地过程中需要解决的主要问题。变电站电网具体利用水平接地网的接地系统，而降低地网接地电阻、地面接触电压和跨步电压的主要技术是增加水平接地网面积及敷设外引接地网，可是由于变电站占地面积的约束、施工质量不断追加的投资等因素，逐步凸显了扩张水平接地面积和敷设外引的不足。所在水平接地网中降低地网接地电阻是具有显著问题的，接地系统设计的重要思想便是纵向发展接地系统，这也是变电站接地系统发展的主要趋势，将不等间距布置水平均压导体方法应用在变电站水平接地网中，其中垂直设置接地极对地网接地电阻有效进行了降低，有效对接触电压和跨步电压进行了控制。

2.山东乐陵110kV兴隆变电站接地网结构优化设计

变电站地网的接地参数是否达到接地规程的要求，技术经济指标是否科学，决定于地网设计方法是否正确。只有根据正确的方法和步骤实行设计，才能够令接地参数符合规程要求、技术经济指标合理的地网。山东乐陵110kV兴隆变电站由于运行时间比较长，接地网各项数据已经无法符合规程要求，因此需要改造接地网。本文以兴隆变电站改造工程为例，对变电站改造工程中使用到的地网技术、一次设备、二次设备、自动化控制设备等进行研究，兴隆变电站占地面积为8121m2，110kV侧的最大电流为8.918kA，平均土壤电阻率ρ=400Ω·m。基于此从以下几方面来优化变电站接地网结构：

2.1水平接地网方案

①接地电阻需要根据电阻允许值R进行不同电位电阻的调整，其中地电位的电阻要求为R≤1.320Ω、接触电位的要求R≤1.326Ω、跨步电位的要求为R≤6.758Ω，最后110kV阀型避雷器的放电电压要求为R≤4.419Ω的范围内。②要将一个中间稀、四周密且不等间距水平的方孔接地网，布置在4480m2的面积上，均压带要使用标准为50×5的扁钢形成。③要保证接地网预埋深度为0.8m，水平接地导体之间的间距应保持在5m左右，水平接地体的根数为18根，接地网接地电阻可以通过相关公式计算出来，即：R=0.5ρ/ =0.5×400/ =3.0（Ω）。该设计最终的接地网接地电阻计算结果为3.0Ω>0.5Ω不符合标准。注：根据《交流电气装置的接地设计规范》（GBT50065-2011）R≤2000/I或者R≤0.5Ω，由于R≤2000/I难以达到，故选择满足R≤0.5Ω）。

2.2扩大地网后水平接地网方案

该变电站的实际征地范围占地面积为124×100=12400（m2），为优化和完善变电站接地网机构，所以实施地网扩大水平接地优化方案，在扩大地网后，仍然使用中间稀、四周密且不等间距的方孔接地网，均压带使用标准为50×5的扁钢，计算出来的根数为21根，经公式计算得出：R=0.5ρ/ =0.5×400/ =1.80（Ω），比之前的電阻更小，运行安全可靠性更高。该方案设计最终的接地网接地电阻计算结果为1.80Ω>0.5Ω，不符合标准。

2.3扩大地网后深井接地接地电阻计算

通过上述分析了解到通过扩大地网，能够有效降低变电站接地网电阻，与<0.5Ω的标准还相差一点，故还需要通过增设垂直接地极来实现电阻的降低。据了解该变电站下面沙土地层区域的土壤电阻率较低，约为平均土壤电阻率ρ=150Ω·m，所以垂直接地极井的深度可确定为L=100m，钢管的直经确定为d=0.05m，位置确定为所区4个角上；又因为深埋接地体间距>20m，所以屏蔽系数确定为0.75，则扩大地网后深井接地的电阻为：Rv=ρ/（2πL）×[ln（8L/d）-1]=150÷（2×3.14×100）×[ln（8×100÷0.05）-1]=0.2389×（9.6803-1）=0.2389×8.6803=2.0737；R=（2.0737÷4）÷0.75=0.5184÷0.75=0.6912Ω；RL=[0.6912×1.80÷（1.84+1.80）]÷0.75=0.4557Ω<0.5Ω，满足要求。最终确定的优化方案为：主网面积为124×100=12400m2，水平接地体根数为21根，垂直接地体为4根，垂直接地极井深度为100m，布置于水平接地网4个角上。

3.接地网均压优化设计

3.1方孔均压网设计

在很多变电站设计中都使用了长孔地网，该地网均压线距离较长，所以与主网的连接较为薄弱，一旦发生接地故障就会导致均压增大，损坏二次控制电缆及其他相关设备。

通过大量统计分析，本次改造的变电站工程设计接地网优先选用方孔接地网，变电站改造成为方化网之后，其电位明显超过长孔网下降电位幅度30%。因此对变电站接地网进行设计时，首先应当对方孔接地网积极考虑.

3.2不等间距布置

变电站接地网设计中不等间距接地网是一项普遍应用的创新技术。对工频电压均压问题进行了解决，节约了很多材料，这也是与我国实际情况相符合，达到安全可靠、经济合理要求布置接地网的方式。使用不等间距布置接地网，不但能够在地网故障中将电流集中到变压器中，还能够集中布置避雷器和集中接地装置，使变电站接地网的防雷性能、安全性及抗干扰性能得到提高。不等间距布置接地网的原理在于：根据接地网的屏蔽性，确定中间稀、四周密且不等距的接地导体布置方法，使接地导体得到充分利用。

4.二次系统接地优化设计

一次系统接地和二次系统接地都是变电站接地网优化设计的两个关键环节，其中一次系统接地的主要功能是防雷和保护，故优化的目的在于防雷和保护，对二次回路的电磁兼容有重要影响，因为合适的一次接地系统可以减少所内的高频瞬变电压幅值，从而减少电网较大电位差的发生，这就需要优化二次系统接地，以增加二次回路的电磁兼容性，进而提高变电站接地网系统的电磁抗干扰性、防雷性，最终减低较大电位差的发生率，提高变电站的安全性。具体的二次系统接地优化设计方法如下：①采用合理的方式敷设二次电缆及选择正确的走向等措施以避免或减少周围电磁场对二次电缆的干扰；②将低电平的信号电缆与高电平电缆分开，即在变电站接地网工程设计及施工时一定要将低电平和高电平信号电缆分开来设计和施工，具体区分到电缆的型号及材质等；③保证二次电缆在变电站内的走向呈辐射状，避免电缆之间的相互摩擦，导致电缆受损，进行影响变电站接地网正常运行，从而保证人与设备的安全；④二次电缆远离高压母线和暂态电流的地点，并减少和母线的平行长度。

5.结束语

变电站地网的接地参数是否与规定相符，技术经济指标是否科学，关键在于地网设计方法是否正确。只有根据科学的方式和步骤实施设计，才能得到符合规定要求、技术经济指标合理的接地参数。

参考文献：

[1]储雷.变电站电气一次主接地网设计机[j]中国科技信息，2014，（22）；160-161.

（作者单位：国网山东省电力公司乐陵市供电公司）