1000kV特高压变电站接地网布置方案研究

李智威 刘焕

摘要：结合电力系统电压等级升高、容量增加、短路入地电流增大等情況，以北京西1000kv变电站的接地网布置为例，提出北京西1000kv变电站接地网布置方案，从土壤模型、地电位升、分流系数和接地短路电流等方面对该方案进行分析，经建模计算验证，该方案满足安全性要求，具有可行性。

关键词：特高压变电站;接地网;地电位升;分流系数;辅助接地网

一、土壤模型分析

北京西1000kv变电站站址属山前冲洪积平原，地势开阔平缓，主要分布农田及林地。站址地貌属于华北冲洪积平原，地势平坦开阔，地层主要为第四系全新统冲洪积成因的粉土、粉质粘土、砂类土等。采用对称四极法对变电站站址的土壤电阻率进行测量。利用CDEGS软件对测量结果的平均值进行建模分析计算结果最大方均根差为6.97%，拟合结果效果较好，土壤分层模型合理。

二、地电位升确定

根据现有规程规范，变电站接地网在发生接地故障后地电位升高超过2000v时接地网及有关电气装置应符合以下要求。

1、低压接地系统采用保护等电位联结系统。

2、采用铜带（绞线）与二次电缆屏蔽层并联敷设。铜带（绞线）至少应在两端就近与接地网连接（当接地网为钢材时，应注意铜、钢连接的腐蚀问题），铜带（绞线）较长时，应多点与接地网连接。二次电缆屏蔽层两端就近与铜带（绞线）连接。铜带（绞线）的截面应满足热稳定的要求。

3、为防止转移电位引起的危害，对可能将接地网的高电位引向站外或将低电位引向厂、站内的设备，应采取隔离措施。

三、GIS接地问题分析

由于该变电站采用1000kvGIS设备，三相母线装于不同的母线管道中，但在正常运行时仍有较大的感应电流，会引起GIS外壳及金属结构发热，使设备的额定容量降低，二次回路容易受到干扰。常规超高压变电站接地网的布置方式不能满足特高压变电站的技术要求。1000kvGIS在本体上设置连接分相壳体的相间分流排，以降低接地引下线及辅助地网中流过的感应电流。根据相间分流排的电流分布及铜材的温升限值，确定GIS相间分流排布置方案。辅助地网的布置对接地引下线电流及GIS暂态地电位升高有直接影响，研究表明：

1、若辅助地网网格过密，由于辅助地网低阻抗化，会造成端部接地引下线电流增加。对辅助地网网格间距分别为3到6米的情况进行了计算。根据计算结果，即使辅助地网网格间距从6米减小到3米，也不会对辅助地网电流有太大的影响，但会使端部接地引下线电流大幅增加。

2、减小辅助地网网格间距，对抑制GIS管路末端及套管出线部的暂态地电位升高效果不明显;但减小接地引下线长度，并从辅助地网交叉点引接，可有效抑制GIS管路末端及套管出线部的暂态地电位升高（TGPR）。

四、接地网设计方案

1000kv变电站面积较大，虽然采用铜地网，1000kv侧短路点和500kv侧短路点均可能会对接地阻抗产生影响，同时接地阻抗又会影响分流系数的大小，1000kv侧和500kv侧的短路电流则不同，从而造成短路时的入地电流不同，地表电位、接触电势和跨步电压分布不同。因此需要对各短路点逐一分析。通过分析比较各种可行的接地系统设计方案、研究规律，提出实际变电站接地系统的设计方案。

通过降低接地电阻来降低接地系统短路时的地电位升，确保二次系统安全，同时采用优化地网水平导体的方法来均衡地表的电位分布，确保接触电势和跨步电压满足人身安全要求。采用优化设计能够有效地改善接地系统电位分布的不均匀性，从两方面提高接地系统的安全性能：降低接触电势和跨步电压，确保故障时寿命安全;由于均衡电位，可以降低故障时出现通过二次电流施加在二次设备上的过电压水平，提高电气设备的安全性。经CDEGS计算，采用均匀布置方式比不等间距地网接地电阻增加2.1%，最大接触电势增加26.4%，最大跨步电压减小0.07%，最大地电位升增加1.4%。采用不均匀地网对减小边缘接触电势有比较明显的优势，因此，该变电站水平地网采用不均匀地网布置方式。

五、计算结果分析

利用CDEGS对接地方案进行建模计算，接触电势分布图如图 一所示，跨步电压分布图如图二所示。地电位升示意图如图三所示，计算结果见表一。经计算，该地网布置方案满足安全性要求。

六、结束语

所具体布置方案如下：

1、建立土壤分层模型，利用CDEGS软件对土壤电阻率测量结果的平均值进行建模分析，土壤拟合模型计算结果与测量结果的最大误差为6.97%，拟合结果与实际土壤分层吻合，土壤分层模型合理。

2、1000kv侧短路时对应的变电站的分流系数为0.57。500kv侧短路时对应的变电站的分流系数为0.55;接地短路（故障）电流的持续时间按0.35s取值。

3、采用不均匀接地网对减小边缘接触电势有比较明显的优势，该变电站接地系统采用边沿按最优压缩比0.68不等间距、中间按20m等间距布置的水平地网和垂直接地极的立体地网设计，在地表敷设厚度不小于10cm、电阻率不小于3000Ω·m的碎石。

4、1000kvGIS配电区设置5m等间距的辅助接地网，在1000kvGIS在本体上设置连接分相壳体的相间分流排，以降低接地引下线及辅助地网中流过的感应电流。

参考文献：

[1]刘涛， 贾颖涛， 余开伟，等. 1000 kV特高压变电站断路器失灵保护配置方案[J]. 浙江电力， 2017， 36（10）：17-21.

[2]佚名. 高寒高海拔地区1000 kV变电站电气设备选择及布置方案[J]. 中国电力， 2018， 51（11）：61-66.