1000kV特高压变电站接地系统设计分析

王诗璇　李鑫

摘要：1000kV特高压变电站的电能容量大、电压等级高，一旦发生接地故障，瞬间的短路电流非常大，容易损坏特高压变电站的各种电气设备，甚至造成巨大的经济损失。为了确保1000kV特高压变电站的安全、稳定运行，必须高度重视其接地系统设计，采用科学合理的方式方法，优化和完善1000kV特高压变电站接地系统。本文分析了1000kV特高压变电站短路电流情况，阐述了1000kV特高压变电站接地系统设计，以供参考。

关键词：1000kV特高压变电站;接地系统;设计

1 建设特高压电网具有的社会效益

1.1实现自主创新

创新能力是一个国家科技事业发展的决定性因素，是国家竞争力的核心，是强国富民的重要基础，是国家安全的重要保证;要把推动自主创新摆在全部科技工作的突出位置，把提高自主创新能力作为推动结构调整、转变经济增长方式和提高国家竞争力的中心环节;要大力增强科技创新能力，大力增强核心竞争力，不断探索和走出一条既适应现代经济和科技发展要求，又适合我国国情的新型工业化道路。建设特高压电网，通过科技进步和自主创新推动电力产业的技术升级，实现电网的集约化发展，同时带动相关产业发展，是电力工业落实科学发展观的重大举措。抓住我国电网快速发展的有利时机，依托特高压输电这一重大技术，借助上千亿的市场规模，通过组织技术攻关，实施试验示范工程，对部分关键技术采用技术引进、消化完善后，将大大提高我国输电技术与装备的自主创新能力，大大提升其国际竞争力。

1.2节约土地资源

近年来，站址、输电走廊越来越紧张，输变电工程建设拆迁等电网建设本体以外的费用大幅增长。1条交流1000千伏特高压线路的传输功率相当于4～5条交流500千伏超高压线路的传输能力，从土地资源的利用效率来看，特高压单位走廊输送能力约为同类型500千伏线路的3倍，可以显著减少输电线回路数，节约宝贵的土地资源。此外，在西部地区建设大规模煤电基地，可以利用西部較为丰富的土地资源，替代东部宝贵的土地资源，实现产业布局在全国范围内的优化，提高土地资源的集约利用程度。

1.3有利于煤炭资源的集约化开发和利用

目前，我国煤炭资源采出率低，煤质差，煤炭入洗率有待提高。同时还存在着煤炭产业集中度低，产业链条短等问题。建设特高压电网有利于解决煤炭行业目前存在的问题：首先是在褐煤资源丰富的地区，采取煤电一体化的开发方式，可以有效利用褐煤资源;其次是为大型煤电基地的发展提供必需的支撑。

2 特高压变电站短路电流分析

由于特高压变电站的电能容量大、电压等级高，接地系统一旦发生故障，所引起的瞬间短路电流非常大。有专家认为，需要进一步的提高变电站系统的地电位。我国特高压变电站主要采用光缆通信线路，并在此基础上尽量使用沥青混凝土铺设地面，以此提高接触电压。正常工作中电缆线路绝缘层的耐受值为2kv，实验表明，二次电缆接地时会提升40%的地电位，即使电缆线路绝缘层的耐受值将达到5kv，因此可将变电站系统原来承受的2kv提升到5kv，由于处在承受的最大电压下，必须高度警惕通信线路对变电站系统的影响，以防造成电位升过高的问题。特高压变电站接地电阻和短路电流的关系密切，经过对晋东南变电站线路实验分析可知，当变电站接地电阻减小，其短路电流的分流系数会增大，即其入地短路电流越多。短路电流和接地电阻呈反比关系，所以接地电阻和入地电流是决定变电站系统地电位升的两大因素。因此在分析特压变电站短路电流时必须重视裕度问题。

3 1000kV特高压变电站接地系统设计

3.1 水平接地网

1000kV特高压变电站水平接地网要尽量埋设在冻土层下面，均布布设导体，埋设深度要超过1m，导体间隔15m，根据实验表面，1000kV特高压变电站的地电位升<5kV，最佳地电位升3943V，可确保变电站系统中各种电气设备的安全运行。跨步电压最大不能超过520V，满足基本的人身安全要求，单位由于高阻层安全限值460V远远小于接触电压，为了保障工作人员的生命安全，需在1000kV特高压变电站系统中设置厚度约6cm高阻层。

3.2 垂直接地极

1000kV特高压变电站接地系统设计要考虑到当地土壤的导电性，通过合理设置垂直接地极，可有效降低变电站的接地电阻，减少1000kV特高压变电站接触电阻，通过设置深垂直接地极，可明显降低跨步电压和接触电压，发挥地表均压的效果。由于1000kV特高压变电站整体占地面积非常大，而垂直接地极长度相对比较小，因此在某些区域的降阻效果较差。同时，如果不断增加垂直接地极长度，接地极对于降低接触电阻的效果越来越不明显，垂直接地极设置要充分考虑到经济性因素，在水平接地网每条边设置两根垂直接地极，四个角区域分别设置一根，在变电站合适位置铺设高阻层。

3.3 接地系统优化设计

1000kV特高压变电站接地系统优化设计，调整接地导体布置，使跨步电压和接触电压最小，优化接地网压缩比。在实际应用中，冻土层在一定程度上会影响1000kV特高压变电站接地网的安全性，融冻季节和冰冻季节的土壤电阻值是不同的，结合不同季节土壤电阻值变化情况，综合得到1000kV特高压变电站接地系统优化设计方案。在融冻季节，接地系统跨步电压95.4V，接触电压926V，接地电阻0.075欧姆，计算得出最优压缩比为0.63，如果按照融冻季节进行接地系统优化，跨步电压为92.5V，接触电压为700V，接地电阻为0.075欧姆，当逐渐进入冰冻季节，跨步电压为105V，接触电压730V，接地电阻0.08欧姆，因此进入冰冻季节后，1000kV特高压变电站的跨步电压、接触电压和接地电阻不断增加。综合考虑，1000kV特高压变电站接地系统设计应综合融冻季节和冰冻季节实际情况，按照最优压缩比优化接地网布置，改善接地系统的安全性。

3.4 二次电缆屏蔽层接地

1000kV特高压变电站发生短路故障，接地网不同区域导体之间的电位差较大，而这个电位差进入地网通过耦合影响二次电缆线路的安全运行，为了保障二次系统安全，应高度重视1000kV特高压变电站接地系统短路。由于接地系统中电位的不均匀分布，一旦发生短路故障，电缆线路两端电位不一致，电流路过电缆屏蔽层，若电流过大很容易将电缆烧毁，并且如果二次电缆芯皮电位差超出绝缘耐压，很容易导致电缆绝缘层被击穿。1000kV特高压变电站二次电缆屏蔽层接地，由于两端接地电位差明显低于单端接地电位差，考虑到电缆绝缘耐受电压，因此电缆屏蔽层尽量采用双端接地方式。另外，为了避免电缆屏蔽层流过的电流过大，确保电缆安全，和电缆线路相互平行设置一个铜条，发挥排流线的作用，将电缆屏蔽层电流及时分流。

4 结束语

1000kV特高压变电站接地系统设计对于保障整个变电站系统的安全正常运行有着非常重要的显示意义。结合1000kV特高压变电站短路电流情况，合理设置水平接地网和接地极，优化接地系统设计，做好二次电缆屏蔽层接地，提高接地电阻值，减少特高压变电站短路故障损失，推动我国电力系统快速发展。

参考文献：

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