特高压GIS变电站接地设计影响因素研究

赵海洋　娄晓丹

摘要： 目前，随着我国科学技术水平的不断提升，特高压 GIS 变电站逐渐投入使用，在变电站容量不断增加的背景下，短路电流也一直呈现上升的趋 势，在接地设计工作中，提升变电站散流能力与接地性能有着非常重要的作用。因为短路电流涉及到的入地方式较多，对不同的入地方式而言， 对接地网 性能所产生的影响也有着显著的差异。通过 CDEGS 软件可以完成对特高压 GIS 变电站接地系统模型的构建，在此基础上对短路电流不同入地方式进行深 入分析，可以为整个特高压 GIS 变电站设计提供参考。

关键词： 特高压 GIS 变电站;接地设计;影响因素;分析

现如今，基于新时期发展背景下，随着人们生活水平的提升，对电力 系统提出了更高的使用需求，各电压等级变电站逐渐投入使用，如今的变 电站设计方式在原来的基础上发生了很大改变，将设计重点放在了大容量 传输以及特高压等方面，气体绝缘金属封闭开关实现了非常广泛的应用，  系统短路故障电流也一直呈现出上升的趋势。在一定范围内的接地网中，  要想在最短的时间内疏散电流，保证人员安全与设备稳定性，就必须采取 措施来降低变电站接地系统的阻值， 在特高压 GIS 变电站接地设计工作中，需要对其中的影响因素进行明确。

1、短路电流入地方式对地电位产生的影响

1.1 不同入地方式影响

针对于变电站短路电流而言，可以将变压器中性点统一入地，变压器 中性点是在接地网的核心位置，所以，在集中入地的过程中，短路电流会 经过核心点进入到接地网。另外，当经过金属构架时， 短路电流可以通过 分散的形式入地， 将金属架构与接地网之间进行连接， 这时短路电流在经 过金属构件之后， 可以通过多个点进行入地。对于不同的短路电流来说，可通过不同的形式入地，具体如下图 1 所示。

通过使用 CDETS 软件完成对接地网的建模工作， 在这一过程中不考虑 短引下线对地网散流产生的影响，当采取不同的接地方式时，分别对接地 性能产生的不同影响进行判定。在对变压器中性点应用的基础上，短路电 流集中入地，其电位升变化状况如下图 2 所示。

當短路电流经过变压器金属构件时候，以多种方式入地，对于每一个 入地点而言，最终相当于一个并联电阻，各个点的电流相加等于总短路电流，具体如下图 3 所示。

对以上两种不同的入地方式进行对比分析，从对接地网地电位升降方 面所产生的影响分析，短路电流分散入地方式所产生的影响比较小，但是 对于抑制地网内不等电位产生的影响比较大，可以使网内的不等电位进行 降低。在对特高压 GIS 变电站进行应用时， 故障电流采取提前分流的形式，通过多点与辅助接地网之间实现有效连接，这种方式可以在很大程度上提升接地网的散流能力，从而也就提升了接地网的使用性能。

1.2 地网材料影响

根据《电气装置的接地设计规范》中的相关内容可知，目前在接地网 中，镀锌扁钢材料被广泛应用。但是，因为受到钢材料本身屏蔽性能的影 响，在一定程度上提升了磁导率。对于特高压 GIS 变电站而言，占地面积 较小，额定电流较大，对各设备进行布置时，呈现出了非常明显的紧凑性 特点，接地网内也存在明显的不等电位现象。铜属于一种非常重要的接地 材料，通过对该材料的应用，可以对网内存在的电位不平衡问题进行合理 解决。在对以上两种材料进行对比分析之后，其分析结果如下表 1 所示。

在对接地网材料进行选择时，如果是采用了铜材料，那么短路电流无 论是应用集中入地还是分散入地的形式，其网内电位差都不会特别大。主 要是因为铜材料本身的磁导率就非常低，在应用过程中一般不会对电流产 生抑制作用，可以保证网孔内不等电位均衡性。

2、垂直接地极对降阻率产生的影响

2.1 垂直接地极布置位置的影响

关于垂直接地极方面，当对接地网进行布置时，其布置结果如下图 4 所示。在入地电流为 1000A 的情况下，没有加入垂直接地极，这时接地网 接地的电阻为 0.45938Ω。在对不同位置进行明确之后， 将垂直接地极打入 到不同的位置，最终所显示的降阻效果如下图 5 所示。

结合下图 5 中所显示的相关内容进行分析，按照由远到近的顺序，与 地网中心点的距离排序为 1→2→3→4→5→6，从降阻效果方面进行分析， 又高到低的顺序为 1→2→3→4→5→6，由此可以看出，将阻率的变化与地 网中心距离变化之间呈正比例关系。因此，在对降低地网接地电阻的过程 中，可以不断提升垂直接地极，将垂直接地极所布置的位置设置在水平接 地网的边缘，通过这种方式可以在一定程度上降低水平地网之间形成的屏蔽作用，从而也就提升了垂直接地体的降阻效果。

2.2 垂直接地极数量影响

在对接地模型进行构建的过程中，保证接地网参数与土壤结构固定不 变，在水平接地网周边完成不同数量与不同长度垂直接地极的布置工作， 并进行准确计算， 保证垂直接地极距离之间的均等性， 并且均匀分布在水 平接地网的周边。在计算过程中采用 CDEGS 软件， 主要是对垂直接地数量 与长度，对降阻率产生的影响进行深入分析，具体如下图 6 所示。

结合上图 6 中的相关内容进行分析，其中 N 指的是垂直接地极的根数， L 指的是垂直接地极的长度。由图中的内容可知，在现有的水平接地网当 中，加入垂直接地极，如果能对垂直接地极的根数进行明确时，那么随着 垂直接地极长度的不断提升，降阻率也会因此增加，在长度到了一定数值 的基础上，那么变化的趋势就会逐渐呈现出一种饱和的状态。垂直接地极 的降阻率会跟随垂直接地极根数的上升而增加，并且增加变化情况也会达 到一定的饱和状态。

3、结语：

综上所述，在对特高压 GIS 变电站进行应用时，其整体占地面积比较 小，电气设备在布置方面呈现出了紧凑性的特点，为了保证变电站在运行 过程中可以满足一定的安全性，本文主要针对两种比较常见的影响进行了 进行了分析。其中，分散入地方式相比集中入地方式， 可以有效降低对地 网产生的影响以及提升地网的通流水平。

参考文献：

[1]王森; 孙强;卢江平; 王雪松;吉宏亮; 胡攀峰;张鹏; GIS 变电 站特快速暂态过 电压研究的技术现状[J] ;陕西电力，2021（06 ）：146-147+161.

[2]张纬（钅发）， 魏民;GIS 变电站绝缘配合的优化设计研究[J];高 电压技术， 2021（07）： 56-57.

[3]蔡明;颜峰;数字化 GIS 变电站运行维护管理[J];神州， 2013， 35 （23）： 47-51.