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谢伟民
（惠州市鸿业电力有限公司,广东 惠州 516008）
摘 要：变电站电气接地系统的设计对于变电站电气系统安全稳定运行具有至关重要的作用,文章在简单介绍了电气接地技术的基础上,结合变电站超高电压接地系统的设计,给出了详细的接地参数计算与系统设计方案,对于进一步提高超高电压电气接地系统的设计和应用具有一定的借鉴意义.
关键词：变电站设计；电气接地；接地电阻；导体
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2010）04-0031-02
变电站的接地系统是维护电力系统安全、可靠运行,保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施.近年来,随着电力系统的发展,故障时经地网流散的电流越来越大,故障时地网的电位也随之升高,由于接地措施的缺陷而造成的事故也屡有发生,给运行人员和检修人员的安全带来威胁,同时使一次设备的绝缘遭到破坏,进而扩大事故,给企业带来巨大的经济损失和不良的社会影响.
本论文主要对变电站电气接地技术展开分析讨论,以期获得可靠的电气接地技术的相关方法及经验,并和广大同行分享.
一、电气接地技术概述
接地网作为变电站交直流设备接地及防雷保护接地,对系统的安全运行起着重要的作用.由于接地网作为隐性工程容易被人忽视,往往只注意最后的接地电阻的测量结果.随着电力系统电压等级的升高及容量的增加,接地不良引起的事故扩大问题屡有发生.因此,接地问题越来越受到重视.接地的实质是控制变电站发生接地短路时,故障点地电位的升高,因为接地主要是为了设备及人身的安全,起作用的是电位而不是电阻,接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数,但不是唯一的参数.
随着电力系统容量的不断增大,一般情况下单相短路电流值较大.在有效接地系统中单相接地时的短路电流一般都超过4kA,而大部分变电所接地电阻又很难做到0.5Ω.因此,从安全运行的角度出发,不管在什么情况下,都应该验算地网的接触电势和跨步电压,必要时应采取防止高电位外引的隔离措施,这也是我国目前变电站电气接地设计所最常采用的方法.
二、变电站超高电压接地系统设计
（一）入地短路电流
Imax是考虑到换流站长期发展规划时的最大接地短路电流,取值为50kA.
In为发生最大接地短路时,流往变电所主变压器中性点的短路电流.当变压器只有1个中性点,发生所内接地时,In等于30%Imax,有2个中性点时,约等于50%Imax.这里假定换流站新建工程是为变压器1个中性点接地,所以发生所内接地时,取In等于30%Imax等于15kA.
Ke1为短路时,与变电所接地网相连的所有避雷线的分流系数,Ke1应由避雷线的出线回路数确定,出线为1路时,取0.15,2路时取0.28,3路时取0.38,4路时取0.47,5路以上时取0.5～0.58,且应根据出线所跨走廊的分流效果做出相应的增减.这里我们假定避雷线出线回路为2,故Ke1等于0.28.
Ke2为所外接地时,避雷线向两侧的分流系数,一般取0.18,这仅适于变电所内有变压器中性点接地的所外接地.
经过公式计算：
I等于（Imax-In）（1-Ke1）等于（50-15）（1-0.28）≈25.2（kA） （1）
I等于In（1-Ke2）等于15（1-0.18）等于12.3（kA） （2）
什么是接地短路:10kv接地短路故障指示器
比较上述两式,可以得出（1）式的计算结果明显大于（2）式,故取（1）式的计算结果,在乘以发展系数1.2,得出入地电流为I等于30.2kA.
（二）接地网面积选择
取土壤电阻率为500Ω·m,接地网埋深为0.6m,网格间距为10m,导体等值半径为0.02m,水平接地网面积从100×100m2逐渐增加到600×600m2.随着接地网面积的增加接地电阻值在不断减少.在200×200m2以后,接地网面积的增加对接地电阻值的降低影响有所减少,这是因为面积增大后,各水平导体之间屏蔽作用增加,对电流的散流有抑制作用,面积越大,屏蔽、抑制作用越明显.
（三）接地电阻
换流站的最大入地短路电流为30.2kA.根据我国电力行业接地规程的规定：有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电站接地装置的接地电阻R一般情况下应满足R<,2000/I,换流站相应的接地电阻R应小于0.06620,这在短路电流太大和这样的土壤模型中是不可能办到的.
我国电力行业接地规程中还规定：接地装置的接地电阻不符合R<,2000/I的条件时,可通过技术经济比较增大接地电阻,但接地电阻的值不得大于5Ω.很明显,如将接地装置的接地电阻放宽至0.5Ω,换流站相应的地网电位升将达15.12kV,过高的地电位升高可能会对二次系统带来危害.
变电站的接地必须与二次系统的安全结合起来考虑,在二者之间求得一个较好的平衡.系统正常工作时地网电位接近于零,而故障时流过地网的电流将在地网接地电阻上产生压降,即地电位升高.如不考虑短路时二次电缆芯线上的感应电位,短路时二次电缆承受的电位差即为地电位升高,该电位差施加在二次电缆的绝缘上,因此地电位升高直接决定于二次电缆的交流绝缘耐压及二次设备的交流绝缘耐压值.综合各方面的因素,如果能够处理通信线的高电位引出问题,变电站的地电位升高取5kV是可行的.
将地电位升提高到5kV,如果换流站的最大入地短路电流为30.2kA,换流站对应接地电阻R应小于0.165344Ω.
（四）接地导体截面积
接地导体截面一般根据热稳定性来确定,通过接地导体的电流最大的情况一般发生在母线单相接地短路故障时,换流站最大单相接地短路电流为50kA,根据我国电力行业标准《交流电气装置的接地》的计算公式有：
上式中, S为接地线最小截面,mm2；
IF为流过短路线的短路电流稳定值,A（根据系统5至10年的发展规划,按系统最大运行方式确定）；
C为接地线材料的稳定系数,根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前地线的初始温度确定（钢导体K取70,铜导体K取210,铝导体K取120）；
tj为短路等效持续的时间,单位为s.
式中,取IF等于50000A,tj等于0.355,如果材料采用钢材时,C取65,可以得出最小截面积S：S≥4论文范文2；根据（IEEEStd665－1995）发电站接地标准中的推荐热稳定计算公式：
式中,取IF等于50000A,tj等于0.355,K等于60,a等于1,可得S≥493mm2.
结合地网的自然腐蚀,应采用的接地体最小截面积应为：
Smin等于S（1+a）n
上式中,S为满足热稳定要求的最小截面积；a为接地材料的自然腐蚀率；n为接地网使用年限.
根据相关资料,铜材的年自然腐蚀率为0.2%,普通钢为2.2%,镀锌钢为0.5%,如果选用镀锌钢材,按50年的使用寿命计算,接地体的最小截面积应不小于642 mm2.
三、结语
随着电力系统的发展,电网容量的增大,电力系统发生故障时经接地网流散和电流愈来愈大,短路电流往往会达到几十千安,接地电阻若有很小的误差即可导致难以弥补的损害,所以,近年来变电站电气接地系统的设计,其设计重点已经转向如何准确地测量和计算接地网的接地电阻.
本论文主要针对电气接地系统,给出了详细的接地设计方案和参数计算,对于变电站超高压接地系统的设计,无论是在设计计算还是在系统应用方面,均有一定的借鉴指导意义.
参考文献
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[2]何金良．利用周边地理环境降低城区变电所接地电阻[J]．中国电力,2001,（11）．
[3]中国电力规划设计协会．电气标准汇编[M]．北京:中国电力出版社,2005．
作者简介：谢伟民（1972－）,男,广东人,惠州市鸿业电力有限公司工程师,一级注册建造师,研究方向：输变电工程施工.
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