接地網(wǎng)狀態(tài)評估課件

1、廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院鄧雨榮2010年04月27日變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估方法 1 概述 1.1 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估的意義 通過對接地網(wǎng)接地阻抗等參數(shù)的測量和理論仿真的研究，探索接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估的方法，減輕測量勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，準(zhǔn)確評估接地網(wǎng)安全狀態(tài)，確保電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行和變電站工作人員的人身安全具有十分重要的意義。 1 概述1.2 接地網(wǎng)安全的概念1）確保地電位升小于允許值，以確保發(fā)變電站設(shè)備(主要指二次電纜和二次設(shè)備)的安全。2）確保接觸電位差和跨步電位差滿足人身安全的要求。3）由于設(shè)備外殼都與地網(wǎng)相聯(lián)，高的地電位升加在設(shè)備外殼上，會(huì)產(chǎn)生反擊事故，要確保不產(chǎn)生危及設(shè)備安全

2、的反擊過電壓。 1 概述1.2 接地網(wǎng)安全的概念4）接地阻抗不是表征電網(wǎng)安全與否的唯一參數(shù)。5）接地阻抗低并不意味著接地網(wǎng)安全，要進(jìn)行全面評估。2 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估方法2.1評估工作內(nèi)容一是變電站接地阻抗、接觸電位差和跨步電位差的測量；二是接地網(wǎng)安全狀態(tài)的分析評估；三是接地網(wǎng)腐蝕及斷點(diǎn)的診斷。 2 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估方法2.2 評估方法 表征變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)的主要參數(shù)包括接地阻抗、接觸電位差、跨步電位差、地網(wǎng)電位分布及地網(wǎng)的完整性等。2 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估方法2.2 評估方法1）變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估工作主要是結(jié)合現(xiàn)場測試和理論計(jì)算，準(zhǔn)確給出接地網(wǎng)入地故障電流、接地阻抗、接觸電位差、跨

3、步電位差、地網(wǎng)電位分布、地網(wǎng)完整性、等現(xiàn)時(shí)狀態(tài)。2）地網(wǎng)金屬導(dǎo)體腐蝕情況目前通過開挖來進(jìn)行檢查。3）內(nèi)容多，測量計(jì)算工作量大，采用專業(yè)軟件分析計(jì)算。2 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估方法 2.3 評估程序1）收集分析計(jì)算所需要的基礎(chǔ)資料，包括地網(wǎng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)短路電流等；2）測量接地網(wǎng)接地阻抗，測量分流系數(shù)、確定短路入地電流；3）對運(yùn)行變電站接地阻抗測試結(jié)果以及分流對運(yùn)行變電站接地阻抗測試結(jié)果的影響進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算研究，通過軟件計(jì)算和實(shí)測結(jié)果對照，給出變電站接地阻抗值。4）測量土壤電阻率，分析得到土壤分層模型； 2 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估方法 2.3 評估程序5）以整個(gè)變電站場區(qū)為研究對象，計(jì)算實(shí)際接地網(wǎng)在單相接地短

4、路故障情況下，變電站接地網(wǎng)接地導(dǎo)體的電位升高，是否滿足二次設(shè)備安全的要求。6）計(jì)算變電站跨步電位差US和接觸電位差UT分布情況，對比測試結(jié)果以及跨步電位差US和接觸電位差UT的限值，判斷變電站US、UT的分布情況，分析和評估在地表產(chǎn)生的接觸電位差和跨步電位差是否滿足人身安全要求。 2 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估方法 2.3 評估程序3 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估標(biāo)準(zhǔn) 變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估標(biāo)準(zhǔn)就是接地網(wǎng)安全限值，這些安全限值包括入地故障電流、接地阻抗、接觸電位差和跨步電位差。3 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估標(biāo)準(zhǔn)3.1 入地故障電流 入地故障電流是分析接地網(wǎng)安全指標(biāo)的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，只有一部分短路電流經(jīng)接地網(wǎng)

5、流入大地，其余部分經(jīng)變壓器中性點(diǎn)、與地網(wǎng)相連的架空地線、電力電纜的屏蔽層流回系統(tǒng)。 3 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估標(biāo)準(zhǔn)3.2 接地阻抗限值 我國電力行業(yè)接地規(guī)程DL/T621-1997交流電氣裝置的接地中既規(guī)定了對接地阻抗的要求，也規(guī)定了對接觸電位差和跨步電位差的要求。DL/T621-1997規(guī)定“有效接地和低電阻接地網(wǎng)中發(fā)電廠、變電站的接地裝置的接地阻抗R一般情況下應(yīng)滿足R 2000/I”，即允許地電位升不大于2000V，這里I為入地短路電流。當(dāng)接地裝置的接地阻抗不符合R 2000/I時(shí)，可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比較來增大接地阻抗，但接地阻抗值不得大于5，且要滿足接觸電位差和跨步電位差的要求。 3 接地網(wǎng)安

6、全狀態(tài)評估標(biāo)準(zhǔn)3.3 接觸電位差和跨步電位差限值 我國電力行業(yè)接地規(guī)程DL/T621-1997交流電氣裝置的接地中規(guī)定，110kV及以上有效接地網(wǎng)和635kV低電阻接地網(wǎng)發(fā)生單相接地或同點(diǎn)兩相接地時(shí)，發(fā)變電站接地裝置的接觸電位差UT和跨步電位差US允許值不應(yīng)超過式3.3.1和3.3.2。 3 接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估標(biāo)準(zhǔn)3.3 接觸電位差和跨步電位差限值4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.1 測量適用標(biāo)準(zhǔn) 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量適用標(biāo)準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17949.1-2000接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導(dǎo)則第1部分：常規(guī)測量或者中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 475-2006接地裝置特性參

7、數(shù)測量導(dǎo)則 4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.2 測量用儀器1）推薦采用異頻電流法測試大型接地裝置的工頻特性參數(shù)，試驗(yàn)電流宜在3A20A，頻率宜在40Hz60Hz范圍，異于工頻又盡量接近工頻。2）如果采用工頻電流測試大型接地裝置的工頻特性參數(shù)，則應(yīng)采用獨(dú)立電源或經(jīng)隔離變壓器供電，并盡可能加大試驗(yàn)電流，試驗(yàn)電流不宜小于50A。3) 儀器的準(zhǔn)確度不低于1.0級(jí)，測試場區(qū)地表電位梯度、跨步電位差、接觸電位差的電壓表分辨率不低于1mV，采用異頻電源時(shí)的測試儀表的選頻性能良好。 4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.3 接地阻抗測量 4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.3 接地阻抗測量 電流極和電壓極同向布置（圖4.3.1中電極P的

8、位置）：電流極引線和電壓極引線同方向布置，電流極引線長度取4D（D為接地網(wǎng)的等效直徑），電流極引線和電壓極引線之間的距離取5m以消除引線間互感對測量結(jié)果的影響。測量時(shí)電壓極從靠近電流極開始，每隔50m或100m測量一個(gè)視在接地阻抗。 4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.3 接地阻抗測量 也可以采用電流極和電壓極反方向布置（圖4.3.1種電極P1的位置）來測量接地阻抗，即電流極引線和電壓極引線分別布置在接地網(wǎng)的反方向，二者成180o布置，電流極引線長度取3D（D為接地網(wǎng)的等效直徑），電壓極長度取2D。 4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.4 接觸電位差和跨步電位差的測量4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.5 土壤電阻率測量4

9、.5.1測量方法 土壤電阻率的測量方法有土壤試樣分析法、三極法和四極法。在實(shí)際中很少有均勻的土壤，我們一般測量得到的是土壤的等值電阻率或土壤的視在電阻率。 目前，我國接地阻抗測量國家標(biāo)準(zhǔn)推薦采用的土壤電阻率測量方法是四極法，一般采用等測量間距的溫納(Wenner)四極法，如圖4.5.1所示4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.5 土壤電阻率測量4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.5 土壤電阻率測量視在土壤電阻率可以由測量得到的電阻值和極間距換算得到： 4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.5 土壤電阻率測量通過計(jì)算機(jī)分析計(jì)算得到土壤電組率分層模型。 作為地網(wǎng)分析計(jì)算的基礎(chǔ)。4 接地網(wǎng)電氣參數(shù)測量4.5 土壤電阻率測量注意事項(xiàng)：

10、 土壤電阻率測量時(shí)，測量電流極應(yīng)打入地中20cm深，有時(shí)為了增大測量電流可能要將電流極打入地中更深，或增加電流極的數(shù)量。測量電壓極應(yīng)打入地中10cm。 為了得到比較準(zhǔn)確的土壤電阻率分層模型，一般每個(gè)地網(wǎng)土壤電阻率測試樣本10-20個(gè)值，極間距離從10米到地網(wǎng)對角線長度，均勻選取。5 接地網(wǎng)腐蝕診斷5.1 接地網(wǎng)導(dǎo)體材料的選擇 由于土壤條件的差別，金屬在土壤中的腐蝕數(shù)據(jù)帶有一定的近似性。我國接地網(wǎng)一般都采用鍍鋅鋼。鋅的平均腐蝕率比鋼鐵略小。鋼鐵上的鍍鋅層在土壤中對內(nèi)部的鋼能起到保護(hù)效果，鍍鋅層起了陰極保護(hù)作用。 5 接地網(wǎng)腐蝕診斷5.2 接地網(wǎng)導(dǎo)體連通性測試 接地網(wǎng)連通性測試比較簡單，按照規(guī)程要

11、求，首先選定一個(gè)很可能與主地網(wǎng)連接良好的設(shè)備的接地引下線為參考點(diǎn)，再測試周圍電氣設(shè)備接地部分與參考點(diǎn)之間的直流電阻。根據(jù)兩個(gè)測量點(diǎn)的直流電阻大小來判斷連通情況。 5 接地網(wǎng)腐蝕診斷5.3 接地網(wǎng)腐蝕及斷點(diǎn)的診斷方法1、開挖檢查2、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲇?jì)算法 拓?fù)浞治鲇?jì)算法基本原理就是通過接地網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法，計(jì)算出接地網(wǎng)每一段導(dǎo)體的理論電阻值。通過測量接地網(wǎng)可及端點(diǎn)之間的電阻得到接地網(wǎng)實(shí)際電阻。接地網(wǎng)導(dǎo)體實(shí)測電阻值與理論值的比值大小就可以判斷導(dǎo)體腐蝕或者斷裂的情況，從而實(shí)現(xiàn)對接地網(wǎng)故障的診斷。6 220kV擋村變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估應(yīng)用實(shí)例6.1 地網(wǎng)概況 220kV擋村變電站的接地網(wǎng)

12、平面結(jié)構(gòu)如圖6.1.1所示，主接地網(wǎng)為182157.6m2，另有150161m2和4556m2的兩個(gè)外引網(wǎng)，同時(shí)還輔以垂直接地極。 6 220kV擋村變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估應(yīng)用實(shí)例6.2 參數(shù)測量 2005年11月，對220kV擋村變電站接地網(wǎng)進(jìn)行了測試評估，內(nèi)容包括不同電流極長度下的接地阻抗正、反向法的測量。使用接地網(wǎng)安全狀態(tài)數(shù)值評估系統(tǒng)，對變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)進(jìn)行了分析評估。6 220kV擋村變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估應(yīng)用實(shí)例6.2 參數(shù)測量1）接地阻抗測量 使用紅相接地儀和AVO接地儀，當(dāng)電壓引線和電流引線同向和反向放置時(shí)，使用不同電流引線長度分別對擋村220kV變電站接地網(wǎng)進(jìn)行了測量，

13、以確定變電站的接地阻抗。同時(shí)，使用變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)數(shù)值評估系統(tǒng)，對測量結(jié)果進(jìn)行分析，以驗(yàn)證變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估系統(tǒng)的有效性。 6 220kV擋村變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估應(yīng)用實(shí)例6.2 參數(shù)測量1）接地阻抗測量 測量和分析結(jié)果如圖6.2.1-圖6.2.10所示。電壓引線和電流引線同向放置時(shí)，由圖6.2.1-圖6.2.7結(jié)合變電站接地阻抗理論分析值1.47，可得不同電流引線長度時(shí)電壓極的正確位置，結(jié)果如表6.2.1所示。 6 220kV擋村變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估應(yīng)用實(shí)例6.2 參數(shù)測量2）土壤電阻率測量及分層分析 在評估接地網(wǎng)安全狀態(tài)之前，先對站址處的土壤電阻率進(jìn)行了測試，結(jié)果如表6.2

14、.2所示，基于測量結(jié)果，使用接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估系統(tǒng)，經(jīng)過分析，檔村變電站站址土壤的分層模型如表6.2.3所示，使用該土壤分層模型模擬測量得到的視在土壤電阻率分布如圖6.2.11所示，可以看到，表6.2.3所示的土壤分層模型是比較有效的。 6 220kV擋村變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估應(yīng)用實(shí)例6.3 安全狀態(tài)分析評估 使用接地網(wǎng)安全狀態(tài)數(shù)值評估系統(tǒng)對圖6.1.1所示擋村220kV變電站接地網(wǎng)進(jìn)行了分析，分析所用土壤結(jié)構(gòu)如表6.2.2所示，入地電流為14kA。經(jīng)過計(jì)算，變電站接地阻抗為1.47，地表電位、跨步電位差和接觸電位差分布如圖6.3.1所示。6 220kV擋村變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估應(yīng)用實(shí)例6.3 安全狀態(tài)分析評估6 220kV擋村變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估應(yīng)用實(shí)例6.3 安全狀態(tài)分析評估6 220kV擋村變電站接地網(wǎng)安全狀態(tài)評估應(yīng)用實(shí)例6.3 安全狀態(tài)分析評估 7 結(jié)論1）地網(wǎng)評估是一項(xiàng)目重要工作， 涉及到人身、電網(wǎng)及設(shè)備安全，開展有非常必要。2）地網(wǎng)評估是一項(xiàng)目技術(shù)難度大，工作內(nèi)容多的一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，準(zhǔn)確分析評估的前提條件是資料完整、模型準(zhǔn)確