220kV變電站的接地設(shè)計(jì)

220kV變電站的接地設(shè)計(jì)摘要：對變電站接地設(shè)計(jì)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中已有明確的要求。但在實(shí)際工作中，往往忽略了一些重要參數(shù)的計(jì)算或驗(yàn)算，以至于接地設(shè)計(jì)考慮不夠全面。結(jié)合工程實(shí)例，對220kV變電站的接地設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對有效接地系統(tǒng)中變電站接地設(shè)計(jì)要求進(jìn)行梳理和分析，介紹了故障入地電流、分流系數(shù)等重要參數(shù)的計(jì)算方法，總結(jié)出變電站接地的主要設(shè)計(jì)思路和方案。關(guān)鍵詞：220kv變電站；接地設(shè)計(jì)；措施引言目前，在變電站接地設(shè)計(jì)中，接地裝置設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)的選取、控制，以及采用的設(shè)計(jì)方法都在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定。但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，有些參數(shù)在選取時(shí)仍有困難。本文通過某220kV變電站接地設(shè)計(jì)，討論了有效接地系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)的思路及方法。1220kV變電站出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象的主要因素一般來說，在電力站正常運(yùn)行的過程中，都會(huì)有電網(wǎng)的額定電壓對電氣設(shè)備會(huì)進(jìn)行保護(hù)。但由于雷雨天氣中，因?yàn)槔讚艟蜁?huì)出現(xiàn)過電壓的現(xiàn)象，造成供配電系統(tǒng)中的部分線路出現(xiàn)電壓過高的情況。根據(jù)不同的電擊途徑，變電站的雷擊情況主要是由以下情況所組成的。1.1直雷擊過的電壓在雷電直接的擊中到電力裝置以后，會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備的局部有極大的雷電流與超高的電壓，同時(shí)會(huì)釋放極大的熱量，所出現(xiàn)的熱就會(huì)直接的影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，并且造成電力裝置的損壞，影響變電站的正常運(yùn)行。1.2感應(yīng)過電壓當(dāng)雷區(qū)向架空的導(dǎo)線上方進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，在靜電感應(yīng)的作用影響之下，就會(huì)使得架空導(dǎo)線上出現(xiàn)較多異線束縛電的集聚。一旦雷云對大地進(jìn)行放電，就會(huì)導(dǎo)致架空導(dǎo)線上方出現(xiàn)極高的過電壓。這些過電壓的出現(xiàn)同樣會(huì)對電力網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重的危害情況。1.3雷電反擊的出現(xiàn)在架空線路有雷電感應(yīng)過電壓存在時(shí)，或者雷電對于其進(jìn)行了直接擊中后，會(huì)產(chǎn)生較大的過電壓，就會(huì)導(dǎo)致變電站受到嚴(yán)重的雷害情況。若沒有良好的防護(hù)措施，在其運(yùn)行的過程中，就會(huì)出現(xiàn)極大的熱量，在其迅速的釋放熱量以后，就會(huì)有破壞變電站設(shè)備中的絕緣層，并導(dǎo)致其他嚴(yán)重事故的發(fā)生。2接地設(shè)計(jì)原則根據(jù)GB/T50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，有效接地系統(tǒng)最大接地電阻應(yīng)滿足：(1)式中：R為考慮到季節(jié)變化的最大接地電阻；Ig為最大故障入地電流。按照式(1)要求，出于對低壓電氣設(shè)備安全性的考慮，接地網(wǎng)的地電位要低于2kV。現(xiàn)代電網(wǎng)向超高壓、大容量和遠(yuǎn)距離發(fā)展，系統(tǒng)短路容量迅速增大，短路電流也越來越大，實(shí)際工程中很難滿足這一條件。根據(jù)規(guī)程，在采取必要措施后，允許接地網(wǎng)的地電位升高至5kV，在確保人身和設(shè)備安全可靠時(shí)，接地網(wǎng)地電位還可進(jìn)一步升高：保護(hù)接地接至變電站接地網(wǎng)的站用變壓器的低壓側(cè)，采用TN系統(tǒng)，且低壓側(cè)電氣裝置應(yīng)采用保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)。（2） 采用扁鋼與二次電纜屏蔽層并聯(lián)敷設(shè)。扁銅應(yīng)至少在兩端就近與接地網(wǎng)連接。（3） 評估變電站低壓側(cè)10kV金屬氧化物避雷器吸收能量的安全性。（4） 驗(yàn)算跨步電壓和接觸電勢。（5） 可將接地網(wǎng)的高電位引向廠、站外或?qū)⒌碗娢灰驈S、站內(nèi)的設(shè)備，但需對轉(zhuǎn)移電位引起危害采取隔離措施。對于一般變電站來說，例如舟山地區(qū)的變電站，由于系統(tǒng)小、電源接入點(diǎn)不多，因此單相短路電流不大。根據(jù)測算，2018年舟山電網(wǎng)的220kV變電站220kV側(cè)單相接地短路電流最小為8.87kA，最大為17.8kA。由于目前遠(yuǎn)景規(guī)劃沒有大容量火電機(jī)組并網(wǎng)，預(yù)計(jì)遠(yuǎn)景舟山電網(wǎng)220kV變電站220kV側(cè)母線單相短路故障電流不超過20kA。加上變電站各出線避雷線對故障電流的分流作用，實(shí)際變電站總的故障入地電流還會(huì)更小。目前，變電站均采用以上（1）、（2）條的設(shè)計(jì)，在滿足（3）、（4）、（5）條要求的前提下，按照規(guī)程要求，接地網(wǎng)的電位可允許升高至5kV，如需繼續(xù)升高，則需與設(shè)備廠商協(xié)商，提高低壓設(shè)備的耐壓能力。另外，根據(jù)DL/T5136-2012《火力發(fā)電廠、變電站二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》，要求接地電阻按照不大于10控制。3主要參數(shù)計(jì)算3.1入地故障電流計(jì)算入地電流的大小會(huì)直接影響地電位的高低，影響接地電阻的取值。入地故障電流不等同于短路故障電流，接地故障發(fā)生后，流入故障點(diǎn)的電流一部分通過發(fā)電廠或變電站中性點(diǎn)流走；一部分通過避雷線流走；剩余部分才進(jìn)入接地網(wǎng)，即入地故障電流。短路故障一般分為變電站站內(nèi)短路和站外短路，與站外短路相比，站內(nèi)短路對變電站安全運(yùn)行影響更大，因此本文主要針對變電站站內(nèi)短路故障進(jìn)行分析。入地故障電流Ig計(jì)算為：（2）式中：Imax為最大接地短路電流，A；Iz為經(jīng)發(fā)電廠或變電站變壓器接地中性點(diǎn)流走的接地短路電流，A；Kf為廠內(nèi)短路時(shí)避雷線的工頻分流系數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)的正序、負(fù)序和零序等效阻抗，易求得最大接地短路電流Imax。經(jīng)發(fā)電廠或變電站變壓器接地中性點(diǎn)流走的接地短路電流Iz為：（3）式中：XX0為變電站短路點(diǎn)系統(tǒng)側(cè)零序電抗；XB0為站內(nèi)零序阻抗。3.2分流系數(shù)簡易的故障分流系數(shù)Kf計(jì)算公式基于傳統(tǒng)的避雷線分流計(jì)算，只能計(jì)算單回路出線情況，且適用于線路桿塔數(shù)量在10個(gè)以上的變電站，易手動(dòng)計(jì)算，但未考慮桿塔接地電阻的影響，因此不符合實(shí)際工程運(yùn)行情況，有其局限性。而在計(jì)算多回路出線情況下的故障分流系數(shù)，首先需依靠計(jì)算軟件得到每條出線的故障電流If，然后逐線逐檔計(jì)算地線分流電流和鐵塔入地電流，計(jì)算量巨大，須由專業(yè)的軟件建模計(jì)算。目前研究表明，變電站的接地網(wǎng)和地線分流受到許多因素的影響：出線回路數(shù)越多，分流系數(shù)越大；變電站接地電阻越大，分流系數(shù)越??；地線導(dǎo)電性越好，分流系數(shù)越大；桿塔接地電阻越小，分流系數(shù)越大；桿塔檔距越小，分流系數(shù)越大。4變電站降阻措施當(dāng)變電站接地電阻不能滿足要求時(shí)，就需采取一定的措施降低變電站的接地電阻。以舟山為例，多為丘陵地區(qū)，土壤電阻率較高，因此在設(shè)計(jì)中經(jīng)常需要采取有效的降阻措施。一般可采用的降阻方法有：外引接地、深井接地、接地模塊等。4.1敷設(shè)外引接地敷設(shè)外引接地的方法是采用敷設(shè)外引接地極至變電站周邊較低電阻率的地塊中，但是會(huì)增加變電站征地、接地網(wǎng)施工及運(yùn)行維護(hù)成本，特別是對于舟山這樣多山地地區(qū)很難廣泛使用。4.2深井接地深井接地的方法使用于地表土壤電阻率較高而深層土壤電阻率較低的變電站。采用該法具有可以減少占地面積，接地電阻受氣候影響小等優(yōu)點(diǎn)。但是對于舟山地區(qū)，深層往往是巖石風(fēng)化層或巖層，土壤電阻率均較高，因此該法也難以采用。4.3接地降阻模塊接地降阻模塊的方法在目前舟山地區(qū)降阻方案中采用比較多，其原理為采用防腐金屬電極，外包裹物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的低電阻導(dǎo)電材料，能有效降低接地電阻。但是接地降阻模塊在面積一定的情況下，材料的屏蔽系數(shù)隨著距離的減小而增大，利用率也越來越低，一般要求接地體之間間隔不小于5m。因此該方法也有其一定的局限性，對于面積較小，土壤電阻率較高的地區(qū)的變電站來說，即使裝設(shè)了接地模塊，仍然無法達(dá)到接地電阻的要求值。結(jié)束語主接地網(wǎng)作為變電站設(shè)備及防雷保護(hù)接地，對于變電站的正常安全運(yùn)行具有重要的作用，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能將故障電流迅速排泄入地，控制接地網(wǎng)的最大電位升高，保證人身和設(shè)備安全。接地電阻值是衡量變電站接地安全的重要指標(biāo)。參考文獻(xiàn)：唐海英.淺析變電站防雷接地設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版