七星樁接地網(wǎng)在變電站的設(shè)計研究

高艷海,賈圣明,張　瑞,欒希海（國網(wǎng)邢臺供電公司,河北　邢臺　054000）

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七星樁接地網(wǎng)在變電站的設(shè)計研究

高艷海,賈圣明,張瑞,欒希海
（國網(wǎng)邢臺供電公司,河北邢臺054000）

摘 要：七星接地網(wǎng)是一種不同于傳統(tǒng)接地網(wǎng)的特殊結(jié)構(gòu)的接地裝置，配合新材料技術(shù)，和對接地網(wǎng)對電網(wǎng)安全和穩(wěn)定性影響的研究和新特性的發(fā)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：變電站；七星樁接地網(wǎng)；垂直接地

1　技術(shù)背景

隨著繼電保護技術(shù)和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，變電站中微電子技術(shù)已成為電力繼電保護和監(jiān)控系統(tǒng)中的最重要的技術(shù)。實際電力工程建設(shè)中,在建設(shè)自動控制系統(tǒng)的時候,往往對其防干擾措施考慮不夠,當變電站遭受雷擊、短路接地故障時，故障電流就會流入地網(wǎng)，由于地網(wǎng)接地體阻抗，特別是感抗的作用，使得地網(wǎng)電位分布變得極不均勻，由于地網(wǎng)接地體上的電流隨時間的變化率(di/dt)很大，使得地網(wǎng)附近的二次回路上產(chǎn)生較高的感應(yīng)電勢，造成二次回路上的繼電保護裝置誤動作或損壞?，F(xiàn)行設(shè)計中等電位接地網(wǎng)對二次設(shè)備保護脆弱，已無法滿足高精密化高度自動化二次設(shè)備的安全需求，二次設(shè)備獨立接地網(wǎng)便由此產(chǎn)生產(chǎn)生，而在設(shè)計和施工中，以變電站全站等電位地網(wǎng)為前提下，一次設(shè)備接地網(wǎng)與二次設(shè)備接地網(wǎng)無論連接還是斷開，都面臨不少技術(shù)上的質(zhì)疑。

七星樁獨立接地網(wǎng)是在變電站二次獨立接地網(wǎng)的研究中發(fā)現(xiàn)，并通過深入研究而取得的一項技術(shù)成果。簡單說來，七星接地網(wǎng)是一種不同于傳統(tǒng)接地網(wǎng)的特殊結(jié)構(gòu)的接地裝置，配合新材料技術(shù)使用，對電網(wǎng)安全和穩(wěn)定性具有重要意義。

2　七星樁獨立接地網(wǎng)的構(gòu)造

一個獨立的七星樁地網(wǎng)由一個中心接地極和周圍六個衛(wèi)星接地極構(gòu)成。中心極與衛(wèi)星極之間采用星型連接，每個接地極采用深井垂直安裝方式。六個衛(wèi)星極均勻分布在以中心極為圓心的圓周上，兩個相鄰衛(wèi)星極之間互相連接。

每個接地極采用深井安裝方式，每口深井的半徑為20厘米，深度為4米以上。接地極本體材料采用空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石墨復(fù)合接地極。中心接地極與衛(wèi)星接地極之間的半徑最小為3米，最大為15米。接地極安裝以后周圍填充石墨和膨潤土混合材料，最后灌水密封。

3　變電站七星樁群網(wǎng)設(shè)計

3.1設(shè)計方法

該設(shè)計根據(jù)不同設(shè)備性質(zhì)分區(qū)和分類，分別設(shè)置小接地網(wǎng)和大接地網(wǎng)。其中兩臺主變壓器各設(shè)一個小網(wǎng)，高頻干擾強的濾波器、開關(guān)柜等設(shè)一個小網(wǎng)，電抗器電容器等設(shè)一小網(wǎng)，避雷器接地網(wǎng)也是一個小網(wǎng)，繼電器智能設(shè)備等二次設(shè)備設(shè)一小網(wǎng)，母線下面設(shè)置全站大七星接地極，最后，全部小網(wǎng)與大七星接地極中心相連。這種分類、分區(qū)設(shè)置最后匯集一點的設(shè)計，使各設(shè)備各系統(tǒng)之間通過地網(wǎng)相互干擾的可能性降到了最低。因為，大七星接地極的接地效果最好，消納沖擊電流的能力最強，各分網(wǎng)落于大七星接地極上的沖擊不再引起二次沖擊。

3.2設(shè)計原則與標準

（1）深井吸納原則。所謂深井吸納是指接地極放置于較深的井式結(jié)構(gòu)中，土壤終年潮濕或深見水層，且接地極的放電效果要好（有效面積大）。井的深度一般以3米以上為宜。單個接地極的直徑一般宜5厘米以上。至于其吸納能力，與不同系統(tǒng)有關(guān)。對一個500kV變電站來說，如果是高壓側(cè)中性點接地網(wǎng)，則必須根據(jù)高壓側(cè)最大對地短路電流計算，若以數(shù)十千安計，則單個電極若按沖擊電流2000A，七個接地極共吸納14000A，還是不夠的。但對二次系統(tǒng)獨立網(wǎng)來說，則完全沒有必要。接地效果好的評價標準為，當通過額定電流且經(jīng)過一定時間（2秒）后接地極表面土壤無琉璃化現(xiàn)象。

（2）系統(tǒng)分隔原則。為了使系統(tǒng)相互影響減小到最低程度，地網(wǎng)也應(yīng)隔離。地網(wǎng)徹底分離的方法按照IEC的分類方法，稱之為TT方式。即，地網(wǎng)之間無金屬連接。具體來說，以下系統(tǒng)應(yīng)采取地網(wǎng)隔離技術(shù)：1）防雷接地網(wǎng)；2）與電網(wǎng)連接的變壓器高壓側(cè)中性點接地網(wǎng)；3）二次設(shè)備和計算機系統(tǒng)的接地網(wǎng)。

（3）一點接地原則。當采用孤立七星樁接地網(wǎng)時，入地點應(yīng)選擇在中心極。

當構(gòu)成小規(guī)模星群時，各分散在各處的小七星的應(yīng)與接地效果最好的大七星的中心極采用星型連接。

4　七星樁接地網(wǎng)設(shè)計理念

七星樁接地網(wǎng)的設(shè)計理念就是以最快的速度將各種沖擊電流吸收并擴散到地下。七星樁接地網(wǎng)不同于常規(guī)的等電位地網(wǎng)，因為目前所稱的等電位地網(wǎng)理論上存在，在客觀實現(xiàn)上是不可能實現(xiàn)的。因為任何導(dǎo)體都有內(nèi)阻，只要導(dǎo)體的一端產(chǎn)生大接地電流，導(dǎo)體沿線必產(chǎn)生沖擊電壓。即便地網(wǎng)很大，邊緣封閉，在邊緣上必產(chǎn)生跨步電壓，因為，平面式地網(wǎng)的邊緣導(dǎo)體對沖擊電流的擴散能力依然受到限制，不能與深井式接地極相比。只要大七星樁接地極深度足夠、截面積足夠，其消納能力幾乎是無限的。大七星接地極群地網(wǎng)幾乎不存在跨步電壓問題，因而比平面地網(wǎng)更安全。從設(shè)計標準上看，七星接地極群地網(wǎng)是一個高于現(xiàn)有接地標準的新設(shè)計，與目前標準并不矛盾。

具體到每個小七星樁接地極來說，只有所連本區(qū)的沖擊電流不能消納時，沖擊電流才流向大七星接地極。小七星接地極相當于小蓄水池，大七星接地極相當于大蓄水池。

5　七星樁接地網(wǎng)優(yōu)勢

（1）深井接地極技術(shù)可將接地體上的電荷快速引向地下深處。深井、復(fù)合材料、填充劑等自主創(chuàng)新的材料和施工工藝，進一步增加了接地效果，最大程度地增加了接地極電荷擴散效應(yīng)。

（2）七個接地極之間的等間距結(jié)構(gòu)使接地極的使用空間密度最大，提高了土地利用率。

（3）將跨步電壓減小到最低程度。七個接地極的深井立體擴散體，和地表淺層連接電纜的絕緣技術(shù)，將跨步電壓減小到了最低程度，而且七星網(wǎng)的集約化，跨步電壓對人身和設(shè)備的危害可忽略不計。

（4）每個接地極使用復(fù)合材料，延長了接地極壽命。

（5）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于維護。傳統(tǒng)地網(wǎng)一般是一次性施工，不可維護。七星接地網(wǎng)從結(jié)構(gòu)來看，可用鉆井工具快速施工，比平面式常規(guī)地網(wǎng)施工方便。更換維護時可逐個更換，不需停電。

（6）節(jié)約環(huán)保。與傳統(tǒng)箅子式地網(wǎng)相比，七星樁接地網(wǎng)施工不需要破壞大面積土地，實現(xiàn)了“降低成本，節(jié)省投資”的目標。

6　結(jié)束語

該文七星樁接地形式設(shè)計不僅大大減小了接地電阻，大大減小了地網(wǎng)反擊而造成的系統(tǒng)間的互相影響，消除了跨步電壓對人身的傷害，增加了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，使地網(wǎng)的安全和可靠性產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。采用新材料能解決接地網(wǎng)不耐腐蝕更換麻煩的問題，新型接地體和七星樁接地形式的推廣和應(yīng)用將推動我國電網(wǎng)接地技術(shù)向更高的水平發(fā)展。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.149