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      凍土地區(qū)某變電站接地方案研究

      2016-12-08 06:19:14周圣枝付磊宋周
      工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2016年14期
      關(guān)鍵詞:跨步電壓允許值凍土

      周圣枝,付磊,宋周

      (湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,武漢430040)

      凍土地區(qū)某變電站接地方案研究

      周圣枝,付磊,宋周

      (湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,武漢430040)

      對(duì)凍土地區(qū)某變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)了等間距地網(wǎng)和不等間距地網(wǎng)+均壓帶2種方案,經(jīng)仿真計(jì)算,不等間距地網(wǎng)+均壓帶方案能滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求。為解決土體及接地體熱脹冷縮影響接地體的壽命,建議地下接地體設(shè)置伸縮節(jié),伸縮節(jié)最大間距不大于30m。【Abstract】Two schemesfor the grounding grid of a substation in permafrost area are designed,namely equally spaced grounding grids and unequallyspacedgroundinggrids+uniformpressurezone.Throughsimulation,thesecondschemecansatisfytherequirementsofsafeoperation. Tosolvetheproblemthatexpansionandcontractionofthesoilandgroundingbodywillaffectthelifespanofthegroundingbody,itissuggested thatexpansionjointsaresetingroundingbody,withamaximaldistanceof30mbetweenthejoints.

      凍土;變電站接地;不等間距地網(wǎng)

      【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.025

      1 引言

      凍土對(duì)接地電阻有很大影響。隨著溫度降低,土壤中鹽等化學(xué)物質(zhì)溶解度將下降,使導(dǎo)電離子數(shù)目減少,同時(shí)水的粘度將增大,導(dǎo)致溶液中導(dǎo)電離子運(yùn)動(dòng)阻力增大,運(yùn)動(dòng)速度減緩,土壤電阻率升高。反之溫度升高,土壤中水分解凍,使得電離子數(shù)目增加,水的粘度降低,土壤電阻率降低[1]。

      凍土土壤電阻率的跳變,對(duì)接地電阻影響很大。若將接地網(wǎng)直接敷設(shè)在凍土層,一是電阻率跳變會(huì)影響接地電阻;二是在夏季表層土壤部分融化,而下部土壤未融化,此時(shí)接地電阻仍較大,而接觸電壓和跨步電壓的允許值會(huì)下降,影響運(yùn)行人員安全[2]。本文推薦將地網(wǎng)敷設(shè)在凍土層以下。

      2 計(jì)算參數(shù)輸入

      2.1 土壤地質(zhì)情況

      本站地域凍土深度為1.6m,下層電阻率約為80Ω·m,考慮季節(jié)系數(shù)及場(chǎng)地土方平整的影響,冬季最嚴(yán)重情況凍土土壤電阻率取400Ω·m。

      2.2 入地短路電流

      本站220kV母線(xiàn)短路時(shí),三相短23kA,單相短24.7kA;66kV母短路時(shí),三相短17.8kA,計(jì)算可得:

      Ig=(Imax-Ibn)(1-kel)=11kA (1)

      式中,Ig為入地短路電流,kA;kel為避雷線(xiàn)分流系數(shù),取50%;Ibn為主變中性點(diǎn)入地電流,根據(jù)變電站接線(xiàn)形式計(jì)算取2.7kA;Imax為最大短路電流,取24.7kA。

      2.3 接地體截面選擇

      本站地下水及場(chǎng)地土對(duì)鋼材有微腐蝕性。結(jié)合腐蝕特性,本站選用鍍鋅扁鋼作接地材料。

      根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50065—2011),求得接地導(dǎo)體最小截面:

      式中,sg為導(dǎo)體最小截面積,mm2;Ig為入地短路電流,取11kA;C為短路等效持續(xù)時(shí)間,取0.5s;te為接地材料的熱穩(wěn)定系數(shù),取70。

      考慮40a設(shè)計(jì)壽命,及腐蝕影響,求得接地導(dǎo)體截面為:

      式中,a為接地扁鋼寬度,取60mm;b為接地扁鋼厚度,取6mm;γ為年腐蝕速度,取0.065mm/a;A為地網(wǎng)設(shè)計(jì)壽命,取40a。

      接地導(dǎo)體選用60mm×6mm扁鋼滿(mǎn)足要求,接地引下線(xiàn)按不小于接地導(dǎo)體截面的75%選取,選60mm×8mm扁鋼。

      3 地網(wǎng)設(shè)計(jì)及安全性分析

      3.1 等間距地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

      3.1.1 地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

      采用軟件CDEGS進(jìn)行建模,主地網(wǎng)埋深1.8m,采用100m×80m矩形地網(wǎng),網(wǎng)孔大小10m×10m等間距布置。經(jīng)仿真計(jì)算,接地電阻為0.45Ω,最大接觸電壓為1332V,最大跨步電壓為219V。

      3.1.2 地網(wǎng)安全性分析

      根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50065—2011),接觸電壓和跨步電壓允許值計(jì)算公式如下:

      式中,ρs為土壤電阻率;Cs為表層衰減系數(shù);Ut為接觸電勢(shì)允許值;Us為跨步電勢(shì)允許值;ts為短路持續(xù)時(shí)間。

      經(jīng)計(jì)算,若不采取絕緣處理措施,接觸電壓允許值為342V,跨步電壓允許值為642V,接觸電壓不滿(mǎn)足運(yùn)行要求。

      若設(shè)置絕緣地坪處理,采用150mm厚度碎石+瀝青絕緣地坪,電阻率為5000Ω·m,此時(shí)接觸電壓允許值為1193V,仍不滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求。

      3.2 不等間距地網(wǎng)+均壓帶設(shè)計(jì)方案

      3.2.1 地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

      將等間距設(shè)計(jì)改為按最優(yōu)壓縮比0.7設(shè)計(jì),外圍敷設(shè)埋深2.0m深度的均壓帶,其他設(shè)計(jì)參數(shù)均不變,經(jīng)仿真計(jì)算,其接地電阻為0.42Ω,接觸電壓和跨步電壓分布見(jiàn)圖1和圖2。

      3.2.2 地網(wǎng)安全性分析

      經(jīng)仿真計(jì)算,做絕緣地面處理后,接觸電壓和跨步電壓最大值分別為922V和186V,小于對(duì)應(yīng)允許值1193V和642V,滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求。

      另外,地下接地體在極低溫狀態(tài)收縮變短,土體凍脹凍結(jié)具有較高的嵌固效果,容易使接地帶連接部位受拉斷裂;建議地下接地體在適當(dāng)部位設(shè)伸縮節(jié),伸縮節(jié)最大間距不宜大于30m。

      圖1 接觸電壓分布圖

      圖2 跨步電壓分布圖

      4 結(jié)論

      經(jīng)CDEGS軟件仿真計(jì)算,本站采用等間距地網(wǎng)無(wú)法滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求。采取不等間距+均壓帶方案,地網(wǎng)接地電阻降為0.42Ω,做絕緣地坪處理后,接觸電壓和跨步電壓分別為922V和186V,小于對(duì)應(yīng)允許值1193V和642V,滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求。

      為解決土體及接地體熱脹冷縮影響接地體的壽命,建議地下接地體設(shè)置伸縮節(jié),伸縮節(jié)最大間距不大于30m。

      【1】陳慈萱,劉旭,青藏線(xiàn)凍土地區(qū)接地問(wèn)題探討[J].鐵道通信信號(hào),2006,42(8):6-8.

      【2】李?lèi)?ài)民,解廣潤(rùn),改善凍土地區(qū)接地安全性的措施[J]高電壓技術(shù), 1991(2):10-12.

      Study on Grounding Scheme of a Substation in Permafrost Area

      ZHOU Sheng-zhi,FU Lei,SONG Zhou
      (PowerchinaHubeiElectricEngineeringCorporation,Wuhan 430040,China)

      permafrost;groundingsystemofthesubstation;unequallyspacedgroundinggrid

      TM63

      A

      1007-9467(2016)10-0055-02

      2016-10-03

      周圣枝(1986~),男,湖北武漢人,工程師,從事變電站設(shè)計(jì)研究。

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