110kV興隆變電站接地網(wǎng)優(yōu)化改造技術(shù)研究

沈濤

【摘 要】接地網(wǎng)的重要參數(shù)包括接地電阻、接地網(wǎng)均壓優(yōu)化和二次系統(tǒng)接地，是對(duì)變電站接地網(wǎng)安全造成影響的重要因素，在變電站改造過程中接地電阻的計(jì)算、均壓方案的選擇是得出最佳改造設(shè)計(jì)方案的方法。

【關(guān)鍵詞】接地網(wǎng)；改造方案；設(shè)計(jì)研究

1.變電站電氣設(shè)備改造過程中接地系統(tǒng)存在的問題

一是增加了電網(wǎng)系統(tǒng)容量，迅速提高了入地短路電流，對(duì)應(yīng)所需的接地電阻將更小。二是由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，集成式電氣裝置己經(jīng)初具規(guī)模并且大量應(yīng)用，例如箱式變壓器和GIS設(shè)備，對(duì)于變電站來說有效節(jié)省了占地面積，對(duì)應(yīng)的節(jié)省了地網(wǎng)面積。三是隨著不斷發(fā)展的城市電網(wǎng)，城區(qū)中大量涌現(xiàn)了新建變電站，而建立變電站接地系統(tǒng)在城區(qū)則會(huì)極大的受到占地面積的約束。

綜合上述情況，變電站接地系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題包括不斷縮小的地網(wǎng)占地面積，接地電阻比較小日趨穩(wěn)定的接地系統(tǒng)，地網(wǎng)占地面積較小的情況下，在變電站中向水平方向迅速延伸接地網(wǎng)，并且對(duì)其接觸電壓、跨步電壓有效降低，進(jìn)一步充分保證變電站接地網(wǎng)中人身和設(shè)各安全，這些全部是變電站在設(shè)計(jì)接地過程中需要解決的主要問題。變電站電網(wǎng)具體利用水平接地網(wǎng)的接地系統(tǒng)，而降低地網(wǎng)接地電阻、地面接觸電壓和跨步電壓的主要技術(shù)是增加水平接地網(wǎng)面積及敷設(shè)外引接地網(wǎng)，可是由于變電站占地面積的約束、施工質(zhì)量不斷追加的投資等因素，逐步凸顯了擴(kuò)張水平接地面積和敷設(shè)外引的不足。所在水平接地網(wǎng)中降低地網(wǎng)接地電阻是具有顯著問題的，接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要思想便是縱向發(fā)展接地系統(tǒng)，這也是變電站接地系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)，將不等間距布置水平均壓導(dǎo)體方法應(yīng)用在變電站水平接地網(wǎng)中，其中垂直設(shè)置接地極對(duì)地網(wǎng)接地電阻有效進(jìn)行了降低，有效對(duì)接觸電壓和跨步電壓進(jìn)行了控制。

2.山東樂陵110kV興隆變電站接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

變電站地網(wǎng)的接地參數(shù)是否達(dá)到接地規(guī)程的要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否科學(xué)，決定于地網(wǎng)設(shè)計(jì)方法是否正確。只有根據(jù)正確的方法和步驟實(shí)行設(shè)計(jì)，才能夠令接地參數(shù)符合規(guī)程要求、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理的地網(wǎng)。山東樂陵110kV興隆變電站由于運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)，接地網(wǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)已經(jīng)無法符合規(guī)程要求，因此需要改造接地網(wǎng)。本文以興隆變電站改造工程為例，對(duì)變電站改造工程中使用到的地網(wǎng)技術(shù)、一次設(shè)備、二次設(shè)備、自動(dòng)化控制設(shè)備等進(jìn)行研究，興隆變電站占地面積為8121m2，110kV側(cè)的最大電流為8.918kA，平均土壤電阻率ρ=400Ω·m?；诖藦囊韵聨追矫鎭韮?yōu)化變電站接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)：

2.1水平接地網(wǎng)方案

①接地電阻需要根據(jù)電阻允許值R進(jìn)行不同電位電阻的調(diào)整，其中地電位的電阻要求為R≤1.320Ω、接觸電位的要求R≤1.326Ω、跨步電位的要求為R≤6.758Ω，最后110kV閥型避雷器的放電電壓要求為R≤4.419Ω的范圍內(nèi)。②要將一個(gè)中間稀、四周密且不等間距水平的方孔接地網(wǎng)，布置在4480m2的面積上，均壓帶要使用標(biāo)準(zhǔn)為50×5的扁鋼形成。③要保證接地網(wǎng)預(yù)埋深度為0.8m，水平接地導(dǎo)體之間的間距應(yīng)保持在5m左右，水平接地體的根數(shù)為18根，接地網(wǎng)接地電阻可以通過相關(guān)公式計(jì)算出來，即：R=0.5ρ/ =0.5×400/ =3.0（Ω）。該設(shè)計(jì)最終的接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算結(jié)果為3.0Ω>0.5Ω不符合標(biāo)準(zhǔn)。注：根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBT50065-2011）R≤2000/I或者R≤0.5Ω，由于R≤2000/I難以達(dá)到，故選擇滿足R≤0.5Ω）。

2.2擴(kuò)大地網(wǎng)后水平接地網(wǎng)方案

該變電站的實(shí)際征地范圍占地面積為124×100=12400（m2），為優(yōu)化和完善變電站接地網(wǎng)機(jī)構(gòu)，所以實(shí)施地網(wǎng)擴(kuò)大水平接地優(yōu)化方案，在擴(kuò)大地網(wǎng)后，仍然使用中間稀、四周密且不等間距的方孔接地網(wǎng)，均壓帶使用標(biāo)準(zhǔn)為50×5的扁鋼，計(jì)算出來的根數(shù)為21根，經(jīng)公式計(jì)算得出：R=0.5ρ/ =0.5×400/ =1.80（Ω），比之前的電阻更小，運(yùn)行安全可靠性更高。該方案設(shè)計(jì)最終的接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算結(jié)果為1.80Ω>0.5Ω，不符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.3擴(kuò)大地網(wǎng)后深井接地接地電阻計(jì)算

通過上述分析了解到通過擴(kuò)大地網(wǎng)，能夠有效降低變電站接地網(wǎng)電阻，與<0.5Ω的標(biāo)準(zhǔn)還相差一點(diǎn)，故還需要通過增設(shè)垂直接地極來實(shí)現(xiàn)電阻的降低。據(jù)了解該變電站下面沙土地層區(qū)域的土壤電阻率較低，約為平均土壤電阻率ρ=150Ω·m，所以垂直接地極井的深度可確定為L(zhǎng)=100m，鋼管的直經(jīng)確定為d=0.05m，位置確定為所區(qū)4個(gè)角上；又因?yàn)樯盥窠拥伢w間距>20m，所以屏蔽系數(shù)確定為0.75，則擴(kuò)大地網(wǎng)后深井接地的電阻為：Rv=ρ/（2πL）×[ln（8L/d）-1]=150÷（2×3.14×100）×[ln（8×100÷0.05）-1]=0.2389×（9.6803-1）=0.2389×8.6803=2.0737；R=（2.0737÷4）÷0.75=0.5184÷0.75=0.6912Ω；RL=[0.6912×1.80÷（1.84+1.80）]÷0.75=0.4557Ω<0.5Ω，滿足要求。最終確定的優(yōu)化方案為：主網(wǎng)面積為124×100=12400m2，水平接地體根數(shù)為21根，垂直接地體為4根，垂直接地極井深度為100m，布置于水平接地網(wǎng)4個(gè)角上。

3.接地網(wǎng)均壓優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1方孔均壓網(wǎng)設(shè)計(jì)

在很多變電站設(shè)計(jì)中都使用了長(zhǎng)孔地網(wǎng)，該地網(wǎng)均壓線距離較長(zhǎng)，所以與主網(wǎng)的連接較為薄弱，一旦發(fā)生接地故障就會(huì)導(dǎo)致均壓增大，損壞二次控制電纜及其他相關(guān)設(shè)備。

通過大量統(tǒng)計(jì)分析，本次改造的變電站工程設(shè)計(jì)接地網(wǎng)優(yōu)先選用方孔接地網(wǎng)，變電站改造成為方化網(wǎng)之后，其電位明顯超過長(zhǎng)孔網(wǎng)下降電位幅度30%。因此對(duì)變電站接地網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)方孔接地網(wǎng)積極考慮.

3.2不等間距布置

變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中不等間距接地網(wǎng)是一項(xiàng)普遍應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)。對(duì)工頻電壓均壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了解決，節(jié)約了很多材料，這也是與我國(guó)實(shí)際情況相符合，達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理要求布置接地網(wǎng)的方式。使用不等間距布置接地網(wǎng)，不但能夠在地網(wǎng)故障中將電流集中到變壓器中，還能夠集中布置避雷器和集中接地裝置，使變電站接地網(wǎng)的防雷性能、安全性及抗干擾性能得到提高。不等間距布置接地網(wǎng)的原理在于：根據(jù)接地網(wǎng)的屏蔽性，確定中間稀、四周密且不等距的接地導(dǎo)體布置方法，使接地導(dǎo)體得到充分利用。

4.二次系統(tǒng)接地優(yōu)化設(shè)計(jì)

一次系統(tǒng)接地和二次系統(tǒng)接地都是變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中一次系統(tǒng)接地的主要功能是防雷和保護(hù)，故優(yōu)化的目的在于防雷和保護(hù)，對(duì)二次回路的電磁兼容有重要影響，因?yàn)楹线m的一次接地系統(tǒng)可以減少所內(nèi)的高頻瞬變電壓幅值，從而減少電網(wǎng)較大電位差的發(fā)生，這就需要優(yōu)化二次系統(tǒng)接地，以增加二次回路的電磁兼容性，進(jìn)而提高變電站接地網(wǎng)系統(tǒng)的電磁抗干擾性、防雷性，最終減低較大電位差的發(fā)生率，提高變電站的安全性。具體的二次系統(tǒng)接地優(yōu)化設(shè)計(jì)方法如下：①采用合理的方式敷設(shè)二次電纜及選擇正確的走向等措施以避免或減少周圍電磁場(chǎng)對(duì)二次電纜的干擾；②將低電平的信號(hào)電纜與高電平電纜分開，即在變電站接地網(wǎng)工程設(shè)計(jì)及施工時(shí)一定要將低電平和高電平信號(hào)電纜分開來設(shè)計(jì)和施工，具體區(qū)分到電纜的型號(hào)及材質(zhì)等；③保證二次電纜在變電站內(nèi)的走向呈輻射狀，避免電纜之間的相互摩擦，導(dǎo)致電纜受損，進(jìn)行影響變電站接地網(wǎng)正常運(yùn)行，從而保證人與設(shè)備的安全；④二次電纜遠(yuǎn)離高壓母線和暫態(tài)電流的地點(diǎn)，并減少和母線的平行長(zhǎng)度。

5.結(jié)束語

變電站地網(wǎng)的接地參數(shù)是否與規(guī)定相符，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否科學(xué)，關(guān)鍵在于地網(wǎng)設(shè)計(jì)方法是否正確。只有根據(jù)科學(xué)的方式和步驟實(shí)施設(shè)計(jì)，才能得到符合規(guī)定要求、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理的接地參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]儲(chǔ)雷.變電站電氣一次主接地網(wǎng)設(shè)計(jì)機(jī)[j]中國(guó)科技信息，2014，（22）；160-161.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)山東省電力公司樂陵市供電公司）