变电站接地电网分析

变电站接地电网分析
发布时间：2021-06-25T10:50:00.127Z 来源：《中国电业》2021年3月7期作者：梁雪儿
[导读] 本文从接地阻抗、出线地线分流、变电站厂区跨步及接触电压、接地网导体检测和腐蚀性诊断四个方面着手，对变电站接地网的特性参数进行分析
梁雪儿
广州汇隽电力工程设计有限公司广东广州 511400
摘要：本文从接地阻抗、出线地线分流、变电站厂区跨步及接触电压、接地网导体检测和腐蚀性诊断四个方面着手，对变电站接地网的特性参数进行分析。

除此之外，本文围绕设计、交接、运维三个阶段对变电站接地网设计存在的主要问题进行梳理，提出了针对性的解决方式，以供参考。

关键词：变电站；接地网；接地阻抗
引言：变电站的接地网又称为接地极，是直接与大地接触的金属导体。

通常情况下，接地网能够将多个接地体用接地干线连接成网络，其特点在于接地可靠、接地电阻小，能够同时满足大量电气设备的接地需求。

为了保证变电站接地网能够长时间处于稳定、高效运行的状态，需对接地网的特性参数和设计问题进行分析。

一、变电站接地电网特性参数分析
华东交通大学硕士研究员方衫认为，变电站接地网的主要作用在于：当变电站厂区的设备出现接地故障（如短路）时，接地网能够在极短时间内迅速向大地释放故障电流，及时改善变电站的电位分布情况，避免短路故障对设备乃至区域输配电网络造成更加严重的影响。

为了明确变电站接地网的工作原理，必须对接地网的特性参数进行系统性分析。

1.接地阻抗
阻抗是指电路中阻碍电流通过能力的一种“量”，通常以复数形式呈现，数值的大小与电流的频率直接相关。

如果电路由纯电阻构成时，阻抗便会以实数的形式呈现，与电流频率无关。

接地阻抗更加复杂，可进行如下理解：①将变电站附近区域范围内的土壤电阻视为“均匀分布”，所有位置土壤的电阻率均是相同的，以P表示；②将变电站接地装置视为一个“点位”，以此作为“圆心”，以r为半径囊括的地下区域均可视为金属接地极；③如果有一个电流I进入该接地极时，此电流不会作用于接地极中的某一个点，而是通过接地网向大地下方的多个方向“发散”，直至流向无穷远处。

而在电流向远处传递的过程中，由于大地本身具备电阻，故电流强度会越来越小，最终消散，一般不会引发安全事故。

从上述过程可知，接地电阻是电流首先流向接地装置，进一步流向大地时遇到的电阻。

如果流向大地的电流是交流电，即对应的电位中同时含有与该电流同相的分量和正交分量，则接地电阻可被视为接地阻抗。

2.出线地线分流
变电站的架空出线包含出线路杆塔，电力电缆出线包含终端接地装置。

在上述两种装置的作用下，当变电站中的某一段线路（或某种设备）发生短路故障时，一部分故障电流会向外流出，减小故障电流，避免变电站电气设备或配电网络受到较大的影响。

除了上述两种装置之外，变电站还设有架空地线、电缆外护套等分流装置。

由于不同分流与故障电流之间具备相位差，故对分流系数和实际入地的电流进行处理时，需考虑电流具体的流经方向，即开展向量计算，不可直接将具体数值进行加法计算。

3.变电站厂区跨步电压和接触电压
变电站厂区跨步电压和接触电压的安全限制需依照DL/T621-1997《交流电气装置的接地》、GB50150-2006《电气设备安装工程电气设备交接试验标准》[1]的相关规定进行设置。

技术人员在检测变电站接地网的性能是，需对上述两种电压的实际值是否能够超过安全限制进行精确测定，从而确认接地网的安全性能。

4.接地网导体检测和腐蚀性诊断
变电站接地网常年处于地下，很容易受地下物质的腐蚀而导致性能受损。

目前，我国变电站接地网的建设普遍采用钢材质，故在设计施工阶段，技术人员需做好防腐蚀处理。

但与建筑工程中的钢材质腐蚀不同，导致变电站接地网收到腐蚀的主要部位一般分为导体腐蚀和设备引下线腐蚀。

前者与常规的土壤腐蚀无本质差异，即土壤中的物质常年作用于接地网而出现腐蚀现象；后者在土壤腐蚀的基础上，还包含一部分大气腐蚀。

总体而言，设备引下线腐蚀中，两种介质的腐蚀尽管都符合电化学腐蚀的原理，但其中也存在不小的差别；加之土壤表层结构和成分之间的差异，接地网主地网引下线装置、设备、材质的腐蚀均十分严重。

不仅如此，接地网中的构件较多，造成检测工作量较大，故必须极强对接地引下线腐蚀的检测。

二、变电站接地网设计运用存在的主要问题及解决方式
目前，我国变电站接地网在设计、交接、运行维护方面存在的问题如下。

1.设计阶段
在设计阶段，电网公司技术人员对变电站站址及附近土壤的勘探深度不足，勘探范围未能满足相应的要求。

由此造成的后果是，围绕变电站接地网进行设计时，存在基础数据缺失的问题。

此外，接地网设计过程中未能充分考虑架空地线、电缆外皮等分流装置对接地网阻抗可能产生的影响，进而导致接地网预期的阻抗与实际阻抗之间存在较大差异。

实际上，解决上述问题并不难，一方面，技术人员需围绕变电站站址附近地区加大勘探强度，尽可能多地收集基础设计数据，使建设方案更加全面；另一方面，对架空地线、电缆外皮等能够对故障电流进行分流的装置的性能进行深度分析，使接地网预期阻抗与实际阻抗更加接近。

2.交接阶段
在交接阶段，有关接地阻抗的测试方法一般选择直线法。

行“放线”作业时，由于电流及电压线的并行长度超过1000m，加之相邻测量线之间的距离较小，在导线的互感作用下，阻抗测试结果的误差极大[2]。

为解决该问题，技术人员应根据变电站接地网设置的实际情况，灵活选择检测方式。

此外，还需考虑导线间的互感作用，尽量降低负面影响，使测试结果更加准确。

3.运维阶段
部分变电站进入运行阶段后，在已经运行一段时间后，仍然未能对接地网进行首次检查；此外，部分变电站并没有编制周期性阻抗测试方案；与交接阶段相同，部分变电站针对接地网阻抗测试选用的方法不甚合理。

解决上述问题的主要思路在于提高变电站运维管理质量。

具体而言，第一，变电站交付运营商之后的第一时间，即需围绕接地网开展首检工作；第二，严格编制周期性阻抗测试方案，每间隔
一段时间后即需检测，风雨无阻；第三，灵活选用阻抗检测方式，契合实际。

结语：接地网是一种具备“隐蔽性”的工程，正因如此，接地网的安全性一般不会受到重视。

但是，接地网的重要性毋庸置疑。

如变电器等设备的接地功能一旦出现差错，轻则导致设备无法正常运行，重则直接引发安全事故。

为了从根本上避免出现此种情况，技术人员需明确接地网的特性，解决设计方面存在的问题。

参考文献：
[1]万仲海.变电站直流系统接地故障及环网危害分析处理[J].科技创新导报,2019,16(28):41-42.
[2]方杉. 江西电网变电站主地网运维状况分析及安全性状态评估[D].华东交通大学,2019.。