接地网对变电站安全运行的影响

编号：AQ-JS-09840
( 安全技术)
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接地网对变电站安全运行的影
响
Influence of grounding grid on safe operation of Substation
接地网对变电站安全运行的影响
使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

0引言
接地网作为变电站交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的
安全运行起着重要的作用。

变电站接地包含工作接地、保护接地、
雷电保护接地。

工作接地即在电力系统电气装置中，为运行需要所
设的接地；保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和
线路杆塔等，由于绝缘损坏使其有可能带电，为防止其危及人身和
设备的安全而设的接地；雷电保护接地则是为雷电保护装置向大地
泄放雷电流而设的接地。

所以变电站接地系统的合理与否是直接关
系到人身和设备安全的重要问题。

1接地网设计
接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它
形式的雷，都将通过接地装置导入大地。

因此，没有合理而良好的
接地装置，就不能有效地防雷。

1.1变电站的接地网上连接着全站高低压电气设备的接地、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。

如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高；如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给运行人员的安全带来威胁；同时还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备，从而使这些设备发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。

1.2变电站接地设计原则：由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足R≤2000/I是非常困难的。

现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是：对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω。

但这不是说任何情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：为防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施；应考虑短路电流非周期分
量的影响，当接地网电位升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏；应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求；施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。

变电站接地网设计时应遵循以下原则：
1.2.1尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地体统一连接起来作为接地网；
1.2.2尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形；
1.2.3应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。

1.3防雷接地在设计施工时的特殊要求防雷接地引下线尽量利用现有的自然导体。

如建筑物本身的防火梯、金属柱子、桁架以及内筋都可以直接做引下线。

1.3.1在做防雷引下线时，各种金属物之间必须有可靠的金属连接。

在这种情况下，所有金属连接部分都应该焊接，并在接缝处另加跨接线。

1.3.2如果建筑物的混凝土柱子中的钢筋被作为引下线，则最少
要有四根柱子，且每根柱子至少有两根主筋的接点应全部焊接。

1.3.3防雷引下线应以最短的路线与防雷接地体连接。

尽量减少弯曲，且避免采用直角和锐角。

如果必须要弯曲，则弯曲开口处的距离不得大于弯曲部分弧长的1/10，以免在雷击时增加感应电阻。

1.3.4防雷引下线在地面上
2.5m、地面下200mm范围内应做机械保护装置。

2关于接地电阻
2.1接地电阻的定义：接地电阻实质上是电流经地面某点流向地下某确定点之间用欧姆定律计算出来的一个物理值，定义为接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆定律电阻。

在变电站防雷接地电阻测量时，是假定雷电流在地下疏散至40米处基本为零的前提下进行的，虽然如此，地下土壤结构的不同以及电流探针与接地极的方向不同、电压探针与电流探针之间的距离不同，接地电阻值有时有本质上的不同。

2.2接地电阻值的确定接地电阻值的确定要有依据，要讲究经济效益，其定量要求要以一定的计算公式为依据。

接地电阻值与接地
电流密切相关，其阻抗取决于接地电大小流和频率，在频率较低时电阻为阻抗的主要分量。

接地电阻《电力设备接地设计技术规程》(SDJ8—79)中对接地电阻值有具体的规定，一般不大于0.5Ω。

在高土壤电阻率地区，当接地装置要求做到规定的接地电阻在技术经济上极不合理时，大接地短路电流系统接地电阻允许达到5Ω，但应采取措施，如防止高电位外引采取的电位隔离措施，验算接触电势，跨步电压等。

根据规程规定，主要是以发生接地故障时，接地电位的升高不超过2000V进行控制，其次以接地电阻不大于0.5Ω和5Ω进行要求。

因此，人们普遍认为，110kV及以上变电所中，接地电阻值小于0.5Ω即认为合格，大于0.5Ω就是不合格；当接地电阻值合格时，不管短路电流有多大都不必采取措施，这是不合理的。

接地的实质是控制变电站发生接地短路时，故障点地电位的升高。

因为接地主要是为了保证人身和设备的安全，起作用的是电位而不是电阻，接地电阻是衡量接地网合格的一个重要参数，但不是唯一的参数。

随着电力系统容量的不断增大，一般情况下单相短路电流值也不断增大。

在有效接地系统中单相接地时的短路电流一般都超过
4kA。

因此，从安全运行的角度出发，不管在什么情况下，都应该验算地网的接触电势和跨步电压，必要时应采取防止高电位外引的隔离措施。

3防雷措施
变电站是电力系统防雷的重要保护设施，如果发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会生产和人民生活。

因此要求变电站的防雷措施必须十分可靠。

雷击的来源：一是雷直击于变电站的设备上；二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站。

架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站，是导致变电站雷害的主要原因，若不采取防护措施，势必造成变电站电气设备绝缘损坏，引发事故。

在变电站内装设避雷器的目的在于限制入侵雷电波的幅值，使电气设备的过电压不致于超过其冲击耐压值。

而在变电站的进线段装设保护段的主要目的，就是限制流经避雷器的雷电流幅值及入侵雷电波的陡度。

防雷措施总体概括为两种：①避免雷电波的进入；②利用保护
装置将雷电波引入接地网。

3.1避雷针或避雷线雷击只能通过拦截引导措施改变其入地路径。

接闪器有避雷针、避雷线。

小变电站大多采用独立避雷针，大变电站大多在变电站架构上采用避雷针或避雷线，或两者结合，而这些保护方法对引流线和接地装置都有严格的要求。

3.2避雷器避雷器能将侵入变电站的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。

我国现阶段主要是采用金属氧化物避雷器（MOA）。

3.3浪涌抑制器在控制、通讯接口处加装浪涌抑制器。

采用过压保护，防雷端子等提高电气设备自身的防护能力，以防止电气设备、电子元件被击坏。

当发生雷击事故时，如电源防雷模块遭到损坏，在后台监控机上就能显示其状态。

4结语
综上所述，接地网设计是否合理是保证变电站安全、可靠运行的重要因素。

接地技术是一门多学科的综合技术，要在实践中不断探索，以使其更加趋于完善。

根据变电站防雷设计的整体性、结构
性、层次性、目的性，及整个变电站的周围环境、地理位置、土质条件以及设备性能和用途，采取相应雷电防护措施，保证变电站设备的安全稳定运行。

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