最新变电所接地设计问题分析

变电所接地设计问题

分析

变电所接地设计问题分析

•简介：变电所接地网作为隐蔽工程具有一次性建设、维护困难等特点,在设计过程中,要从接地电阻与短路电流的关系、接地装置的比选、地网

防腐措施、接触电势与跨步电压验算及合适的埋设深度等方面全面认识

和把握接地问题。

•关键字：变电所,接地网,接地电阻,短路电流

1正确分析短路电流

《交流电气装置的接地》(DL/T621-1997)中对接地电阻值有具体的规定,一般情况下规定通常不大于0.5Ω。在高土壤电阻率地区,当要求接地装置做到规定的接地电阻在技术经济上很不合理时,大接地短路电流系统接地电阻可以为R ≤5Ω, 但应采取相应措施,如防止高电位外引、均压设计、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2k V进行控制,其次以接地电阻不大于0.5Ω和5Ω进行设计。实际中,人们往往认为,接地电阻测量值小于0.5Ω即为合格,大于0.5Ω就是不合格,而没有认清其背后的机理,忽视短路电流的大小,这是不恰当的。

接地的实质是控制变电所发生接地短路时,故障点地电位的升高,因此接地主要是为了设备及人身的安全,起作用的是电位而不是电阻。接地电阻是衡量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较大,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。

当系统发生接地故障时,产生的接地短路电流经三种途径流入系统接地中性点。①经架空地线-杆塔系统;②经设备接地引下线、地网流入本站内变压器中性点;③经地网入地后通过大地流回系统中性点。而对地网接地电阻起决定性作用的只是入地短路电流,所以,正确地考虑和计算各部分短路电流值,对合理地设计地网有着很大的影响。

对于有效接地系统110kV以上变电所,线路架空地线都直接与变电站出线架构相连。当发生接地短路时,很大一部分短路电流经架空地线系统分流,在计算时,应考虑该部分分流作用。发生接地故障时,总的短路电流是一定的,增大架空地线的分流电流,入地短路电流就相应减小,因此,降低架空地线的阻抗也是接地设计需要考虑的重要方面。架空地线采用优良导体,正确利用架空地线系统分流,将使地网的设计条件更为有利。

经分析可知,入地短路电流是总的接地短路电流减去架空地线的分流,再减去流经变压器中性点的电流。如此计算,实际入地短路电流值就相对比较小,根据R≤2000/I的要求,接地电阻相应的允许值就比较大,此时按规定值控制,设计自然就容易满足。

2接地装置布置方式的比选

在接地设计中,采用的土壤电阻率要准确,否则会造成设计的误差。土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料,由于受到测量设备、方法等条件的限制,土壤电阻率的测量往往不够准确,尤其是地质结构复杂或有不均匀地质

结构的地区。为保证电阻率准确性,勘测时可以采用两种以上方法 (如接地摇表法和电流电压法等),对所测结果相互对照,提高精度,减小误差。

根据地网接地电阻的估算公式:

R≈0.5ρ/s

式中:ρ为土壤电阻率,Ω·m;s为接地网面积,m2;R为地网接地电阻,Ω。

ρ一定时,接地电阻基本上由接地网面积决定,地网面积一旦确定,其接地电阻也就基本确定。因此,在地网布置设计时,应充分利用变电所的全部可利用面积,如果地网面积过小, 其接地电阻是很难降低的。

在35kV及以上变电所中,一般采用水平接地线为主,带有垂直接地极的复合型地网。垂直接地极对地网的接地电阻值影响并不大,据实验验证,水平地网中附加长2.5m、直径40 mm的垂直接地极若干,其接地电阻仅下降2.8%～8%。但是, 垂直接地极对冲击电流、雷电流散流作用较好。因此,在地网及独立避雷针、线路避雷线、避雷器的引下线处应敷设垂直接地极,以加强集中接地和散泄雷电流。

接地网布置方式有长孔与方孔两种,当包括地网外周4根在内的均压带总根数在18根及以下时,常采用长孔接地网,如图1(a)所示。110kV变电所占地面积一般不超过100×100m2, 考虑均压线间屏蔽作用,均压线总根数通常为8～12根左右, 较多采用长孔方式布置,但与方孔布置相比,存在以下问题。

(1)长孔地网某一条均压线断开时,均压带的分流作用明显降低。方孔地网纵、横向均压带相互交错,当某条均压线断开时,对分流效果影响不大,优于长孔地网。

(2)长孔地网均压线距离较长,发生接地故障时,沿均压线电压降较大,易造成二次控制电缆和设备损坏。而方孔网均压效果较好且可靠性高,如图1(b)所示。

因此,在变电所地网设计时,条件允许时采用方孔均压网设计更为可靠,利于提高接地安全性,但工程造价及施工难度也相对提高。实际在农网改造、老站改建等工程项目中大多还是采用长孔布置,运行亦较为正常,但不可因此而忽视接地形式比选,尤其是特别重要的变电所如中心枢纽站、220kV及以上站等设计时仍应注重地网布置方案比选。

变电所的系统接地和杂散电流

•简介：变电所变压器中性点出线的系统接地如果设置不当, 其杂散电流可能引起电气火灾、地下金属部分被腐蚀、对信息技术设备的干扰、影

响安装在配电盘内全面检测接地故障的电流互感器对“漏电火灾”报

警的动作有效性等不良后果。本文依据新版国际电工标准对变电所系统( 单电源TN系统、多电源 TN系统) 接地的设置和杂散电流的减小进行了简述。

•关键字：系统接地,杂散电流,接地系统引出电磁干扰

点出线的系统接地两个接地。两个接地是合是分需视具体情况而定[1],本文对此不作讨论。本文拟讨论的是另一个问题,即变压器低压侧中性点出线应是在出

64-1文稿(64/1259/CD基本原则、一般特性评价、定义2003)作过介绍[2]。现时对这个问题众说纷纭,反映了在执行国家规范中难以操作。由于有关此问题的正式标准IEC60364-1(基本原则、一般特性评价、定义2005)已经发布,笔者拟按此正式IEC标准,就个人理解所及补充一些介绍,供同行参考。

1单电源TN系统内系统接地的设置

按IEC60364-1新标准的规定,对于单电源供电的TN-S系统,其系统接地的设置如图1所示。如果此电源(变压器或发电机)经电源线路供其他建筑物的电气装置,则电源线路中的PE线宜重复作系统接地,使PE线更接近地电位。