变电站接地设计相关问题的探讨

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【摘要】变电站接地系统是否合理直接关系着人身和设备安全。变电站接地种类繁杂多样，管理过程潜在的危险较多，进行变电站接地系统设计时必须从安全、效率、操作等多方面考虑，这是为了确保变电站运行的根本。本文介绍了变电站接地设计的必要性和设计原则。

【关键词】变电站、接地系统、设计

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：

变电站的接地工程是一项非常重要的系统工程，其对人身设备的安全以及变电站的安全、正常运行起着至关重要的作用。因此，在变电站接地设计中要结合实际情况，不断探索和完善接地设计的合理性和接地的有效性，本文重点结合结构形式，对变电站接地系统的装置设计进行探讨。

1、变电站接地装置存在的问题

(1)接地装置易受腐蚀

由于变电站接地装置的接地引下线部分是埋在土里面的，尤其是山区的土壤，酸性成分比较大，接地体经过一段时间的运行以后，极易发生腐蚀。腐蚀的部分与周围土壤接触时使得电阻变大，而接地线又不能满足接地短路电流热稳定的要求，或者形成电气上的开路，使设备失去接地。一旦遇到雷击等情况，变电站的电气设备就会受到损害，造成损失。

(2)水平接地体的埋深

按照相关的规定，水平接地体的埋深要在0.6m以下，这是由于表层土壤容易干燥，会造成接地装置的接地电阻不稳定，但是就我们目前掌握的情况来看，许多的水平接地体远远没有达到应有的标准，甚至许多接地体的埋深不足0.3m，埋得太浅就会影响接地网的均压，在发生接地短路时，地面的跨步电压较大，对巡视人员构成威胁。

(3)接地电阻不合格

《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，这是因为，如果接地电阻过大的话，在发生故障时会造成中性点电压偏移增大，可能使健全相和中性点电压过高，超过绝缘要求的水平而造成设备损坏。

2、接地设计的重点工作

变电设计需要结合变电站实际使用性能需要，以及相关的操作条件进行。当一套完整的设计方案出来之后，需保证接地电阻达到标准需要。通常，设计时应把握的重点工作有：1） 对变电站所处地域的视在土壤电阻率随测量极间距变化的规律进行测量，且参照季节、温度等不同参数指标分析得到的测量结果；2） 结合获得的视在土壤电阻率研究此地区土壤电阻率分层状况；3） 对于初次的方案设计，需要按照接地电阻值开展估算。

3、接地设计优化策略

(1)优化土壤性质

目前，很多的变电站都位于高土壤电阻率地区，地理位置的接地电阻较高，使得该类变电站接地异常，这种显著的缺点给变电站的电力系统埋下事故隐患。合理减小高土壤电阻率地区发变电站的接地电阻，对于电力部门的工作是一个较大的挑战。因而，设计时我们需采取以下方法：

1） 熟悉结构。经过对变电站视在土壤电阻率随极间距离变化的曲线现场测量，以掌握土壤的分层结构，并且分析得到视在电阻率的解析表达式，对初值和边界条件优化调整后，结合非线性优化方法得到土壤分层结构参数。

2） 更新设计。参照土壤分层结构对其电流分布规律全面预算，以最终确定垂直接地极的深度于具置，然后根据施工的技术高低选择最佳方案。

对已经确定的垂直接地极位置，选择相关的设备完成爆破操作，如：钻机钻孔等，再把岩石爆裂、爆松。接着使用压力机把浆状的低电阻率材料压入深孔以及由爆破造成的缝隙里，利用低电阻率材料把地下大面积的土壤内部合理连接，且促进接地电极与岩土的接触，这样就能显著降低接地电阻，使得大多数土壤的散流特性得以调整，且保证了地下低电阻率层得到充分运用。对垂直接地极需选择一圆柱体接地极完成模拟，而直径大小和地质结构存在联系。垂直接地极间利用填充低电阻率材料的裂隙实现联系，出现由低电阻率材料构成的连接体，同时利用填充低电阻率材料的裂隙往外不断蔓延，最后建立起综合性的三维网状结构。

(2)增加接地系统面积设计

设计工作需积极结合施工场地的实际情况，对变电站的地网主体面积严格考察，如：水平接地体间距、埋设深度等。再结合土壤的分层结构计算情况，确定接地网的接地电阻大小，若根据正常水平地网设计后与规程标准存在较大差距的，则需要选择分布垂直接地体，并对水平地网两侧布置不同的辅助地网。虽然这种设计会使得地网内部电位上升，而整个地网电位的布置尤为均匀；地网的电位减小幅度很大。因而，其水平地网内部接触电压较小。若处于地网边缘周围，因电位降低幅度较大，接触电压会大幅度上升，这依旧处于安全的范围。若把填土层限制于1m内，可以将主接地网敷设在原土层下0.2m，深埋深度在1.2m，达到这些要求之后对于工程施工则会带来很大的方便。

(3)二次回路接地

互感器二次侧接地是二次回路接地的主要部分，通常情况下此接地点设于配电装置现场和由几组互感器和电磁型（或感应式） 继电器组成保护的接线上。由于互感器二次侧接地其电路上是“直接联系”，差动保护的接地点往往只能设在汇总点以避免重复接地。但是不能设汇总点接地，这是由于微机保护装置内线圈的独立造成内回路是无“直接联系”。将各组电压互感器的YMn共用一根小母线是电压回路的传统接线方式，接好后把小母线一点接地来减少屏顶小母线数量。由于监控、保护微机装置大量地安装在开关柜上，控制室内个别装置无须与其他电压回路共用一根接地小母线，仅仅需要的电压回路可单独用电缆连接。为此如果各电压等级的电压回路相互独立，35kV、10kV电压回路接地点可设在开关室内。

(4)屏蔽接地

屏蔽接地的主要作用是为了把电气干扰源带进大地，以此控制外来电磁干扰给弱电设备造成的不良影响，避免弱电设备受到过大的干扰而限制其它设备性能的发挥。当前，变电站采取的屏蔽接地多数为：建筑屏蔽接地；弱电设备的外壳上和屏、柜、箱的屏蔽接地；低压电缆屏蔽层接地。选择这三种不同接地时需注意，低压电缆屏蔽层承载的电流不宜过大，若流入接地网的短路电流存在分流，则会损坏电缆而给电子设备造成损害。专家研究得出大量控制电缆主要源于高压配电装置，若因为故障而把高压电接近控制电缆，则必将损坏二次设备，这就需要把控制电缆的屏蔽层接在二次设备室的环形接地网，把自动化通信的电缆则接在保护屏上接地铜排处。

(5)防雷接地

防雷接地主要是把防雷电保护装置向大地泄放雷电流直接雷装置的一种方法，装置包括：避雷针、避雷线、避雷带、避雷器等等。防雷接地布置时需要和电气设备保持相当的距离，这样才能维持良好的作用性能。对户内变电站一般选择的是在房屋顶部完成避雷、防雷的措施，这是由于受到场地空间限制的影响，避雷带引下线会与其他接地体以及、建筑中金属出现碰撞，该现象是无法避免的，这就需要采取等电位的方法进行处理，把每层楼面和墙体的金属件连接到一起形成整体。

(6)接地材料的选择

变电站容量的扩大对接地装置安全运行的要求更为严格。在我国,接地装置所用的材质主要为普通碳钢。接地装置腐蚀通常呈现局部腐蚀形态,发生腐蚀后,接地装置碳钢材料变脆、起层、松散,甚至发生断裂。近年来,部分经济发达地区开始采用铜材。铜材的性能比钢材好导电率高、热容量大、耐腐蚀性强,但其价格却较昂贵,差不多是钢材的 7～8 倍,接地装置综合造价约相差2～3 倍。因此,在实际工程中,因地制宜地进行技术经济比较,土质腐蚀性强的地方可考虑采用铜材作地网,设备对一接地要求较高的和电压水平高的（500KV 及以上电压等级的）,也可考虑选用铜材。

4、结语：

随着电力系统的发展, 故障时经接地装置流散的电流愈来愈大。由于接地装置的缺陷而造成的电力事故也屡有发生，所以，接地装置的设计问题已受到人们的普遍重视。为使今后变电站的接地装置设计的更安全、可靠,特对其接地装置的设计作如上浅析。

【参考文献】

[1]何金良,高延庆.电力系统接地技术研究进展[J].电力建设.2004.

[2] 曾嵘.高土壤电阻率地区发变电站接地技术的研究[D ].北京:清华大学电机工程与应用电子技术系,2008.