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關(guān)于電力系統(tǒng)接地網(wǎng)設(shè)計(jì)問(wèn)題的幾點(diǎn)思考
【論文關(guān)鍵詞】變電所 接地 探討
【論文摘 要】如今發(fā)電廠、變電所電力設(shè)備接地裝置的設(shè)計(jì)遵循的是電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程。隨著電力系統(tǒng)容量的增加，電壓的不斷提高，運(yùn)行實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)問(wèn)題的認(rèn)為在不斷深化。本文根據(jù)深入研究探討了對(duì)各個(gè)問(wèn)題的看法。
1 關(guān)于電力接地系統(tǒng)
接地的實(shí)質(zhì)是控制變電所發(fā)生接地短路時(shí)，故障點(diǎn)地電位的升高，因?yàn)榻拥刂饕菫榱嗽O(shè)備及人身的安全，起作用的是電位而不是電阻，接地電阻是衡量地網(wǎng)合格的一個(gè)重要參數(shù)。接地電阻，《電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中對(duì)接地電阻值有具體的規(guī)定，一般不大于0.5Ω。在高土壤電阻率地區(qū)，當(dāng)接地裝置要求做到規(guī)定的接地電阻在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上極不合理時(shí)，大接地短路電流系統(tǒng)接地電阻允許達(dá)到5Ω，但應(yīng)采取措施，如防止高電位外引采取的電位隔離措施，驗(yàn)算接觸電勢(shì)，跨步電壓等。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，主要是以發(fā)生接地故障時(shí)，接地電位的升高不超過(guò)2000V進(jìn)行控制，其次以接地電阻不大于0.5Ω和5Ω進(jìn)行要求。因地層土壤特性在各層具有不同的特性，電阻率可能沿不同路徑變化。當(dāng)計(jì)算時(shí)選取的土壤電阻率合適，計(jì)算結(jié)果才能反映接地網(wǎng)的情況。我國(guó)是用四管法測(cè)量，取10米內(nèi)的土壤電阻率的平均值。實(shí)際工作中對(duì)土壤 電阻率的測(cè)量不夠重視，往往是現(xiàn)場(chǎng)觀察一下，直接從規(guī)程中選取一個(gè)參考值進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，有時(shí)進(jìn)行測(cè)量也是測(cè)取場(chǎng)地平整前的表層土壤電阻率，不能反映該地區(qū)的實(shí)際情況。這個(gè)工作是接地裝置的前期工作， 必須充分注意做好。
2 接地網(wǎng)設(shè)計(jì)問(wèn)題
接地網(wǎng)作為變電所交直流設(shè)備接地及防雷保護(hù)接地，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著重要的作用。由于接地網(wǎng)作為隱性工程容易被人忽視，往往只注意最后的接地電阻的測(cè)量結(jié)果。隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的升高及容量的增加，接地不良引起的事故擴(kuò)大問(wèn)題屢有發(fā)生。因此，接地問(wèn)題越來(lái)越受到重視。變電所地網(wǎng)因其在安全中的重要地位，一次性建設(shè)、維護(hù)困難等特點(diǎn)在受到重視。其問(wèn)題可以歸納為以下幾點(diǎn)：一、土壤電阻率的測(cè)量工程土壤電阻率的測(cè)量是工程接地設(shè)計(jì)重要的第一手資料，由于受到測(cè)量設(shè)備、方法等條件的限制，土壤電阻率的測(cè)量往往不夠準(zhǔn)確。我省地處青藏高原東部，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變電所占地雖然不大，但多為不均勻地質(zhì)結(jié)構(gòu)�，F(xiàn)在的實(shí)測(cè)，往往只取3～4個(gè)測(cè)點(diǎn)，過(guò)于簡(jiǎn)單。二、長(zhǎng)孔地網(wǎng)均壓線(xiàn)與主網(wǎng)連接薄弱，均壓線(xiàn)距離較長(zhǎng)，發(fā)生接地故障時(shí)，沿均壓線(xiàn)電壓降較大，易造成二次控制電纜和設(shè)備損壞。當(dāng)某一條均壓線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)，均壓帶的分流作用明顯降低，而方孔地網(wǎng)的均壓帶縱橫交錯(cuò)，當(dāng)某條均壓線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)，對(duì)地網(wǎng)的分流效果影響不大。三、關(guān)于變電站內(nèi)一次線(xiàn)對(duì)二次線(xiàn)的影響問(wèn)題隨著系統(tǒng)容量的增大及系統(tǒng)短路水平的提高，變電站內(nèi)一次線(xiàn)對(duì)二次線(xiàn)的影響問(wèn)題越來(lái)越突出。系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)，強(qiáng)大的人地電流經(jīng)地網(wǎng)向地中流散，在接地網(wǎng)上將產(chǎn)生強(qiáng)大的電位升，使接地網(wǎng)上的二次設(shè)備和二次電纜呈現(xiàn)很高的電位，很可能造成二次電纜或二次絕緣的擊穿或燒毀，這就是反擊事故；人地電流可能經(jīng)電纜的外皮向地中擴(kuò)散，纜皮溫度升高使其絕緣加速老化甚至燃燒，這兩種情54•況均能引起高電位引入主控制室，使控制保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作。同時(shí)人地短路電流在地網(wǎng)中流散時(shí)，會(huì)在電纜芯線(xiàn)上產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，嚴(yán)重影響到二次電纜的正常工作。四、國(guó)外接地裝置都使用銅材，而且截面積較大。例如某電廠主變壓器區(qū)域（比利時(shí)設(shè)備），在主變壓器周?chē)荰J-150裸銅絞線(xiàn)；跨越主變壓器基礎(chǔ)，埋在混凝土中的是TJ-185裸銅絞線(xiàn)。我們?cè)O(shè)計(jì)的升壓站等，全廠接地裝置是鋼材。這就有一個(gè)鋼材被腐蝕而截面積被減少的問(wèn)題。有兩個(gè)問(wèn)題需要討論：一是接地裝置的服務(wù)年限；二是腐蝕速度，以及采取的相應(yīng)防腐措施。從廣東省中試所“接地網(wǎng)腐蝕調(diào)查情況”看，運(yùn)行10年及以上的130個(gè)35～220千伏變電所的接地裝置的挖土檢查，有61個(gè)接地網(wǎng)有不同程度的腐蝕，占46.92﹪.腐蝕速度為0.1～0.4∕年。在同一個(gè)變電所接地網(wǎng)內(nèi)，園鋼腐蝕的較扁鋼快3～4倍。接地網(wǎng)的服務(wù)年限如何確定，眾說(shuō)不一。我們考慮，在設(shè)計(jì)變電所、發(fā)電廠升壓站時(shí)，是根據(jù)5～10年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)的。10年以后，電力系統(tǒng)發(fā)展的大了，主要設(shè)備技術(shù)性能不能滿(mǎn)足要求了，就進(jìn)行更新?lián)Q代。接地網(wǎng)設(shè)計(jì)也按同一原則設(shè)計(jì)是比較合理的。五、在發(fā)生接地故障時(shí)，地面上可能出現(xiàn)很高的電位梯度，會(huì)給運(yùn)行人員和設(shè)備帶來(lái)危險(xiǎn)；在土壤電阻率很高的情況下，要使接地電阻滿(mǎn)足<0．5n的規(guī)定非常困難，即使?jié)M足此規(guī)定，也不可能排除危險(xiǎn)，但是只要設(shè)計(jì)合理，也完全能夠達(dá)到安全的目的。要考慮電位梯度帶來(lái)的危險(xiǎn)，就不可避免地要對(duì)地網(wǎng)上土壤表層的電位分布進(jìn)行計(jì)算，以往對(duì)于等間距布置均壓導(dǎo)體的矩形地網(wǎng)，均采用簡(jiǎn)化的計(jì)算公式或者經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算次邊角網(wǎng)孔的網(wǎng)孔電壓。但要計(jì)算地網(wǎng)上土壤表面任何一點(diǎn)的電位，特別是對(duì)于復(fù)雜形狀的地網(wǎng)，這些公式還不太完善。
3 關(guān)于電力系統(tǒng)接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議
目前國(guó)內(nèi)的一些研究機(jī)關(guān)、大專(zhuān)院校從國(guó)外引進(jìn)一些有關(guān)接地網(wǎng)計(jì)算的程序，其中的土壤電阻率的計(jì)算也是采取這種方法。接地線(xiàn)的熱穩(wěn)定截面積計(jì)算中，短路電流持續(xù)時(shí)間的取值。單相短路電流持續(xù)時(shí)間的取值，直接關(guān)系到最大接觸電壓、跨步電壓的允許值，關(guān)系到接地線(xiàn)截面積的選擇。這個(gè)時(shí)間的取值方法各異：電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，短路的等效持續(xù)時(shí)間按主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間確定，這是考慮到主保護(hù)失靈而又遇到系統(tǒng)最大運(yùn)行方式和最不利的短路點(diǎn)我們位置等各種最不利情況同時(shí)出現(xiàn)的概率不高而確定的；另一種意見(jiàn)是計(jì)入主保護(hù)失靈，加上后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，重合閘斷電時(shí)間。通常在計(jì)算中取1秒。我們考慮，應(yīng)按實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況，取主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間加后備動(dòng)作時(shí)間及斷路器分閘時(shí)間，再為繼電保護(hù)裝置及斷路器動(dòng)作的可靠性留出一定的裕度。另外，主變壓器中性點(diǎn)接地線(xiàn)被燒斷的事故，這個(gè)問(wèn)題引起我們的充分重視。中性點(diǎn)接地引下線(xiàn)被燒斷的原因，主要是選擇導(dǎo)線(xiàn)截面時(shí)考慮到中性點(diǎn)處的特點(diǎn)不足，不能滿(mǎn)足熱穩(wěn)定的要求。在主變壓器中性點(diǎn)處，由于單相短路電流的高度集中及繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的差異，往往造成主變壓器中性點(diǎn)處的接地引下線(xiàn)穩(wěn)定截面不夠而被燒斷。我們認(rèn)為，在選擇主變壓器中性點(diǎn)接地引下線(xiàn)時(shí)，校驗(yàn)接地引下線(xiàn)用的短路等效持續(xù)時(shí)間取2秒；主變壓器中性點(diǎn)接地引下線(xiàn)不應(yīng)利用鋼支架、電纜穿管的鋼體等作接地線(xiàn)用（即暗接地引下線(xiàn)），而應(yīng)敷設(shè)獨(dú)立的明接地引下線(xiàn)；主變壓區(qū)域的接地網(wǎng)應(yīng)相應(yīng)加強(qiáng)。值得一提的是，架空地線(xiàn)系統(tǒng)的影響對(duì)于有效接地系統(tǒng)110kV以上變電所，線(xiàn)路架空地線(xiàn)都直接與變電站內(nèi)出線(xiàn)架構(gòu)相連。當(dāng)發(fā)生接地短路時(shí)，很大一部分短路電流經(jīng)架空地線(xiàn)系統(tǒng)分流，因此，在計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮該部分分流作用，發(fā)生接地故障時(shí)，總的短路電流是一定的，只要增大架空地線(xiàn)的分流電流，就可減小入地短路電流，因此，降低架空地線(xiàn)的阻抗也是安全接地設(shè)計(jì)重要的一個(gè)分支。架空地線(xiàn)采用良導(dǎo)體，正確利用架空地線(xiàn)系統(tǒng)分流，將使地網(wǎng)的設(shè)計(jì)條件更為有利。
4 總結(jié)：
總而言之，在實(shí)際工作中，我國(guó)的電力系統(tǒng)建設(shè)成績(jī)輝煌，舉世矚目。但管理中存在的諸多問(wèn)題不容忽視，就電力系統(tǒng)接地網(wǎng)設(shè)計(jì)問(wèn)題管理理念、管理技術(shù)相對(duì)落后，可能會(huì)對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)的健康、持續(xù)發(fā)展帶來(lái)更加不利的影響。所有電力部門(mén)工作者必須要集中力量，抓緊工作，堅(jiān)持體制創(chuàng)新和機(jī)制創(chuàng)新，為盡快建立統(tǒng)一、規(guī)范、高效的電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)力量。
參考文獻(xiàn)：
[1]王鑫 接地裝置設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題 2009年
[2]劉念 變電所接地設(shè)計(jì)問(wèn)題的探討2007年
[3]張宇 變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)與思考2004年
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