淺談接地網(wǎng)對(duì)變電站安全運(yùn)行的影響

黃標(biāo)亮

摘要：隨著我國電力事業(yè)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中對(duì)接地設(shè)施的要求越來越嚴(yán)格。變電站接地系統(tǒng)直接關(guān)系到變電站的正常運(yùn)行，更涉及到人身與設(shè)備的安全。本文主要從接地網(wǎng)的鋪設(shè)、接地電阻的大小等因素對(duì)變電站防雷安全方面的影響來綜合探討。

關(guān)鍵詞：變電站接地網(wǎng)接地電阻防雷措施

0引言

接地網(wǎng)作為變電站交直流設(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。變電站接地包含工作接地、保護(hù)接地、雷電保護(hù)接地。工作接地即在電力系統(tǒng)電氣裝置中，為運(yùn)行需要所設(shè)的接地；保護(hù)接地即為電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架和線路桿塔等，由于絕緣損壞使其有可能帶電，為防止其危及人身和設(shè)備的安全而設(shè)的接地：雷電保護(hù)接地則是為雷電保護(hù)裝置向大地泄放雷電流而設(shè)的接地。所以變電站接地系統(tǒng)的合理與否是直接關(guān)系到人身和設(shè)備安全的重要問題。

1接地網(wǎng)設(shè)計(jì)

接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷，感應(yīng)雷或其它形式的雷，都將通過接地裝置導(dǎo)入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置，就不能有效地防雷。

1.1變電站的接地網(wǎng)上連接著全站高低壓電氣設(shè)備的接地、低壓用電系統(tǒng)接地、電纜屏蔽接地、通信、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備接地，以及變電站維護(hù)檢修時(shí)的一些臨時(shí)接地。如果接地電阻較大，在發(fā)生電力系統(tǒng)接地故障或其他大電流入地時(shí)，可能造成地電位異常升高：如果接地網(wǎng)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)不合理，則可能造成接地系統(tǒng)電位分布不均，局部電位超過規(guī)定的安全值，這會(huì)給運(yùn)行人員的安全帶來威脅；同時(shí)還可能因反擊對(duì)低壓或二次設(shè)備以及電纜絕緣造成損壞，使高壓竄入控制保護(hù)系統(tǒng)、變電站監(jiān)控和保護(hù)設(shè)備，從而使這些設(shè)備發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)，釀成事故，甚至是擴(kuò)大事故，由此帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

1.2變電站接地設(shè)計(jì)原則：由于變電站各級(jí)電壓母線接地故障電流越來越大，在接地設(shè)計(jì)中要滿足R≤2000/I是非常困難的?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與原接地規(guī)程有一個(gè)很明顯的區(qū)別是：對(duì)接地電阻值不再規(guī)定要達(dá)到0.5Ω，而是允許放寬到5Ω。但這不是說任何情況下，接地電阻都可以采用5Ω，接地電阻放寬是有附加條件的，即：為防止轉(zhuǎn)移電位引起的危害，應(yīng)采取各種隔離措施：應(yīng)考慮短路電流非周期分量的影響，當(dāng)接地網(wǎng)電位升高時(shí)，3～10KV避雷器不應(yīng)動(dòng)作或動(dòng)作后不應(yīng)損壞：應(yīng)采取均壓措施，并驗(yàn)算接觸電位差和跨步電位差是否滿足要求：施工后還應(yīng)進(jìn)行測(cè)量和繪制電位分布曲線。

變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

1.2.1盡量采用建筑物地基的鋼筋和自然金屬接地體統(tǒng)一連接起來作為接地網(wǎng)：

1.2.2盡量以自然接地物為基礎(chǔ)，輔以人工接地體補(bǔ)充，外形盡可能采用閉合環(huán)形：

1.2.3應(yīng)采用統(tǒng)一接地網(wǎng)，用一點(diǎn)接地的方式接地。

1.3防雷接地在設(shè)計(jì)施工時(shí)的特殊要求防雷接地引下線盡量利用現(xiàn)有的自然導(dǎo)體。如建筑物本身的防火梯、金屬柱子、桁架以及內(nèi)筋都可以直接做引下線。

1.3.1在做防雷引下線時(shí)，各種金屬物之間必須有可靠的金屬連接。在這種情況下，所有金屬連接部分都應(yīng)該焊接，并在接縫處另加跨接線。

1.3.2如果建筑物的混凝土柱子中的鋼筋被作為引下線，則最少要有四根柱子，且每根柱子至少有兩根主筋的接點(diǎn)應(yīng)全部焊接。

1.3.3防雷引下線應(yīng)以最短的路線與防雷接地體連接。盡量減少彎曲，且避免采用直角和銳角。如果必須要彎曲，則彎曲開口處的距離不得大于彎曲部分弧的1/10，以免在雷擊時(shí)增加感應(yīng)電阻。

1.3.4防雷引下線在地面上2.5m、地面下200mm范圍內(nèi)應(yīng)做機(jī)械保護(hù)裝置。

2關(guān)于接地電阻

2.1接地電阻的定義：接地電阻實(shí)質(zhì)上是電流經(jīng)地面某點(diǎn)流向地下某確定點(diǎn)之間用歐姆定律計(jì)算出來的一個(gè)物理值，定義為接地極與電位為零的遠(yuǎn)方接地極之間的歐姆定律電阻。在變電站防雷接地電阻測(cè)量時(shí)，是假定雷電流在地下疏散至40米處基本為零的前提下進(jìn)行的，雖然如此，地下土壤結(jié)構(gòu)的不同以及電流探針與接地極的方向不同、電壓探針與電流探針之間的距離不同，接地電阻值有時(shí)有本質(zhì)上的不同。

2.2接地電阻值的確定接地電阻值的確定要有依據(jù)，要講究經(jīng)濟(jì)效益，其定量要求要以一定的計(jì)算公式為依據(jù)。接地電阻值與接地電流密切相關(guān)，其阻抗取決于接地電大小流和頻率，在頻率較低時(shí)電阻為阻抗的主要分量。接地電阻《電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(SDJ8—79)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。因此，人們普遍認(rèn)為，110KV及以上變電所中，接地電阻值小于0.5Ω即認(rèn)為合格，大于0.5Ω就是不合格；當(dāng)接地電阻值合格時(shí)，不管短路電流有多大都不必采取措施，這是不合理的。接地的實(shí)質(zhì)是控制變電站發(fā)生接地短路時(shí)，故障點(diǎn)地電位的升高。因?yàn)榻拥刂饕菫榱吮ＷC人身和設(shè)備的安全，起作用的是電位而不是電阻，接地電阻是衡量接地網(wǎng)合格的一個(gè)重要參數(shù)，但不是唯一的參數(shù)。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增大，一般情況下單相短路電流值也不斷增大。在有效接地系統(tǒng)中單相接地時(shí)的短路電流一般都超過4KA。因此，從安全運(yùn)行的角度出發(fā)，不管在什么情況下，都應(yīng)該驗(yàn)算地網(wǎng)的接觸電勢(shì)和跨步電壓，必要時(shí)應(yīng)采取防止高電位外引的隔離措施。

3防雷措施

變電站是電力系統(tǒng)防雷的重要保護(hù)設(shè)施，如果發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，嚴(yán)重影響社會(huì)生產(chǎn)和人民生活。因此要求變電站的防雷措施必須十分可靠。

雷擊的來源：一是雷直擊于變電站的設(shè)備上：二是架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站。

架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站，是導(dǎo)致變電站雷害的主要原因，若不采取防護(hù)措施，勢(shì)必造成變電站電氣設(shè)備絕緣損壞，引發(fā)事故。在變電站內(nèi)裝設(shè)避雷器的目的在于限制入侵雷電波的幅值，使電氣設(shè)備的過電壓不致于超過其沖擊耐壓值。而在變電站的進(jìn)線段裝設(shè)保護(hù)段的主要目的，就是限制流經(jīng)避雷器的雷電流幅值及入侵雷電波的陡度。

防雷措施總體概括為兩種：①避免雷電波的進(jìn)入；②利用保護(hù)裝置將雷電波引入接地網(wǎng)。

3.1避雷針或避雷線雷擊只能通過攔截引導(dǎo)措施改變其入地路徑。接閃器有避雷針、避雷線。小變電站大多采用獨(dú)立避雷針，大變電站大多在變電站架構(gòu)上采用避雷針或避雷線，或兩者結(jié)合，而這些保護(hù)方法對(duì)引流線和接地裝置都有嚴(yán)格的要求。

3.2避雷器避雷器能將侵入變電站的雷電波降低到電氣裝置絕緣強(qiáng)度允許值以內(nèi)。我國現(xiàn)階段主要是采用金屬氧化物避雷器(MOA)。

3.3浪涌抑制器在控制、通訊接口處加裝浪涌抑制器。采用過壓保護(hù)，防雷端子等提高電氣設(shè)備自身的防護(hù)能力，以防止電氣設(shè)備、電子元件被擊壞。當(dāng)發(fā)生雷擊事故時(shí)，如電源防雷模塊遭到損壞，在后臺(tái)監(jiān)控機(jī)上就能顯示其狀態(tài)。

4結(jié)語

綜上所述，接地網(wǎng)設(shè)計(jì)是否合理是保證變電站安全、可靠運(yùn)行的重要因素。接地技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合技術(shù)，要在實(shí)踐中不斷探索，以使其更加趨于完善。根據(jù)變電站防雷設(shè)計(jì)的整體性、結(jié)構(gòu)性、層次性、目的性，及整個(gè)變電站的周圍環(huán)境、地理位置、土質(zhì)條件以及設(shè)備性能和用途，采取相應(yīng)雷電防護(hù)措施，保證變電站設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。