兩個(gè)大型接地網(wǎng)相臨的影響分析

徐 華，劉 黎，李思南

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

現(xiàn)在的燃煤發(fā)電廠(chǎng)大都先有一期項(xiàng)目，然后接著二期項(xiàng)目，甚至還有三期項(xiàng)目等，相應(yīng)的接地網(wǎng)也就有一期、二期甚至三期。此類(lèi)接地網(wǎng)都屬于大型接地網(wǎng)，相互之間存在著一定的影響。當(dāng)前關(guān)于單一接地網(wǎng)的理論計(jì)算和實(shí)測(cè)方面的論文已很多，但對(duì)兩個(gè)大型接地網(wǎng)之間的相互影響卻鮮有分析，以下利用CDEGS軟件的MALZ不等電位模塊從理論上對(duì)此進(jìn)行分析。

1 均勻土壤下接地網(wǎng)的接地阻抗計(jì)算

1.1 均勻土壤下兩個(gè)面積相近的接地網(wǎng)的接地阻抗模值計(jì)算分析

兩個(gè)相臨接地網(wǎng)都由水平導(dǎo)體組成，主網(wǎng)面積300 m×300 m，網(wǎng)孔數(shù)20×20個(gè)，在主接地網(wǎng)的中心有接地引下線(xiàn)，長(zhǎng)度0.8 m，主網(wǎng)有一相臨接地網(wǎng)，面積300 m×300 m，網(wǎng)孔數(shù)20×20個(gè)。水平導(dǎo)體等效直徑0.02 m，接地引下線(xiàn)等效直徑0.04 m。不同土壤電阻率下，單個(gè)接地網(wǎng)（主接地網(wǎng)）接地阻抗模值見(jiàn)圖1中的曲線(xiàn)1，兩個(gè)相臨接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體間距離變化（1 m和10 m）時(shí)，主接地網(wǎng)的接地阻抗模值見(jiàn)圖1中的曲線(xiàn)2（距離1 m）和 3（距離 10 m）。

從圖1可以看出，兩個(gè)面積相近的接地網(wǎng)在均勻土壤模型下，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值有一定的影響。因?yàn)橄嗯R接地網(wǎng)改善了主接地網(wǎng)的散流，但隨著兩個(gè)接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體的距離增大，影響逐步減弱；當(dāng)相臨導(dǎo)體距離1 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)使主接地網(wǎng)的接地阻抗模值減少10.36%；當(dāng)距離增加到10 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)使主接地網(wǎng)的接地阻抗模值減少6.1%。從圖1還可看出，土壤電阻率增大，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值的影響增大，但是當(dāng)土壤電阻率增大到一定程度時(shí)，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值的影響趨于飽和。因?yàn)橥寥离娮杪实蜁r(shí)，主接地網(wǎng)散流自身相對(duì)較容易，相臨接地網(wǎng)對(duì)于改善主接地網(wǎng)散流的作用有限；土壤電阻率較大時(shí)，主接地網(wǎng)自身散流困難，相臨接地網(wǎng)有利于主接地網(wǎng)的散流。

圖1 不同條件下主接地網(wǎng)的接地阻抗之一

1.2 均勻土壤下兩個(gè)面積不等的接地網(wǎng)接地阻抗模值計(jì)算分析

主網(wǎng)面積100 m×100 m，網(wǎng)孔10×10個(gè)，相鄰接地網(wǎng)的面積及相臨導(dǎo)體間距離變化時(shí)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值見(jiàn)圖2。圖2中的曲線(xiàn)1代表僅有主接地網(wǎng)時(shí)的接地阻抗模值；相臨接地網(wǎng)面積為200 m×200 m，網(wǎng)孔20×20個(gè)，曲線(xiàn)2和3分別代表兩個(gè)接地網(wǎng)相鄰導(dǎo)體間距1 m和10 m時(shí)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值；相臨接地網(wǎng)面積為300 m×300 m，網(wǎng)孔20×20個(gè)，曲線(xiàn)4和5分別代表兩個(gè)接地網(wǎng)相鄰導(dǎo)體間距1 m和10 m時(shí)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值；相臨接地網(wǎng)面積為500 m×500 m，網(wǎng)孔20×20個(gè)，曲線(xiàn)6，7和 8分別代表兩個(gè)接地網(wǎng)相鄰導(dǎo)體間距1 m，10 m和20 m時(shí)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值。

圖2 不同條件下主接地網(wǎng)的接地阻抗之二

從圖2可看出，在均勻土壤下，主接地網(wǎng)面積一定且兩個(gè)相臨接地網(wǎng)間距一定時(shí)，相臨接地網(wǎng)面積越大，對(duì)主接地網(wǎng)接地阻抗模值的影響越大；當(dāng)相臨接地網(wǎng)的面積是主接地網(wǎng)的25倍時(shí)，兩個(gè)接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體間距10 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)使主接地網(wǎng)接地阻抗模值減小為11.7%；間距增加到20 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)使主接地網(wǎng)接地阻抗模值減小8.32%。

另外通過(guò)計(jì)算還得出，均勻土壤下主接地網(wǎng)面積大于相臨接地網(wǎng)面積時(shí)，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值影響較小，當(dāng)兩個(gè)接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體間距在5 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)使主接地網(wǎng)接地阻抗模值減小一般不超過(guò)10%。

2 雙層土壤下接地網(wǎng)的接地阻抗模值計(jì)算

主網(wǎng)面積200 m×200 m，網(wǎng)孔數(shù)20×20個(gè)，相臨接地網(wǎng)面積200 m×200 m，網(wǎng)孔數(shù)20×20個(gè)。土壤模型是雙層的，上層土壤厚度10 m，下層土壤電阻率固定2 000 Ω·m，在不同反射系數(shù)下單個(gè)接地網(wǎng)的接地阻抗模值如表1，兩個(gè)相臨接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體間距變化（距離分別為1 m，10 m和20 m）時(shí)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值如表2。

表1 不同反射系數(shù)下單個(gè)接地網(wǎng)的接地阻抗模值

表2 兩個(gè)接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體間距變化時(shí)主接地網(wǎng)接地阻抗模值 Ω

從表1-2可看出，在雙層土壤下，反射系數(shù)大于零時(shí)，隨意改變土壤反射系數(shù)，兩個(gè)面積相近的相臨接地網(wǎng)都會(huì)使主接地網(wǎng)的接地阻抗模值在一定程度上減少，隨著兩個(gè)接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體的距離增大，影響逐步減弱。當(dāng)兩個(gè)接地網(wǎng)的相臨導(dǎo)體間距10 m時(shí)，在反射系數(shù)0.8時(shí)，相臨接地網(wǎng)使主接地網(wǎng)的接地阻抗模值減少最多，達(dá)到11.89%；當(dāng)兩個(gè)相臨接地網(wǎng)的相臨導(dǎo)體間距達(dá)到20 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)接地阻抗模值的影響不超過(guò)10%。另外通過(guò)計(jì)算還可以得出，在雙層土壤下，反射系數(shù)小于零，隨意改變土壤反射系數(shù)，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值影響比較小，當(dāng)相臨導(dǎo)體間距在5 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)使主接地網(wǎng)接地阻抗模值減小一般不超過(guò)10%。

對(duì)于上面的兩個(gè)接地網(wǎng)，上下層土壤的電阻率分別是300 Ω·m和1 000 Ω·m，改變上層土壤的厚度，單個(gè)接地網(wǎng)的接地阻抗模值如表3，兩個(gè)相臨接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體間距變化（距離分別為1 m和10 m）時(shí)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值如表4。

表3 上層土壤厚度不同時(shí)單個(gè)接地網(wǎng)的接地阻抗模值

表4 兩個(gè)接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體間距變化時(shí)主接地網(wǎng)接地阻抗模值 Ω

從表3-4可看出，雙層土壤下反射系數(shù)一定時(shí)，隨意改變上層土壤的厚度，兩個(gè)面積相近的相臨接地網(wǎng)都會(huì)使主接地網(wǎng)的接地阻抗模值在一定程度上減少，隨著兩個(gè)接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體的距離增大，影響逐步減弱；當(dāng)兩個(gè)相臨接地網(wǎng)的相臨導(dǎo)體間距達(dá)到10 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)接地阻抗模值的影響不超過(guò)10%。

3 不同土壤模型下接地網(wǎng)其它參數(shù)的計(jì)算

主網(wǎng)面積200 m×200 m，網(wǎng)孔20×20個(gè)，相臨接地網(wǎng)面積200 m×200 m，網(wǎng)孔20×20個(gè)。在主接地網(wǎng)中心的接地引下線(xiàn)上注入1 A電流。均勻土壤的電阻率500 Ω·m，兩個(gè)相臨接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體間距10 m。圖3給出了均勻土壤下接地網(wǎng)上方的地表電位分布，圖3（a）單個(gè)接地網(wǎng)的電位分布，圖3（b）是兩個(gè)接地網(wǎng)中主接地網(wǎng)的電位分布。表5給出了均勻土壤下單個(gè)接地網(wǎng)地表、相臨接地網(wǎng)導(dǎo)體間距10 m時(shí)主接地網(wǎng)地表的最大地電位升、最大跨步電勢(shì)和最大接觸電勢(shì)。從圖3和表5可看出：均勻土壤下相臨接地網(wǎng)導(dǎo)體間距10 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)使主接地網(wǎng)的地表電位有了一定的降低，最大跨步電勢(shì)和最大接觸電勢(shì)有一定的升高，但影響都不超過(guò)10%。相臨接地網(wǎng)雖然改善了主接地網(wǎng)的散流，但是也使得主接地網(wǎng)的散流更加不均勻。

圖3 均勻土壤下接地網(wǎng)上方的地表電位分布圖

表5 均勻土壤下單個(gè)和兩個(gè)接地網(wǎng)的部分參數(shù)計(jì)算值V

當(dāng)土壤模型是雙層時(shí)，設(shè)上層土壤厚度10 m，上下層土壤電阻率分別是300和2 000 Ω·m。兩個(gè)接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體間距20 m。圖4給出了雙層土壤下接地網(wǎng)上方的地表電位分布，圖4（a）是單個(gè)接地網(wǎng)的電位分布，圖4（b）是兩個(gè)接地網(wǎng)中主接地網(wǎng)的電位分布。表6給出了雙層土壤下單個(gè)接地網(wǎng)地表、相臨接地網(wǎng)導(dǎo)體間距20 m時(shí)主接地網(wǎng)地表的最大地電位升、最大跨步電勢(shì)和最大接觸電勢(shì)。從圖4和表6可看出：雙層土壤下相臨接地網(wǎng)導(dǎo)體間距20 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)使主接地網(wǎng)的地表電位有了一定的降低，最大跨步電勢(shì)和最大接觸電勢(shì)有一定的升高，但是影響不超過(guò)10%，理由同上。

4 結(jié)論

從以上計(jì)算分析可看出，兩個(gè)相臨接地網(wǎng)之間的相互影響與接地網(wǎng)所處的土壤模型，兩個(gè)接地網(wǎng)相臨導(dǎo)體之間的間距以及兩個(gè)接地網(wǎng)的相對(duì)面積大小有關(guān)。

表6 雙層土壤下單個(gè)和兩個(gè)接地網(wǎng)的參數(shù)計(jì)算值V

（1）在均勻土壤下，兩個(gè)面積相近的接地網(wǎng)，當(dāng)相臨導(dǎo)體的間距達(dá)到10 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值影響不到10%；兩個(gè)面積相差很大的接地網(wǎng)，當(dāng)相臨導(dǎo)體的間距達(dá)到20 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值影響不到10%。

（2）在均勻土壤下，兩個(gè)面積相近的接地網(wǎng)，當(dāng)相臨導(dǎo)體的間距達(dá)到10 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)上方的地表電位分布、最大跨步電勢(shì)和最大接觸電勢(shì)影響都不超過(guò)10%。

（3）在雙層土壤下，兩個(gè)面積相近的接地網(wǎng)，當(dāng)相臨導(dǎo)體的間距達(dá)到20 m時(shí)，相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)的接地阻抗模值影響不到10%；相臨接地網(wǎng)對(duì)主接地網(wǎng)上方的地表電位分布、最大跨步電勢(shì)和最大接觸電勢(shì)影響都不超過(guò)10%。

[1]解廣潤(rùn).電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M].北京∶水利電力出版社，1991.

[2]徐華，文習(xí)山，李中建，等.大型變電站鋼材和銅材接地網(wǎng)的性能比較[J].高電壓技術(shù)，2004，30（7）∶18-19.

[3]張波，崔翔，趙志斌，等.大型變電站接地網(wǎng)的頻率分析方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2002，22（9）：59－64.

[4]徐華，劉黎，陳斌.變電站接地網(wǎng)的精確測(cè)量探討[J].高電壓技術(shù)，2008，34（10）∶2205-2208.

[5]陳鵬云，朱慶翔，吳伯華，等.大型接地網(wǎng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展與展望[J].高電壓技術(shù)，2003，29（10）∶18-19.