變電站接地技術(shù)研究

【摘要】根據(jù)城市軌道交通工程的特點(diǎn)，分析高土壤電阻率及大系統(tǒng)短路容量給主變電站接地技術(shù)方案帶來(lái)的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決方案，為類(lèi)似工程接地技術(shù)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施提供參考。

【關(guān)鍵詞】接地電阻；入地短路電流；接觸電壓；跨步電壓

城市軌道交通工程中設(shè)置主變電站主要是接受城網(wǎng)高壓電源，然后經(jīng)降壓為牽引變電所、降壓變電所提供中壓電源。但是有的主變電站所址選擇在地形特征較復(fù)雜，地質(zhì)條件較差的地方，土壤電阻達(dá)到800Ω·m，屬于高土壤電阻率地區(qū)，這給接地設(shè)計(jì)和保證人身及設(shè)備安全帶來(lái)了困難。另外，部分城網(wǎng)高壓電源的系統(tǒng)短路容量較大，有的可達(dá)5000MVA，造成入地短路電流較大。因此，以上因素都對(duì)變電站的接地方案和技術(shù)提出更高的要求。

1、高土壤電阻率對(duì)變電站接地設(shè)計(jì)帶來(lái)的問(wèn)題

其中ρ為土壤電阻率，S為接地網(wǎng)總面積，d為水平接地極的直徑或等效直徑，h為水平接地極的埋設(shè)深度，L0為接地網(wǎng)的外緣邊線總長(zhǎng)度，L為水平接地極的總長(zhǎng)度。

通常情況下，若主變電站設(shè)置在地質(zhì)條件較好的地方，接地網(wǎng)的工頻接地電阻值均能滿足設(shè)計(jì)的要求，但是當(dāng)土壤電阻率達(dá)到800Ω·m時(shí)，以某主變電站為例，接地網(wǎng)總面積6800mm2，接地網(wǎng)埋深0.6m，L0為330m，L為810m時(shí)，按式2可計(jì)算出工頻接地電阻值為4.95Ω，明顯無(wú)法滿足設(shè)計(jì)的要求。

接地電阻值過(guò)大帶來(lái)的問(wèn)題，首先是會(huì)使接地網(wǎng)電壓異常升高，威脅運(yùn)行人員的人身安全；其次還可能因反擊使得低壓設(shè)備的絕緣遭到破壞，高電壓進(jìn)入控制室，使低壓控制保護(hù)設(shè)備發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)而擴(kuò)大事故；第三，接地電阻值過(guò)大還會(huì)使避雷器接地電阻值過(guò)高，雷擊過(guò)電壓時(shí)，避雷器有可能不會(huì)正常對(duì)地放電，造成避雷器損壞。另由DL/T621-1997中的近似公式可知，R2與S成反比，而接地網(wǎng)的面積受到變電站占地面積的限制不可能很大，若要滿足接地電阻不大于0.5Ω也是比較困難的。

2、大系統(tǒng)短路容量對(duì)變電站接地設(shè)計(jì)帶來(lái)的問(wèn)題

目前電力系統(tǒng)短路容量有的達(dá)到了5000MVA，因此變電站發(fā)生短路故障時(shí)流經(jīng)接地網(wǎng)的入地短路電流將會(huì)很高。

以某110kV主變電站來(lái)說(shuō)，入地短路電流達(dá)到15kA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滿足接地電阻0.5Ω時(shí)的入地短路電流4kA。

入地短路電流過(guò)大，帶來(lái)的問(wèn)題同樣是造成接地網(wǎng)電壓異常升高，破壞低壓設(shè)備的絕緣，使低壓控制保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)或拒動(dòng)。

另外按式1可知，當(dāng)I取15kA時(shí)，R≤0.13Ω。工頻接地電阻的目標(biāo)值太小，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，需充分考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、設(shè)計(jì)方案、采用的輔助措施等，而且為了達(dá)到接地電阻目標(biāo)值可能會(huì)造成盲目的投資，浪費(fèi)資源。

3、高土壤電阻率及大系統(tǒng)短路容量下變電站接地解決方案

除了計(jì)算接觸電壓和跨步電壓，設(shè)計(jì)中還須注意以下因素：①接地導(dǎo)體尺寸，接地導(dǎo)體尺寸與其散流的故障電流有關(guān)，即導(dǎo)體的熱穩(wěn)定。②故障切除時(shí)間，故障切除時(shí)間越快，故障對(duì)人的危害就越小。③接地網(wǎng)上表面的電位分布，接地網(wǎng)的均壓導(dǎo)體一般都等間距布置，由于端部和鄰近效應(yīng)，接地網(wǎng)的邊角處泄漏電流遠(yuǎn)大于中心處，使地電位分布很不均勻，邊角網(wǎng)孔電勢(shì)大大高于中心網(wǎng)孔電勢(shì)，而且這種差值隨接地網(wǎng)面積和網(wǎng)孔數(shù)的增加而加大，均勻土壤表面的電位分布。④地表面的硬化程度，因?yàn)榻佑|電壓和跨步電壓與地表面的土壤電阻率成正比，地表硬化程度越高則允許值越高，對(duì)人越安全。

另外，國(guó)際上變電站接地設(shè)計(jì)一般采用IEEEstd80-2007《IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding》，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也非常具有指導(dǎo)意義。

4、結(jié)論

根據(jù)以上的分析，對(duì)于設(shè)置在高土壤電阻率或大系統(tǒng)短路容量的主變電站，在利用國(guó)內(nèi)電力標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)盲目的降低接地電阻值，應(yīng)進(jìn)行接觸電壓和跨步電壓的校驗(yàn)，合理布置接地網(wǎng)使網(wǎng)孔電壓趨于一致。若確實(shí)需要大幅降低接地電阻時(shí)，采用的輔助措施，應(yīng)該因地制宜，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定合理的方案，同時(shí)應(yīng)注意減小對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]李景祿，胡毅，劉春生.實(shí)用接地技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[2]DL/T621-1997，交流電氣裝置的接地[S]