淺談變電站改造中的接地及接零問題

摘要：國(guó)網(wǎng)新疆電力公司培訓(xùn)中心對(duì)所擁有的110kV八戶梁變電站進(jìn)行改造，涉及變壓器改造、母線改造、二次側(cè)改造及接地網(wǎng)改造。其中接地網(wǎng)改造由于具有一次性建設(shè)、改造費(fèi)用高、維護(hù)困難等特點(diǎn)，特別是新疆地區(qū)位于西北干旱區(qū)域，土壤堿性強(qiáng)，很多地方為鹽堿土壤，在設(shè)計(jì)過程中需要給予充分考慮。結(jié)合接地電阻與短路電流、接地裝置的比選、接地網(wǎng)防腐措施、接觸電勢(shì)與跨步電壓驗(yàn)算及合適的埋設(shè)深度等問題進(jìn)行全面設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：變電所；站內(nèi)接地網(wǎng)；實(shí)際短路電流計(jì)算；防腐措施

中圖分類號(hào)：TM63#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文章編號(hào)：1007-0079（2014）18-0123-02

變電站接地是保證電工設(shè)備正常工作和人身安全而采取的安全措施，借助金屬導(dǎo)線與接地裝置連接來實(shí)現(xiàn)。

一、站內(nèi)接地裝置

110kV八戶梁變電站站內(nèi)接地裝置由接地體與接地線組成。接地體是金屬導(dǎo)體與土壤直接接觸，設(shè)置在變電站外4m處。電氣設(shè)備需接地點(diǎn)通過與接地體連接的金屬導(dǎo)體稱為接地線。110kV八戶梁變電所采用人工接地體利用垂直埋置的熱鍍鋅鋼（按照設(shè)計(jì)年限不應(yīng)小于30年的要求，流過接地引下線的短路電流為30kA，短路持續(xù)時(shí)間為0.6s，截面積最小尺寸為：30×103×=277mm2，考慮到堿性土壤的影響，扁鋼尺寸：60mm×60mm，接地體表面鍍鋅，埋入地表面下1.5米處）。

二、站內(nèi)堿性土壤分析與防腐措施

一是覆蓋層：使用石油瀝青覆蓋層，約10cm厚；二是鍍層保護(hù)：鍍鋅層；三是土質(zhì)處理：將腐蝕性強(qiáng)的土壤置換出；[4]四是接地體采取陰極保護(hù)；五是接地體周圍包裹膨潤(rùn)土降阻劑。[1]

三、站內(nèi)接地種類

110kV八戶梁變電站采用以下五種接地：工作接地、保護(hù)接地、屏蔽接地、防雷接地、防靜電接地。

1.工作接地

110kV八戶梁變電站兩臺(tái)主變壓器采用中心點(diǎn)接地，以大地電位為參考電位，降低整個(gè)系統(tǒng)對(duì)地絕緣水平的要求，確保系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)行。

2.保護(hù)接地

防止電氣設(shè)備因?yàn)榻^緣老化、老鼠啃咬電線漏電而導(dǎo)致外部金屬殼帶電，采取保護(hù)性措施，將帶電體外殼的電荷及時(shí)導(dǎo)入地下，110kV八戶梁變電站采用新疆特變電工的保護(hù)接地線。

3.屏蔽接地

110kV八戶梁變電站改造后新添加了大量的緊密電子設(shè)備，特別是在二次側(cè)，將電磁場(chǎng)噪聲源與二次設(shè)備隔離，切斷噪聲源傳播。首先，采取主動(dòng)屏蔽，以屏蔽噪聲源，防止噪聲源向外輻射；其次，利用被動(dòng)屏蔽防止敏感設(shè)備遭到噪聲源的干擾。屏蔽接地線由銅、鋁等非磁性材料制成。

4.防雷接地

110kV八戶梁變電站母線采用閥型避雷器（氧化鋅避雷器），接地電阻小于5Ω。作用是限制雷電引起的過電壓和因系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過電壓；采用獨(dú)立避雷針把雷電流引入大地，接地電阻小于10Ω，直徑為19mm鍍鋅圓鋼，作用是限制直擊雷電、感應(yīng)雷電和綜合性雷電。利用“滾球法”計(jì)算保護(hù)半徑和保護(hù)范圍。

5.防靜電接地

110kV八戶梁變電站繼電保護(hù)室采用微機(jī)保護(hù)，對(duì)防止靜電危害影響要求比較高，要求防靜電地線的埋設(shè)點(diǎn)應(yīng)距建筑物和設(shè)備地20米以外；埋設(shè)要求：四點(diǎn)接地，每隔5m挖深1.6m坑，將2.1m以上銅棒打入坑內(nèi)，用3mm厚銅排將這四處焊接在一起，最后用絕緣銅芯線焊接入室內(nèi)為干線；為增加土壤導(dǎo)電性，坑內(nèi)加入木炭粉和工業(yè)鹽，測(cè)量接地電阻，應(yīng)小于3Ω。

6.短路電流分析

110kV八戶梁變電站造成短路電流的原因包括以下六種（見表1）。為了有效避免各種短路的發(fā)生，110kV八戶梁變電站采取了如下措施：一是變壓器分列運(yùn)行，并采用高阻抗變壓器；二是采用母線分段運(yùn)行；三是采用抗老化能力較高的絕緣保護(hù)層；四是改變運(yùn)行方式、倒母線、電氣設(shè)備檢修等工作，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，履行“兩票三制”的相關(guān)要求；五是按規(guī)章制度增設(shè)擋鼠板、增添封堵泥；六是減災(zāi)妨害，及時(shí)消除變電站周圍的積雪、樹枝等。

數(shù)據(jù)參數(shù)：110kV進(jìn)出線回路工作電流Ig=1323/523A；零秒短路電流I0=13.68kA；短路沖擊電路峰值ich=34.82；4秒短路電流熱效應(yīng)Q4=750KA2·S。

表1#8194；110kV八戶梁變電站造成短路電流的原因

1電氣設(shè)備的絕緣因陳舊老化或受到機(jī)械外力破壞損傷絕緣保護(hù)層

2雷電過電壓，電氣設(shè)備的絕緣擊穿

3誤操作（帶負(fù)荷拉刀閘、檢修后未及時(shí)拆除接地線就送電造成）

4小動(dòng)物啃咬絕緣保護(hù)層

5接線錯(cuò)誤（低電壓設(shè)備誤接入高電壓電源、互感器的一二次線圈接反）

6風(fēng)暴、冰災(zāi)等自然原因造成供電線路斷線、搭接、碰撞而短路

四、接地裝置布置方式的比選

地網(wǎng)接地電阻的估算公式：

注意事項(xiàng)：ρ恒定時(shí)，接地網(wǎng)面積就可以決定接地電阻，確定地網(wǎng)面積后確定接地電阻。在確保安全的情況下，從經(jīng)濟(jì)性考慮，選取地網(wǎng)面積適中（土壤電阻率不是一個(gè)恒定的值，影響土壤電阻率的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面的影響：土壤中導(dǎo)電離子的濃度和土壤中的含水量的影響；土質(zhì)的影響；土壤致密性的影響；季節(jié)因素的影響）。

110kV八戶梁變電站采用水平接地線并有垂直接地極的復(fù)合型地網(wǎng)。垂直接地極對(duì)地網(wǎng)的接地電阻值影響并不大，據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，水平地網(wǎng)中附加長(zhǎng)2.5m、直徑40mm的垂直接地極若干，其接地電阻僅下降2.8%～8%。但是垂直接地極對(duì)沖擊電流、雷電流散流作用較好。因此在地網(wǎng)及獨(dú)立避雷針、線路避雷線、避雷器的引下線處應(yīng)敷設(shè)垂直接地極，以加強(qiáng)集中接地和散泄雷電流。

接地網(wǎng)布置方式有長(zhǎng)孔與方孔兩種，當(dāng)包括地網(wǎng)外周4根在內(nèi)的均壓帶總根數(shù)在18根及以下時(shí)，常采用長(zhǎng)孔接地網(wǎng)，如圖1所示。110kV八戶梁變電站占地面積不超過100×100m2，考慮到均壓線間屏蔽作用，均壓線總根數(shù)為12根，采用長(zhǎng)孔方式布置，但與方孔布置相比，存在以下問題：一是長(zhǎng)孔地網(wǎng)某一條均壓線斷開時(shí)，均壓帶的分流作用明顯降低。方孔地網(wǎng)縱、橫向均壓帶相互交錯(cuò)，當(dāng)某條均壓線斷開時(shí)對(duì)分流效果影響不大，優(yōu)于長(zhǎng)孔地網(wǎng)。[2]二是長(zhǎng)孔地網(wǎng)均壓線距離較長(zhǎng)，發(fā)生接地故障時(shí)，沿均壓線電壓降較大，易造成二次控制電纜和設(shè)備損壞。而方孔網(wǎng)均壓效果較好且可靠性高，如圖2（b）所示。采用方孔均壓網(wǎng)設(shè)計(jì)的可靠性和接地安全性都會(huì)提高，缺點(diǎn)是工程造價(jià)及施工難度也相對(duì)提高。110kV八戶梁變電站采用長(zhǎng)孔地網(wǎng)。[3]

五、接地裝置施工管理

本次改造采取總承包模式，并編制招標(biāo)文件。依據(jù)工程設(shè)計(jì)圖紙、市場(chǎng)價(jià)格及計(jì)價(jià)方法進(jìn)行費(fèi)用計(jì)算，同時(shí)采用專業(yè)監(jiān)理人員?？偝邪鼏挝缓透鞣职鼏挝痪鶓?yīng)按承建的機(jī)電工程特點(diǎn)，分析影響工程質(zhì)量的主要因素，加以預(yù)控。參與工程的作業(yè)人員要持證上崗，并且證書在有效期內(nèi)。

六、接地原材料除銹工作

對(duì)于此次防腐蝕工程所用的原材料，要求供貨商提供產(chǎn)品質(zhì)量證明文件、質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告和產(chǎn)品技術(shù)文件。采用動(dòng)力工具除銹金屬表面處理，要求質(zhì)量等級(jí)為St2級(jí)。

110kV八戶梁變電站采用了熱鍍鋅鋼材，水平敷設(shè)可采用扁鋼?？紤]到新疆是腐蝕嚴(yán)重的地區(qū)，采用1.2倍截面積進(jìn)行粘結(jié)力和附著力檢查檢測(cè)。

七、接地裝置敷設(shè)

利用接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量接地電阻，確保符合施工要求。電氣設(shè)備與接地支線的連接采取焊接方式?？紤]到接地網(wǎng)焊接面積大，質(zhì)量要求高，該變電站采用埋弧焊（焊接質(zhì)量好、速度快），并且進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。擬定焊接工藝細(xì)則卡同時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)。

表2#8194；接地網(wǎng)焊接檢驗(yàn)項(xiàng)目

焊前檢驗(yàn)檢查原材料（100%合格）；檢查施焊技術(shù)要求（不得漏項(xiàng)）；檢查埋弧焊機(jī)（合格）、使用塑性好的焊條；檢查焊工資格（持證上崗）；檢查焊接環(huán)境（禁止在雨天、5級(jí)以上的大風(fēng)天施焊）

焊中檢驗(yàn)控制焊接順序；控制焊接溫度和變形；控制表面缺陷（嚴(yán)禁夾渣、裂紋、氣孔出現(xiàn)）

焊后檢驗(yàn)肉眼觀察焊縫表面，確保無裂紋、氣孔等；用檢驗(yàn)尺測(cè)量焊縫余高；用樣板和量具測(cè)量變形；檢測(cè)焊縫是否過于集中

八、接地裝置施工驗(yàn)收

一是檢查整個(gè)接地網(wǎng)外露部分，確認(rèn)連接可靠，接地線符合規(guī)格要求，防腐層合格，所需標(biāo)志齊全明顯。二是避雷針安裝位置和高度依據(jù)設(shè)計(jì)要求安裝，防雷范圍符合要求。三是供連接臨時(shí)接地線用的連接板的數(shù)量和位置符合設(shè)計(jì)要求。四是工頻接地電阻值符合設(shè)計(jì)規(guī)定，雨后禁止立即測(cè)量接地電阻。五是隱蔽工程符合設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉京麗，張曄.變電站接地網(wǎng)防腐措施的經(jīng)濟(jì)性比較[J].新疆電力技術(shù)，2010，（2）.

[2]王厚余.變電所的系統(tǒng)接地和雜散電流[J].建筑電氣，2007，（9）.

[3]姚良鑄.110kV變電站立體接地網(wǎng)設(shè)計(jì)問題分析[J].中國(guó)電氣，2002，（11）.

[4]邢光熹.土壤測(cè)試[J].土壤學(xué)進(jìn)展，1987，（4）.

（責(zé)任編輯：孫晴）