變電站接地網(wǎng)上兩點(diǎn)間電位差的特性

顧星　王日升

摘要：近幾年我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，特別在智能化方面有了很大的突破，不僅是用戶用電方式和繳費(fèi)方式的智能化，還包括電力系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)也呈現(xiàn)智能化，例如智能化變電站的建設(shè)，改變傳統(tǒng)變電站建設(shè)方式，加入大量數(shù)字電路設(shè)備，提高變電站的抗干擾效率。目前的智能化變電站，將大量的二次設(shè)備分散至高壓一次設(shè)備附近放置，而變電站地下是鋪設(shè)接地網(wǎng)的，這時(shí)二次設(shè)備就與接地網(wǎng)有了連接，當(dāng)二次設(shè)備通電，發(fā)生故障電流時(shí)，影響到接地網(wǎng)的電位，導(dǎo)致接地網(wǎng)兩點(diǎn)存在電位差。本文主要討論的是變電站接地網(wǎng)上兩點(diǎn)間電位差的特性。

關(guān)鍵詞：變電站;接地網(wǎng);兩點(diǎn)間電位差

一、引言

我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，為了更好地為居民提供用電，增加電網(wǎng)的覆蓋率，我國(guó)近幾年增加建設(shè)許多變電站，并且在技術(shù)方面也增加了電壓等級(jí)和容量，二次系統(tǒng)的監(jiān)控保護(hù)等措施保護(hù)能力也在不斷提升。二次系統(tǒng)引入的二次設(shè)備連接電纜通電后，當(dāng)發(fā)生雷電、故障等事件導(dǎo)致二次設(shè)備電壓發(fā)生變化，產(chǎn)生干擾時(shí)，進(jìn)而影響到接地網(wǎng)的電壓，導(dǎo)致接地網(wǎng)上的電位分布不均，等電壓被打破，不同的兩點(diǎn)將產(chǎn)生電位差，如果電位差較大，還可能直接燒毀電纜屏蔽層，影響接地網(wǎng)上的其他設(shè)備，甚至影響變電站的安全運(yùn)行。

二、變電站接地網(wǎng)概述

（一）變電站接地網(wǎng)簡(jiǎn)述

變電站是電力系統(tǒng)接受電能和分配電能的主要場(chǎng)所，發(fā)電站產(chǎn)生的電能通過變電站升壓成為高壓，便于輸送，輸送到目的地后又通過變電站降壓成日常用電電壓，分配給各家各戶。而接地網(wǎng)就是變電站的接地系統(tǒng)，是由一組水平和垂直導(dǎo)線組成，埋在土壤下方，保護(hù)人身安全和設(shè)備安全的。由于變電站在運(yùn)行過程中，有大量的信號(hào)和電壓輻射產(chǎn)生，所以接地網(wǎng)對(duì)變電站而言十分重要。

（二）變電站接地網(wǎng)的電位差概述

目前隨著變電站智能化的改變，現(xiàn)場(chǎng)增加了大量的二次設(shè)備，這些設(shè)備分布在高壓開關(guān)、變壓器等一次高壓設(shè)備周邊，二次設(shè)備在接入電纜通電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電流輻射，自然這些二次設(shè)備也需要接地，它們會(huì)選擇就近接地，與埋在地下的接地網(wǎng)相連，這時(shí)接地網(wǎng)連接的設(shè)備增加，如果此時(shí)設(shè)備的故障電流注入接地網(wǎng)，就會(huì)導(dǎo)致該接地網(wǎng)電位升，此時(shí)周邊的電位與該點(diǎn)電位存在電位差。而兩不同點(diǎn)電位差可能會(huì)作用到二次電纜的兩端，破壞二次電纜的絕緣裝置，干擾信號(hào)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)苯訉?dǎo)致設(shè)備接收錯(cuò)誤信息做出錯(cuò)誤的指令，因此接地網(wǎng)發(fā)生電位差是較為危險(xiǎn)的事件。

三、影響接地網(wǎng)的電位差的因素

在我國(guó)早期建設(shè)變電站時(shí)，技術(shù)人員就發(fā)現(xiàn)了接地網(wǎng)不同點(diǎn)電位差問題例如湖北雙河變電站為了調(diào)整測(cè)試接地網(wǎng)的電位差，進(jìn)行單相短路接地試驗(yàn)，隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們能夠不需要在實(shí)際變電站上進(jìn)行試驗(yàn)，通過在試驗(yàn)室內(nèi)布置接地網(wǎng)連接計(jì)算機(jī)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬便能夠?qū)拥鼐W(wǎng)的電位差特性進(jìn)行研究，找出影響其電位差的因素。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置基礎(chǔ)設(shè)施參數(shù)，接地網(wǎng)兩塊，分部位大小為30m正方形面積以及大小為10m正方形面積的接地網(wǎng)外加一根長(zhǎng)20m的水平懸浮接地極，接地網(wǎng)上方的設(shè)備為鍍鋅扁鋼，替代二次設(shè)備，設(shè)置接地埋于地下0.6m，接地網(wǎng)格為均勻布置的網(wǎng)格。研究影響接地網(wǎng)的電位差的因素，根據(jù)過去的資料發(fā)現(xiàn)，主要的影響因素為接地網(wǎng)的尺寸大小、網(wǎng)格的密度、埋入土壤的電阻率、埋入的深度、故障電流發(fā)生的位置、電流頻率等。

（一）地網(wǎng)大小、故障電流接入位置的影響

在實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，按照原條件不變的情況下，保持地網(wǎng)埋入地下0.6m，土壤電阻一致，在兩個(gè)接地網(wǎng)處導(dǎo)入故障電流，并且每次都在同一位置導(dǎo)入，進(jìn)行多次不同位置反復(fù)實(shí)驗(yàn)，分別從中心、邊角、偏左、偏右位置進(jìn)行測(cè)試，電位差將通過計(jì)算機(jī)顯示數(shù)據(jù)，根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：

1.當(dāng)所有條件都相同的情況下，隨著面積的增大，接地網(wǎng)同一位置接入故障電流，發(fā)生的電位差值增加，因此接地網(wǎng)面積越大，產(chǎn)生的電位差越大，危害越大。

2.通過不同位置的故障電流接入，檢測(cè)電位差數(shù)值發(fā)現(xiàn)，中心部位接入故障電流產(chǎn)生的電位差值最小，隨著位置偏移，越往邊角，電位差值越大，因此可以說邊角發(fā)生故障電流影響產(chǎn)生的危害更大。

（二）土壤電阻率和接地網(wǎng)埋入深度的影響

不同的土壤具有不同性質(zhì)，其電阻率也不同。通過分析不同電阻率的土壤埋接地網(wǎng)，導(dǎo)入故障電流，觀察接地網(wǎng)的電位差變化情況。實(shí)驗(yàn)采用3中不同的土壤，其電阻率分別為10Ω、100Ω、1000Ω，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)注入電流相同，其他條件保持一致的情況下，土壤電阻率變化不影響接地網(wǎng)的電位差變化，因此土壤的選擇可隨機(jī)，不需要特地挑選特定土壤填埋接地網(wǎng)。

將接地網(wǎng)埋入土壤中，按照不同深度填埋，分別填埋0.2m、0.6m和1m，查看數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)注入電流不變時(shí)，填埋的深度發(fā)生變化其接地網(wǎng)電位差基本不變，說明填埋的位置對(duì)其無太大影響。

（三）網(wǎng)格大小密度的影響

保持接地網(wǎng)面積不變，通過加密網(wǎng)格，研究網(wǎng)格大小對(duì)接地網(wǎng)電位差的影響。將接地網(wǎng)埋入土壤中時(shí)，建立二維坐標(biāo)，便于同點(diǎn)位接入電流，先測(cè)正常接地網(wǎng)的電位差，完畢后，再加密網(wǎng)格，注入同一電流，觀察電位差變化，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格加密后不同兩點(diǎn)之間的電位差變小了，因此網(wǎng)格的大小密度將影響電位差，網(wǎng)格越密，電位差越小。

（四）電流頻率影響

接地網(wǎng)發(fā)生故障電流干擾時(shí)，分析電流的頻率對(duì)電位差是否有影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)分別接入0Hz、50Hz、1000Hz的電流頻率，發(fā)現(xiàn)頻率越高，導(dǎo)體上的最大電位差越大。

四、結(jié)語

通過上述的實(shí)驗(yàn)，了解變電站接地網(wǎng)兩個(gè)之間電位差的特點(diǎn)，其主要是受抗阻和電流的影響，通過加密網(wǎng)格密度，能夠?qū)ζ淦鸬椒至鞯淖饔?，使得電位差值變小，并且如果變電站面積越大，接地網(wǎng)的面積越大，那么產(chǎn)生的電位差就越大，故障電流不同位置影響接地網(wǎng)，造成的電位差也不同，因此為了更好地保護(hù)接地網(wǎng)，減少電位差，則需要盡量加大接地網(wǎng)的密度，控制接地網(wǎng)的大小。變電站在未來的發(fā)展中，將想著更加智能化的方向前進(jìn)，針對(duì)接地網(wǎng)故障電流干擾問題，未來也會(huì)得到更好的解決辦法。

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