1000kV特高壓變電站接地網(wǎng)布置方案研究

李智威 劉煥

摘要：結合電力系統(tǒng)電壓等級升高、容量增加、短路入地電流增大等情況，以北京西1000kv變電站的接地網(wǎng)布置為例，提出北京西1000kv變電站接地網(wǎng)布置方案，從土壤模型、地電位升、分流系數(shù)和接地短路電流等方面對該方案進行分析，經(jīng)建模計算驗證，該方案滿足安全性要求，具有可行性。

關鍵詞：特高壓變電站;接地網(wǎng);地電位升;分流系數(shù);輔助接地網(wǎng)

一、土壤模型分析

北京西1000kv變電站站址屬山前沖洪積平原，地勢開闊平緩，主要分布農(nóng)田及林地。站址地貌屬于華北沖洪積平原，地勢平坦開闊，地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積成因的粉土、粉質(zhì)粘土、砂類土等。采用對稱四極法對變電站站址的土壤電阻率進行測量。利用CDEGS軟件對測量結果的平均值進行建模分析計算結果最大方均根差為6.97%，擬合結果效果較好，土壤分層模型合理。

二、地電位升確定

根據(jù)現(xiàn)有規(guī)程規(guī)范，變電站接地網(wǎng)在發(fā)生接地故障后地電位升高超過2000v時接地網(wǎng)及有關電氣裝置應符合以下要求。

1、低壓接地系統(tǒng)采用保護等電位聯(lián)結系統(tǒng)。

2、采用銅帶（絞線）與二次電纜屏蔽層并聯(lián)敷設。銅帶（絞線）至少應在兩端就近與接地網(wǎng)連接（當接地網(wǎng)為鋼材時，應注意銅、鋼連接的腐蝕問題），銅帶（絞線）較長時，應多點與接地網(wǎng)連接。二次電纜屏蔽層兩端就近與銅帶（絞線）連接。銅帶（絞線）的截面應滿足熱穩(wěn)定的要求。

3、為防止轉(zhuǎn)移電位引起的危害，對可能將接地網(wǎng)的高電位引向站外或?qū)⒌碗娢灰驈S、站內(nèi)的設備，應采取隔離措施。

三、GIS接地問題分析

由于該變電站采用1000kvGIS設備，三相母線裝于不同的母線管道中，但在正常運行時仍有較大的感應電流，會引起GIS外殼及金屬結構發(fā)熱，使設備的額定容量降低，二次回路容易受到干擾。常規(guī)超高壓變電站接地網(wǎng)的布置方式不能滿足特高壓變電站的技術要求。1000kvGIS在本體上設置連接分相殼體的相間分流排，以降低接地引下線及輔助地網(wǎng)中流過的感應電流。根據(jù)相間分流排的電流分布及銅材的溫升限值，確定GIS相間分流排布置方案。輔助地網(wǎng)的布置對接地引下線電流及GIS暫態(tài)地電位升高有直接影響，研究表明：

1、若輔助地網(wǎng)網(wǎng)格過密，由于輔助地網(wǎng)低阻抗化，會造成端部接地引下線電流增加。對輔助地網(wǎng)網(wǎng)格間距分別為3到6米的情況進行了計算。根據(jù)計算結果，即使輔助地網(wǎng)網(wǎng)格間距從6米減小到3米，也不會對輔助地網(wǎng)電流有太大的影響，但會使端部接地引下線電流大幅增加。

2、減小輔助地網(wǎng)網(wǎng)格間距，對抑制GIS管路末端及套管出線部的暫態(tài)地電位升高效果不明顯;但減小接地引下線長度，并從輔助地網(wǎng)交叉點引接，可有效抑制GIS管路末端及套管出線部的暫態(tài)地電位升高（TGPR）。

四、接地網(wǎng)設計方案

1000kv變電站面積較大，雖然采用銅地網(wǎng)，1000kv側(cè)短路點和500kv側(cè)短路點均可能會對接地阻抗產(chǎn)生影響，同時接地阻抗又會影響分流系數(shù)的大小，1000kv側(cè)和500kv側(cè)的短路電流則不同，從而造成短路時的入地電流不同，地表電位、接觸電勢和跨步電壓分布不同。因此需要對各短路點逐一分析。通過分析比較各種可行的接地系統(tǒng)設計方案、研究規(guī)律，提出實際變電站接地系統(tǒng)的設計方案。

通過降低接地電阻來降低接地系統(tǒng)短路時的地電位升，確保二次系統(tǒng)安全，同時采用優(yōu)化地網(wǎng)水平導體的方法來均衡地表的電位分布，確保接觸電勢和跨步電壓滿足人身安全要求。采用優(yōu)化設計能夠有效地改善接地系統(tǒng)電位分布的不均勻性，從兩方面提高接地系統(tǒng)的安全性能：降低接觸電勢和跨步電壓，確保故障時壽命安全;由于均衡電位，可以降低故障時出現(xiàn)通過二次電流施加在二次設備上的過電壓水平，提高電氣設備的安全性。經(jīng)CDEGS計算，采用均勻布置方式比不等間距地網(wǎng)接地電阻增加2.1%，最大接觸電勢增加26.4%，最大跨步電壓減小0.07%，最大地電位升增加1.4%。采用不均勻地網(wǎng)對減小邊緣接觸電勢有比較明顯的優(yōu)勢，因此，該變電站水平地網(wǎng)采用不均勻地網(wǎng)布置方式。

五、計算結果分析

利用CDEGS對接地方案進行建模計算，接觸電勢分布圖如圖 一所示，跨步電壓分布圖如圖二所示。地電位升示意圖如圖三所示，計算結果見表一。經(jīng)計算，該地網(wǎng)布置方案滿足安全性要求。

六、結束語

所具體布置方案如下：

1、建立土壤分層模型，利用CDEGS軟件對土壤電阻率測量結果的平均值進行建模分析，土壤擬合模型計算結果與測量結果的最大誤差為6.97%，擬合結果與實際土壤分層吻合，土壤分層模型合理。

2、1000kv側(cè)短路時對應的變電站的分流系數(shù)為0.57。500kv側(cè)短路時對應的變電站的分流系數(shù)為0.55;接地短路（故障）電流的持續(xù)時間按0.35s取值。

3、采用不均勻接地網(wǎng)對減小邊緣接觸電勢有比較明顯的優(yōu)勢，該變電站接地系統(tǒng)采用邊沿按最優(yōu)壓縮比0.68不等間距、中間按20m等間距布置的水平地網(wǎng)和垂直接地極的立體地網(wǎng)設計，在地表敷設厚度不小于10cm、電阻率不小于3000Ω·m的碎石。

4、1000kvGIS配電區(qū)設置5m等間距的輔助接地網(wǎng)，在1000kvGIS在本體上設置連接分相殼體的相間分流排，以降低接地引下線及輔助地網(wǎng)中流過的感應電流。

參考文獻：

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[2]佚名. 高寒高海拔地區(qū)1000 kV變電站電氣設備選擇及布置方案[J]. 中國電力， 2018， 51（11）：61-66.