關(guān)于變電站接地電阻的校驗方法研究

方毅　李孟

摘要：電力系統(tǒng)運行過程中，其運行情況與接地系統(tǒng)存在很大聯(lián)系，使得整個變電站接地電阻校驗工作十分重要。本文對變電站接地電阻的設(shè)計要求進行總結(jié)，并從單相入地短路電流的計算、接地電阻的最大值計算、接地網(wǎng)設(shè)計方案的確定、接觸電位差和跨步電位差的校驗四方面，論述了變電站接地電阻的校驗方法。

關(guān)鍵詞：變電站;接地電阻;校驗

前言：隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對電能的需求量得到了進一步提升，電網(wǎng)分布也變得越來越密集。在此項建設(shè)之中，110kV變電站建設(shè)占據(jù)了很大比重，相關(guān)部門對該類變電站實施了模塊化通用設(shè)計。變電站接地網(wǎng)的布置情況與人身和設(shè)備安全存在直接聯(lián)系，而且接地網(wǎng)的合理設(shè)計，與變電站運行情況息息相關(guān)。

1.項目概況

在實際技術(shù)方案實施過程中，主要集中在一套直流系統(tǒng)饋線接地電阻校驗裝置的研究，供電裝置為AC220。主體儀器接線操作主要由人工完成，借助于相關(guān)程序控制，實現(xiàn)電阻值的有效改變，并對告警阻值進行全面記錄，在完成一路饋線之后，方可將其切換到下一路饋線之中。另外，在該裝置應用過程中，具備明顯的液晶顯示功能，進而將所有的測量結(jié)果顯示出來，并對其進行記錄。站在實際研究角度來說，整個變電站直流系統(tǒng)饋線接地告警電阻阻值校驗，屬于是使用不同組織的電阻或者是滑線，實現(xiàn)手動記錄和操作，該項檢測的操作量較大，而且消耗時間較長。而在該種裝置得到應用之后，可以節(jié)省大量的人力和物力資源。

2.變電站接地電阻的設(shè)計要求

2.1變電站接地網(wǎng)的均壓要求

在早期變電站接地網(wǎng)設(shè)計過程中，水平接地導體均已等間距布置為主，隨著相關(guān)研究人員研究理論的進一步深入，水平接地網(wǎng)不等間距的布置形式被突顯出來，不等間距的布置優(yōu)勢也逐步展示出來，而且該種方式也逐步得到了大眾的認可。一般情況下，水平導體等間距布置主要指相鄰導體之間的距離是相同的，但該種布置形式會導致中心網(wǎng)孔接觸電壓和跨步電壓高于外部網(wǎng)孔，進而帶來很大的安全風險。所謂不等間距布置，主要指水平接地網(wǎng)導體按照具體指數(shù)規(guī)律進行排列，進而將地表電位的梯度降低。相關(guān)調(diào)查研究結(jié)果顯示，倘若存在跨步電壓超標，或者是電位梯度過大等問題，將會對均壓性能產(chǎn)生嚴重影響。所以說，在整個設(shè)計工作開展過程中，相關(guān)工作人員需要對地網(wǎng)散流以及均壓等問題進行充分考量，避免整個地網(wǎng)施工操作之中出現(xiàn)偷工減料等問題[1]。

2.2電氣設(shè)備接地與接地網(wǎng)之間的聯(lián)通特點

從長期的實驗論證中可以看出，整個變電站運行過程中存在很多安全隱患，如變壓器、相關(guān)電氣裝置以及地網(wǎng)連接等等，實際問題產(chǎn)生的原因主要集中在以下幾方面之中：第一，在整個新建變電站過程中，接地網(wǎng)會提前完成，而且在變電站增容以及擴建時，對于主接地網(wǎng)只能進行簡單的修復操作，有些甚至不能進行修復操作。第二，對于新上設(shè)備，為了方便研究工作的開展，很多工作人員將設(shè)備接地線和電纜溝之中的接地網(wǎng)直接連接在一起，甚至與具體的接地需求相背離，在新上設(shè)備接地線串聯(lián)之后，與電纜溝中的接地網(wǎng)連接在一起。此種情況之下，由于電纜溝中的環(huán)境濕度較大，敷設(shè)在內(nèi)部的接地網(wǎng)導體極容易被腐蝕，嚴重時還會出現(xiàn)斷裂風險，對設(shè)備接地保護工作的開展產(chǎn)生嚴重影響。

3.變電站接地電阻的校驗方法

某變電站的建設(shè)規(guī)模如下：在主變壓器選擇上，主要以遠景3×50MVA為主，電壓等級為110kV/10kV，變壓器數(shù)量為兩臺，型號為三相繞組變壓器。在實際供電線路設(shè)計上，主要涉及到的內(nèi)容有電纜和架空線，其中，電纜長度為2.4km，單回路架空線長度為5.8km。

3.1單相入地短路電流的計算

在主體常用基準值選擇上，Sj=100MVA;Uj=115kV，Ij=0.502kA。在甲方所提供的供電系統(tǒng)之中，具體的短路容量能夠達到1300MVA。另外，從實際單相短路時的入地計算中可以看出，相關(guān)工作人員可以根據(jù)具體的三相序網(wǎng)概念，而且在正序網(wǎng)絡(luò)和負序網(wǎng)絡(luò)之中，流經(jīng)系統(tǒng)中性點和變壓器中性點的電流為0。另外，在具體零序網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上，中性點的電流可以通過三相電流之和進行確定，是零序電流分量的三倍以上，具體流經(jīng)變壓器中性點電流為：

最終計算的結(jié)果為1.35kA，在后續(xù)，倘若變電站內(nèi)部出現(xiàn)短路電流之后，具體接地裝置內(nèi)部的電流表達式如下：

最后，在實際系統(tǒng)參數(shù)確定過程中，在實際遠景短路電流計算上，一般以簡化或者是近似計算為主，在計算之前，可以假設(shè)故障發(fā)生前，系統(tǒng)處于空載狀態(tài)，而且所有節(jié)點電壓以平均額定電壓數(shù)值為主，此種情況之下，系統(tǒng)之中的各個元件電阻將會得到進一步忽略，進而實現(xiàn)對短路電流故障分量和基頻周期分量的計算。

3.2接地電阻的最大值計算

在有效接地和低電阻接地系統(tǒng)之中的所有電氣裝置應用過程時，需要確保接地電阻符合下列要求，即R≤2000/I。其中，R代表整個季節(jié)變化過程中的最大接地電阻，單位為Ω。I代表計算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，單位為A。經(jīng)過計算之后，主體規(guī)模下的接地網(wǎng)電阻R≤2000/2140=0.934Ω。對于遠景規(guī)模接地網(wǎng)電阻，實際計算形式為R≤2000/9610=0.208Ω。如果變電站直流系統(tǒng)對地電阻阻值低于標準要求，系統(tǒng)便會產(chǎn)生相應的報警信號，進而對設(shè)備運行產(chǎn)生影響，本項目的實施主要是對該阻值進行校驗。使用可變電阻R與直流電源相互連接，并由高到低的改變R值，直到告警信號消失之后，對R數(shù)值進行記錄。

3.3接地網(wǎng)設(shè)計方案的確定

在實際變電站主接地網(wǎng)設(shè)計過程中，主要以孔接地網(wǎng)為主線，均壓帶總根數(shù)為21根。一般情況下，在變電站接地網(wǎng)技術(shù)總參數(shù)確定上，變電站主接地網(wǎng)主要以水平接地網(wǎng)的應用為主，而且實際接地材料的選擇，主要以銅絞線為主，橫截面為120mm2，接地形式以復合接地體為主。另外，如果是垂直接地體建設(shè)，以φ14.2的鍍銅接地棒應用為主，長度為2.5m，總數(shù)量為79根。站在接地總長度角度來說，主要計算形式為垂直接地體+水平接地體，總數(shù)量為1300m，而且接地往外邊緣線的總長度為220m。借助于上述數(shù)據(jù)，可以對具體的接地電阻進行計算，最終得到的結(jié)果為0.237Ω。本次工程在接地裝置設(shè)計過程中，雖然與遠景規(guī)模下的接地電阻需求不相符，但其校驗效果將會得到完整性呈現(xiàn)。由于接地電阻之中的阻值差距并不大，相關(guān)工作人員可以借助于合理的技術(shù)經(jīng)濟比較，適當增加接地電阻值，確保接地電阻值不會高于5Ω。但從實際變電站運行情況角度來說，工作人員應根據(jù)遠景情況對接觸電位差和跨步電位差進行校驗[2]。

3.4接觸電位差和跨步電位差的校驗

所謂接觸電位差，主要指當接地短路電流經(jīng)過接地裝置之后，會在大地表面形成相應的分布電位差，而且在地面上，會與相關(guān)設(shè)備的水平距離保持0.8m，與墻壁地面的垂直距離為1.8m，這兩點之間所形成的電位差即接觸電位差。站在跨步電位差角度來說，主要是地面上水平距離為0.8m的兩點間電位差。在兩電位差允許值計算上，可以根據(jù)《交流電氣裝置的接地》中的相關(guān)規(guī)定進行，在110kV及以上的接地系統(tǒng)建設(shè)上，可以根據(jù)實際單相接地，或者是同點兩相接地，確保變電站接地裝置之中的接觸電壓和跨步電壓不會超過規(guī)定數(shù)值。而且在實際校驗工作開展上，遠景最大接觸電位差為382.6V，跨步電位差為161.7V。如果變電站處于水泥混凝土路面，電位差的確定可以根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計手冊》進行。

總結(jié)：綜上所述，站在實際工作角度來說，如果系統(tǒng)應用單相接地短路電流，減去變壓器中的中性點短路電流來獲取入地電流，相關(guān)電位差也會得到本質(zhì)性呈現(xiàn)，為后續(xù)變電站接地系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造有利條件。倘若工程周圍鋪設(shè)以碎石為主，人們可以借助于接觸電位差允許值計算，提升整個電位差的允許值。

參考文獻：

[1]丁曉雨.光伏發(fā)電系統(tǒng)大地網(wǎng)接地電阻檢測及影響因素研究[J].通信電源技術(shù)，2019，36（05）：206-207.

[2]郭彩麗.變電站接地電阻的設(shè)計及校驗方法[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（02）：95-97.