1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)設計分析

王詩璇　李鑫

摘要：1000kV特高壓變電站的電能容量大、電壓等級高，一旦發(fā)生接地故障，瞬間的短路電流非常大，容易損壞特高壓變電站的各種電氣設備，甚至造成巨大的經濟損失。為了確保1000kV特高壓變電站的安全、穩(wěn)定運行，必須高度重視其接地系統(tǒng)設計，采用科學合理的方式方法，優(yōu)化和完善1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)。本文分析了1000kV特高壓變電站短路電流情況，闡述了1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)設計，以供參考。

關鍵詞：1000kV特高壓變電站;接地系統(tǒng);設計

1 建設特高壓電網具有的社會效益

1.1實現(xiàn)自主創(chuàng)新

創(chuàng)新能力是一個國家科技事業(yè)發(fā)展的決定性因素，是國家競爭力的核心，是強國富民的重要基礎，是國家安全的重要保證;要把推動自主創(chuàng)新擺在全部科技工作的突出位置，把提高自主創(chuàng)新能力作為推動結構調整、轉變經濟增長方式和提高國家競爭力的中心環(huán)節(jié);要大力增強科技創(chuàng)新能力，大力增強核心競爭力，不斷探索和走出一條既適應現(xiàn)代經濟和科技發(fā)展要求，又適合我國國情的新型工業(yè)化道路。建設特高壓電網，通過科技進步和自主創(chuàng)新推動電力產業(yè)的技術升級，實現(xiàn)電網的集約化發(fā)展，同時帶動相關產業(yè)發(fā)展，是電力工業(yè)落實科學發(fā)展觀的重大舉措。抓住我國電網快速發(fā)展的有利時機，依托特高壓輸電這一重大技術，借助上千億的市場規(guī)模，通過組織技術攻關，實施試驗示范工程，對部分關鍵技術采用技術引進、消化完善后，將大大提高我國輸電技術與裝備的自主創(chuàng)新能力，大大提升其國際競爭力。

1.2節(jié)約土地資源

近年來，站址、輸電走廊越來越緊張，輸變電工程建設拆遷等電網建設本體以外的費用大幅增長。1條交流1000千伏特高壓線路的傳輸功率相當于4～5條交流500千伏超高壓線路的傳輸能力，從土地資源的利用效率來看，特高壓單位走廊輸送能力約為同類型500千伏線路的3倍，可以顯著減少輸電線回路數(shù)，節(jié)約寶貴的土地資源。此外，在西部地區(qū)建設大規(guī)模煤電基地，可以利用西部較為豐富的土地資源，替代東部寶貴的土地資源，實現(xiàn)產業(yè)布局在全國范圍內的優(yōu)化，提高土地資源的集約利用程度。

1.3有利于煤炭資源的集約化開發(fā)和利用

目前，我國煤炭資源采出率低，煤質差，煤炭入洗率有待提高。同時還存在著煤炭產業(yè)集中度低，產業(yè)鏈條短等問題。建設特高壓電網有利于解決煤炭行業(yè)目前存在的問題：首先是在褐煤資源豐富的地區(qū)，采取煤電一體化的開發(fā)方式，可以有效利用褐煤資源;其次是為大型煤電基地的發(fā)展提供必需的支撐。

2 特高壓變電站短路電流分析

由于特高壓變電站的電能容量大、電壓等級高，接地系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，所引起的瞬間短路電流非常大。有專家認為，需要進一步的提高變電站系統(tǒng)的地電位。我國特高壓變電站主要采用光纜通信線路，并在此基礎上盡量使用瀝青混凝土鋪設地面，以此提高接觸電壓。正常工作中電纜線路絕緣層的耐受值為2kv，實驗表明，二次電纜接地時會提升40%的地電位，即使電纜線路絕緣層的耐受值將達到5kv，因此可將變電站系統(tǒng)原來承受的2kv提升到5kv，由于處在承受的最大電壓下，必須高度警惕通信線路對變電站系統(tǒng)的影響，以防造成電位升過高的問題。特高壓變電站接地電阻和短路電流的關系密切，經過對晉東南變電站線路實驗分析可知，當變電站接地電阻減小，其短路電流的分流系數(shù)會增大，即其入地短路電流越多。短路電流和接地電阻呈反比關系，所以接地電阻和入地電流是決定變電站系統(tǒng)地電位升的兩大因素。因此在分析特壓變電站短路電流時必須重視裕度問題。

3 1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)設計

3.1 水平接地網

1000kV特高壓變電站水平接地網要盡量埋設在凍土層下面，均布布設導體，埋設深度要超過1m，導體間隔15m，根據(jù)實驗表面，1000kV特高壓變電站的地電位升<5kV，最佳地電位升3943V，可確保變電站系統(tǒng)中各種電氣設備的安全運行?？绮诫妷鹤畲蟛荒艹^520V，滿足基本的人身安全要求，單位由于高阻層安全限值460V遠遠小于接觸電壓，為了保障工作人員的生命安全，需在1000kV特高壓變電站系統(tǒng)中設置厚度約6cm高阻層。

3.2 垂直接地極

1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)設計要考慮到當?shù)赝寥赖膶щ娦裕ㄟ^合理設置垂直接地極，可有效降低變電站的接地電阻，減少1000kV特高壓變電站接觸電阻，通過設置深垂直接地極，可明顯降低跨步電壓和接觸電壓，發(fā)揮地表均壓的效果。由于1000kV特高壓變電站整體占地面積非常大，而垂直接地極長度相對比較小，因此在某些區(qū)域的降阻效果較差。同時，如果不斷增加垂直接地極長度，接地極對于降低接觸電阻的效果越來越不明顯，垂直接地極設置要充分考慮到經濟性因素，在水平接地網每條邊設置兩根垂直接地極，四個角區(qū)域分別設置一根，在變電站合適位置鋪設高阻層。

3.3 接地系統(tǒng)優(yōu)化設計

1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)優(yōu)化設計，調整接地導體布置，使跨步電壓和接觸電壓最小，優(yōu)化接地網壓縮比。在實際應用中，凍土層在一定程度上會影響1000kV特高壓變電站接地網的安全性，融凍季節(jié)和冰凍季節(jié)的土壤電阻值是不同的，結合不同季節(jié)土壤電阻值變化情況，綜合得到1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)優(yōu)化設計方案。在融凍季節(jié)，接地系統(tǒng)跨步電壓95.4V，接觸電壓926V，接地電阻0.075歐姆，計算得出最優(yōu)壓縮比為0.63，如果按照融凍季節(jié)進行接地系統(tǒng)優(yōu)化，跨步電壓為92.5V，接觸電壓為700V，接地電阻為0.075歐姆，當逐漸進入冰凍季節(jié)，跨步電壓為105V，接觸電壓730V，接地電阻0.08歐姆，因此進入冰凍季節(jié)后，1000kV特高壓變電站的跨步電壓、接觸電壓和接地電阻不斷增加。綜合考慮，1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)設計應綜合融凍季節(jié)和冰凍季節(jié)實際情況，按照最優(yōu)壓縮比優(yōu)化接地網布置，改善接地系統(tǒng)的安全性。

3.4 二次電纜屏蔽層接地

1000kV特高壓變電站發(fā)生短路故障，接地網不同區(qū)域導體之間的電位差較大，而這個電位差進入地網通過耦合影響二次電纜線路的安全運行，為了保障二次系統(tǒng)安全，應高度重視1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)短路。由于接地系統(tǒng)中電位的不均勻分布，一旦發(fā)生短路故障，電纜線路兩端電位不一致，電流路過電纜屏蔽層，若電流過大很容易將電纜燒毀，并且如果二次電纜芯皮電位差超出絕緣耐壓，很容易導致電纜絕緣層被擊穿。1000kV特高壓變電站二次電纜屏蔽層接地，由于兩端接地電位差明顯低于單端接地電位差，考慮到電纜絕緣耐受電壓，因此電纜屏蔽層盡量采用雙端接地方式。另外，為了避免電纜屏蔽層流過的電流過大，確保電纜安全，和電纜線路相互平行設置一個銅條，發(fā)揮排流線的作用，將電纜屏蔽層電流及時分流。

4 結束語

1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)設計對于保障整個變電站系統(tǒng)的安全正常運行有著非常重要的顯示意義。結合1000kV特高壓變電站短路電流情況，合理設置水平接地網和接地極，優(yōu)化接地系統(tǒng)設計，做好二次電纜屏蔽層接地，提高接地電阻值，減少特高壓變電站短路故障損失，推動我國電力系統(tǒng)快速發(fā)展。

參考文獻：

[1]何金良，張波，曾嶸，于剛.1000kV特高壓變電站接地系統(tǒng)的設計[J].中國電機工程學報，2012，07：7-12.

[2]田松，魯海亮，文習山，等.安全性分析在變電站接地網設計中的應用[J].高壓電器，214.54（7）：44-56.