變電站接地網(wǎng)特性參數(shù)測(cè)量之地電位升高測(cè)試

張瑞平

摘 ?要：變電站接地網(wǎng)對(duì)保障一、二次設(shè)備和人員的安全具有重要作用。目前很多地方對(duì)變電站接地網(wǎng)的安全評(píng)價(jià)仍僅用接地阻抗一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，地電位升高作為一項(xiàng)重要的安全指標(biāo)在現(xiàn)行接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則中卻未被提及。因此，本文通過分析論證著重闡述地電位升高測(cè)試的重要性，提出地電位升高測(cè)試方法，對(duì)于接地網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：地電位升高;接地阻抗;優(yōu)化方案

1導(dǎo)言

變電站接地網(wǎng)作為變電站重要組成部分，在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)能夠快速有效地泄放故障電流，改善場(chǎng)區(qū)地表地電位分布，保障一、二次設(shè)備和人員的安全?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》DL/T475-2017規(guī)定了變電站特性參數(shù)的測(cè)試項(xiàng)目有電氣完整性測(cè)試、接地阻抗測(cè)試、場(chǎng)區(qū)地表電位梯度分布測(cè)試以及接觸電位差和跨步電位差的測(cè)試。而地電位升高作為接地網(wǎng)安全指標(biāo)的重要參數(shù)，規(guī)范卻對(duì)其并未提及，且目前很多地方對(duì)變電站接地網(wǎng)的安全評(píng)價(jià)仍僅用接地阻抗一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文通過分析論證著重闡述地電位升高測(cè)試的重要性，提出地電位升高測(cè)試方法，對(duì)于接地網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)具有重要意義。

2地電位升高的影響

地電位升高即變電站接地故障電流經(jīng)接地網(wǎng)流入大地時(shí)，接地網(wǎng)與大地零電位點(diǎn)之間的電位差。當(dāng)變電站發(fā)生接地短路故障時(shí)，利用接地網(wǎng)對(duì)其泄放、分流以此控制故障點(diǎn)地電位的升高，因此，接地網(wǎng)是否安全起決定性作用的是電位而不是阻抗。

變電站接地網(wǎng)的地電位升高與二次系統(tǒng)的安全性直接相關(guān)。系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)接地網(wǎng)中流動(dòng)的電流，將在二次電纜的芯線一屏蔽層之間，或二次設(shè)備的信號(hào)線或電源線與地之間產(chǎn)生電位差。當(dāng)電位差超過二次電纜或二次設(shè)備絕緣的工頻耐受電壓時(shí)，二次電纜或設(shè)備將會(huì)發(fā)生絕緣破壞。因此，必須將地電位升高控制在二次系統(tǒng)安全值內(nèi)。

清華大學(xué)中對(duì)二次電纜和二次設(shè)備的工頻伏秒特性的試驗(yàn)中被測(cè)試電纜的3s絕緣耐受電壓均高于8.5kV而微機(jī)保護(hù)裝置的實(shí)際耐受電壓約為2100V。因此，從安全角度出發(fā)，二次系統(tǒng)的絕緣耐受電壓可取2kV。

二次系統(tǒng)在短路時(shí)承受的地電位升高，不僅取決于入地短路電流和接地阻抗，還決定于二次電纜的接地方式。當(dāng)二次電纜的屏蔽層采用單端接地時(shí)，接地故障時(shí)電纜屏蔽層中沒有電流流過，二次電纜芯線上的感應(yīng)電位很小，地電位升高即為二次電纜和二次設(shè)備承受的電位差。當(dāng)二次電纜屏蔽層采用雙端接地時(shí)，接地故障電流注入接地網(wǎng)時(shí)會(huì)有部分電流從電纜的屏蔽層中流過，將會(huì)在二次電纜的芯線上感應(yīng)出較高的電位，使作用在二次電纜的芯—屏蔽層和二次設(shè)備上的電位差減小。

大量的計(jì)算表明，對(duì)于不同布置方式的二次電纜及不同位置接地故障點(diǎn)，雙端接地電纜上感應(yīng)的芯—皮電位通常不到地網(wǎng)電位升高的20%。甚至對(duì)于土壤電阻率為500Ω·m，邊長(zhǎng)大于100m的接地網(wǎng)，即使在二次電纜屏蔽層接地點(diǎn)附近發(fā)生接地故障時(shí)，芯—皮電位小于地網(wǎng)電位升高的40%。目前，變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)在一次設(shè)備區(qū)就近設(shè)置，變電站內(nèi)的二次電纜大大縮短，如果二次電纜的長(zhǎng)度小于接地網(wǎng)邊長(zhǎng)的一半，那么即使在最嚴(yán)酷的條件下，芯—屏蔽層電位差也小于40%，甚至更小。因此，采用二次電纜屏蔽層雙端接地，可以將地電位升高放寬至2/0.4kV即5kV。雖然當(dāng)發(fā)生短路時(shí)地電位升高達(dá)到5kV，但真正作用在二次電纜的芯—屏蔽層之間和二次設(shè)備上的電位差只有2kV，滿足二次系統(tǒng)安全性的要求。

現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，變電站接地阻抗Z≤2000/I，式中I為計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流?，F(xiàn)實(shí)情況是，對(duì)于接地阻抗一味守舊以0.5Ω為指標(biāo)，只要不滿足就進(jìn)行降阻，這樣勢(shì)必造成人力、物力、財(cái)力和時(shí)間上的浪費(fèi)，而對(duì)于站外大面積的擴(kuò)網(wǎng)降阻，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)并未起到應(yīng)有的作用，反而給日后接地網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)帶來不利的影響。把地電位升高作為接地網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)的參考指標(biāo)，將使運(yùn)行人員對(duì)接地網(wǎng)的安全性心知肚明，勢(shì)必對(duì)盲目降阻起到有效遏制。

3地電位升高的測(cè)試方法

地電位升高測(cè)試法即對(duì)系統(tǒng)注入異頻電流，模擬接地故障，通過測(cè)量二次電纜芯線與屏蔽層的電位差來判斷接地網(wǎng)安全性的方法。可在變電站全站停電檢修試驗(yàn)期間進(jìn)行，且在試驗(yàn)前應(yīng)先斷開主變壓器中低壓側(cè)開關(guān)，具體測(cè)試方法如下：

（1）按下圖將異頻測(cè)試電流源一個(gè)接線端子接主變壓器高壓側(cè)套管A（或B、C）相，另一端接主變壓器中性點(diǎn)接地引下線，確保接線牢固可靠;

（2）利用接地線掛接主變高壓側(cè)A（或B、C）相導(dǎo)線，人為設(shè)置站內(nèi)接地故障，確保接地良好;

（3）選取距離設(shè)置故障點(diǎn)最近的二次接線端子箱內(nèi)電源線和信號(hào)線，將選頻電壓表兩端子分別于二次電纜屏蔽層和二次電纜芯線緊密可靠連接（電源線和信號(hào)線分別測(cè)試一次）;

（4）啟動(dòng)異頻升流裝置，施加電流I試頻率宜在40Hz-60Hz，電流值宜在10A-20A。分別讀取電源線和信號(hào)線芯-皮電壓;

（5）利用接地線掛接主變高壓側(cè)A（或B、C）相導(dǎo)線，人為設(shè)置站外接地故障，確保接地良好，重復(fù)（3）、（4）步;

（6）取以上4組測(cè)試電壓最大值U試max，則最大單相接地故障電流Imax引起的最大地電位升高U升max=U試max（Imax/I試）;

（7）當(dāng)二次電纜屏蔽層采用單端接地時(shí)，最大地電位升高應(yīng)滿足U升max≤2000V;當(dāng)二次電纜屏蔽層采用雙端接地時(shí)，最大地電位升高應(yīng)滿足U升max≤5000V。

參考文獻(xiàn)

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