電力系統(tǒng)接地技術(shù)現(xiàn)狀及展望

李貴

摘要：目前，我國的經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會在不斷進(jìn)步，接地是確保電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行和人身安全的基礎(chǔ)。接地技術(shù)的研究涉及到地質(zhì)、土壤、化學(xué)、材料、電氣等多個學(xué)科及其交叉，相關(guān)研究工作點(diǎn)多面廣，不僅具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價值，同時也具有十分重要的理論意義。從接地工頻安全指標(biāo)、仿真分析方法、接地降阻措施、雷電沖擊特性、測試和評估等方面總結(jié)接地技術(shù)的研究成果，分析接地技術(shù)目前存在的問題，并結(jié)合電力系統(tǒng)的發(fā)展對接地技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望?？傮w來說，中國對接地技術(shù)的研究已經(jīng)全面展開，對一些問題已經(jīng)有了深入的認(rèn)識，并且已經(jīng)取得了大量研究成果，一些技術(shù)和理念已經(jīng)成功用于解決工程實(shí)際難題。但是隨著電網(wǎng)向著高電壓、高智能、高可靠性的方向發(fā)展，對接地裝置性能的要求越來越高，接地技術(shù)的發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)，迫切需要開展復(fù)雜地質(zhì)條件下的接地仿真分析技術(shù)、接地裝置的沖擊特性、接地裝置與其他行業(yè)設(shè)施及電力系統(tǒng)其他設(shè)備的交互影響、接地系統(tǒng)多維度評估技術(shù)、接地材料及防腐技術(shù)等方面的研究。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);接地技術(shù);現(xiàn)狀

引言

電網(wǎng)規(guī)劃時，電氣設(shè)備的接地運(yùn)用，是一類極其重要的工作，規(guī)劃好接地的相關(guān)技術(shù)，便于優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行。隨著我國電力事業(yè)的建設(shè)與改革，電力系統(tǒng)面臨著很大的運(yùn)行壓力，尤其是電氣設(shè)備的接地技術(shù)方面，因?yàn)榻拥丶夹g(shù)在電氣設(shè)備中，屬于一類傳統(tǒng)的技術(shù)方法，所以提高接地技術(shù)的運(yùn)行水平，以便維護(hù)電氣設(shè)備于電網(wǎng)規(guī)劃中的有效性。

1接地技術(shù)概述

接地從字面上理解就是與大地進(jìn)行連接，從專業(yè)領(lǐng)域的角度上講，接地是為電流返回其源所提供的一條阻抗值相對較低的通道，具體而言，就是在線路或電氣設(shè)備出現(xiàn)接地故障時，為故障電流流回電源提供一條低阻抗的路徑。接地的主要目的是對電流進(jìn)行傳導(dǎo)，使其能夠往返于大地或等效金屬導(dǎo)體之間，其歸屬于導(dǎo)電連接的范疇，具體可分為永久性接地和臨時接地兩種，由此可以使電路或設(shè)備成轉(zhuǎn)變?yōu)榻拥?。電力系統(tǒng)中的接地具體是指將各類電氣設(shè)備的金屬部分經(jīng)由接地線與接地電極進(jìn)行可靠連接，在多數(shù)情況下指的是中性點(diǎn)與大地相連接。通過接地除了可以有效防止人體觸電之外，還能確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，給線路及電氣設(shè)備的絕緣提供了有效保護(hù)。由此可見，在電力系統(tǒng)中運(yùn)用合理可行的接地技術(shù)顯得尤為重要。

2電力系統(tǒng)接地技術(shù)現(xiàn)狀

2.1接地仿真分析方法

接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該將以下內(nèi)容作為設(shè)計(jì)依據(jù)：連接系統(tǒng)中最嚴(yán)重的接觸電位差、階躍電位和接地網(wǎng)最大電位。大量事實(shí)證明，通過對接地系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)和合理地設(shè)計(jì)，可以大大降低電力系統(tǒng)的危險(xiǎn)。近年來，隨著IT技術(shù)在電力系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用，國內(nèi)外在對接地系統(tǒng)就行設(shè)計(jì)研究時的主要依據(jù)就是接地系統(tǒng)安裝地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過對該地的多層土壤結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析，計(jì)算接地電阻和接地電位升，接地電位差和接觸電位差和電位差，確保接地系統(tǒng)的施工過程符合電力系統(tǒng)的安全指標(biāo)。此外，可以根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，盡可能地降低接地電阻以及各項(xiàng)的電位差，以期電力系統(tǒng)能夠更加安全、高效地工作，同時也能起到較好的節(jié)能效果。從20世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)一些高校通過借助國內(nèi)外先進(jìn)科研成果，在此基礎(chǔ)上深入研究了地中電場計(jì)算以及多層土壤的結(jié)構(gòu)，通過大量研究工作為接地系統(tǒng)提供了完整、系統(tǒng)的計(jì)算土壤結(jié)構(gòu)的方法。利用該方法，國內(nèi)外對接地系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量研究，提出了均勻土壤中不等間距布置的具體規(guī)律以及季節(jié)因素對接地系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的影響。在電流和分流系數(shù)的計(jì)算方面，國內(nèi)也取得了一些成就如基于電路模型的分析短路電流分流系數(shù)的應(yīng)用，并且對理論進(jìn)行了分析驗(yàn)證。

2.2保護(hù)接地在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

保護(hù)接地能夠防止電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備原本不帶電的金屬部分在發(fā)生故障帶電后對人體造成傷害的情況發(fā)生，這種接地技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種保護(hù)方式。電力系統(tǒng)中有很多的電氣設(shè)備和裝置，由于它們都處于長期不間斷地運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，故此，絕緣極有可能出現(xiàn)老化、磨損等情況，這樣一來，電氣設(shè)備或裝置上原本不帶電的部分便會帶電，原本帶有低壓電的部分會帶上高壓電，由此除了會引起電氣設(shè)備損壞之外，若是人體觸碰還會導(dǎo)致觸電傷亡的安全事故。為防止此類意外情況的發(fā)生，必須在電力系統(tǒng)中應(yīng)用保護(hù)接地技術(shù)，以此作為一種有效的安全防護(hù)措施。對于中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)而言，如果人體意外接觸到帶電的設(shè)備金屬外殼時，電流便會經(jīng)由人體的電阻、接地電阻以及導(dǎo)線的對地電容構(gòu)成一條回路，由于人體本身的電阻與接地電阻之間是一種并聯(lián)的連接方式，因此，接地電阻的阻值越小，流入到人體中的電流也就越小，對人體造成的傷害就越輕微，由此可知，若是可以將接地電阻的阻值限制在某個特定的范圍之內(nèi)，使流入人體的電流小于安全電流，便可確保人員的安全。

2.3接地工頻安全指標(biāo)討論

我國在接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面主要存在兩方面的問題，一是設(shè)計(jì)過于簡單，二是過于強(qiáng)調(diào)接地電阻，而不重視接觸電位差、跨步電位差、轉(zhuǎn)移電位差等。過去入地短路電流I只有幾kA，接地電阻容易滿足要求。隨著接地故障電流的不斷增大，發(fā)變電站接地電阻R要滿足R≤2000/I的要求很難，導(dǎo)致目前標(biāo)準(zhǔn)中的2000V地電位升限值并未在實(shí)際接地設(shè)計(jì)中被有效執(zhí)行，失去了應(yīng)有的規(guī)范作用。同時，即使地電位升滿足要求，但若接地裝置設(shè)計(jì)不合理，在發(fā)生接地故障時，地面仍可能出現(xiàn)高電位梯度，給運(yùn)行人員帶來危險(xiǎn)。因此，研究接地設(shè)計(jì)所需考慮的參數(shù)及其限值，有針對性地設(shè)計(jì)、改造接地裝置，對于確保發(fā)變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。通過大量理論分析、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐應(yīng)用，目前國標(biāo)GB50065已經(jīng)給出了以上安全指標(biāo)的相應(yīng)限值。明確相關(guān)指標(biāo)的作用，可以在地電位升或接地電阻難以滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求時，通過合理設(shè)計(jì)接地裝置保證設(shè)備和人身的安全。

3展望

1）復(fù)雜地質(zhì)條件下的接地仿真分析技術(shù)。隨著接地裝置所處地區(qū)的地質(zhì)條件日益復(fù)雜，對接地裝置的仿真技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。尤其是對于水電站、直流接地極等特殊接地系統(tǒng)，相關(guān)研究尤為迫切。2）接地裝置的沖擊特性及其與其他電力系統(tǒng)設(shè)備的交互影響。如前所述，目前針對工頻接地特性的研究已經(jīng)相對比較全面。如果工頻下地電位升可以進(jìn)一步提高，接地降阻、均壓優(yōu)化等都不再成為難題。然而，沖擊下由于接地體的導(dǎo)通性變差，其與接于其上的其他系統(tǒng)和設(shè)備之間的交互影響目前仍然不是十分清楚。隨著智能化設(shè)備、緊湊化變電站的大量應(yīng)用，設(shè)備的電磁敏感性變強(qiáng)，干擾源的頻率越來越高，迫切需要開展相關(guān)研究。

結(jié)語

電力系統(tǒng)的規(guī)模逐漸增大，考慮到生活、生產(chǎn)在電力運(yùn)行方面的需求與表現(xiàn)，應(yīng)該注重電氣設(shè)備的安全保護(hù)，合理的分配接地技術(shù)，以此來提高電力設(shè)備接地技術(shù)在電氣系統(tǒng)中的質(zhì)量水平，改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，最主要的是利用接地技術(shù)，提高電氣設(shè)備的性能，滿足現(xiàn)代社會的用電需求。

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