共享儲能電站接地網優(yōu)化分析

中圖分類號：TM7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）21-0125-05

Abstract：InviewofthehighsoilresistivityofthesitewherethesharedenergystoragepowerstationinNorthwestChinais located，whichleadstoighcontactvoltageandstepvoage，whichinurnafectsequipmentsafetyandpersonalsafety.Tis paperoptimizesthedesignofthegrounding networkofthesharedenergystoragepowerstation，andanalyzestheimpactofvariousmethodssuchaslayingasphaltconcrete，instalinghorizontalgroundelectrodes，andinstalingshaftsonthetwoindicatorsof contactvoltageandstepvoltage.SimulationswerecariedoutinCDEGSsoftware，andtheresultsshowedthattheallowablevaluesofthecontactvoltageandstepvoltageoftheenergystoragepowerstationcanbeimprovedbylayingasphaltconcreteon thesurfaceofthesharedenergystoragepowerstation，andonthisbasis，ashaftcanbeinstalledtomakethecontactvoltage andstepvoltagemeettherequirements，whichcanensureequipmentandpersonalsafety.Thesimulationresultsverifytheeffectiveness and applicability of the proposed method.

Keywords： shared energy storage; grounding grid;high soil resistivity; contact voltage; step voltage

2018年青海省提出“共享儲能\"這個概念，即整合分散的電源-電網-用戶等多方面資源，一并交由電網處理，用于提高資源利用率。國內外學者對于共享儲能研究非常深人，主要集中在對儲能容量進行優(yōu)化配置[1-5]、儲能相關技術進行研究[6-10]等方面。文獻[1-2]提出了通過對儲能容量進行優(yōu)化配置來降低風力發(fā)電波動。竇真蘭等以降低風力發(fā)電波動性和增加調頻收益為目標，對儲能容量進行優(yōu)化配置。馬楠等4為使儲能利益最大化，提出了在風電場場景下容量配置模型。文獻[5綜合考慮了光伏電站出力波動性以及光熱電站功率控制，提出了光伏電站、光熱電站以及儲能電站聯(lián)合控制策略。文獻[6對于大型儲能電站關鍵技術進行了分析。文獻[7-8分析了復合介質對于儲能性能的提升。文獻[9]分析了壓縮空氣儲能中換熱器對于儲能效率的影響。文獻[10]提出了耦合熔鹽儲熱，分析了儲能熱力性能。

截至2025年1月，超1GWh項目開始進行招標工作，其中在建和并網投運的儲能項目規(guī)模超 4GWh 隨著共享儲能的大規(guī)模發(fā)展，共享儲能電站也迎來新的挑戰(zhàn)，即在電氣安全方面。國內外學者對于共享儲能電站的接地網研究很少。然而共享儲能電站因其規(guī)模大、設備多、運行環(huán)境復雜，接地網設計需滿足更嚴格的安全性和穩(wěn)定性要求。尤其是對于高土壤電阻率地區(qū)，接地網的合理化設計直接關系到接觸電壓和跨步電壓的大小，進而影響共享儲能電站設備的穩(wěn)定運行以及人員的安全。因此本文以共享儲能電站為研究基礎，研究了高土壤電阻率共享儲能電站接地優(yōu)化分析。

1儲能電站工程概況

西北某地區(qū)擬在光電園區(qū)新建共享獨立儲能電站，該電站所在地區(qū)為戈壁荒灘，基土為第四系沖洪積的礫卵石土組成。地形平坦開闊，除該站址東南側為光伏電站外，其他周邊環(huán)境比較簡單，勘測期間未見地下水。

2儲能電站土壤模型反演

采用常規(guī)的對稱四級探測法對儲能電站站址土壤電阻率進行測量，如圖1所示。

圖1中 _A，B 為供電電極， M，N 為測量電極。根據(jù)公式（1）計算裝置系數(shù) K 根據(jù)公式（2）計算視電阻率 ρ_s

式中： I 為注入電流， ΔU_MN 為測量電極間電壓。在儲能電站內均勻分布測點，共完成5個測試點，具體詳見表1。

對表1數(shù)據(jù)進行土壤模型反演，利用CDEGS模擬軟件對土壤進行水平分層，將土壤模型分別劃分為2、3和4層，仿真結果見表2。

從表2可以看出，當土壤模型選為2層時，誤差率較高，為 16.1180% ;在4層土壤模型時，其中第1層厚度約為 0.975m ，不到 1m ，厚度很小，與3層土壤模型誤差率差別不大，因此，沒有必要將土壤模型分為4層，3層土壤模型為最優(yōu)土壤模型，誤差率較小且有合理的土壤分層結果。

3層土壤模型中，第1層土壤電阻率為 138.1397Ω?m 第2層土壤電阻率為 532.2837Ω?m ，第3層土壤電阻率為 ，上述3層土壤電阻率均較高，并且隨著土壤深度越深，土壤電阻率越高，這是因為土壤主要是由礫卵石構成，從而導致土壤電阻率高。

3共享儲能電站接地分析

3.1共享儲能電站接地網安全性評估

衡量共享儲能電站接地網安全性主要有接觸電壓和跨步電壓[12等指標。該共享儲能電站接地網已知條件有：接地網埋深為 0.8m ，面積為 （200×200）m² ，網格大小為 10m×10m ，等間距鋪設。接地材料選用熱鍍鋅扁鋼，等值半徑為 0.03m 。最大人地短路電流 I_G 為25.5kA ，短路電流持續(xù)時間 Φ_t 為 0.5s 。在初始狀態(tài)下（即不采取其他措施的情況下），共享儲能電站接地網接觸電壓充許值 U_E 和跨步電壓充許值 U_F 分別見式（3）式（4）[13]

式中："ρF為第1層土壤電阻率，大小約為 138.14Ω?m. C_s 為表層衰減系數(shù)，計算公式如下

式中： ρ₂ 為第2層土壤電阻率，大小約為 532.28Ω?m h_F 為表面土壤厚度，取值 1.35m 。主接地網實際最大接觸電位差 U_e 和最大跨步電位差 U_f 如公式（6）和公式（7）所示[14]

式中 ：ρ 為綜合土壤電阻率，取值為 971.20Ω?m （2 K_mL_mK_i 分別表示為網孔電壓幾何校正系數(shù)、不規(guī)則形狀矯正系數(shù)， L_M 表示有效埋設長度， K_f 為幾何矯正系數(shù)， L_f 為埋入地下的接地系統(tǒng)導體有效長度。通過CDEGS軟件仿真，結果如圖2、圖3所示。

從圖2可以看出該儲能電站在初始狀態(tài)下最大接觸電壓 U_e 為 2557.805V ，遠大于 U_E 即 187.900V 最大跨步電壓 U_f 為 1 058.445V ，也遠大于 U_F 即287.900V ，接觸電壓和跨步電壓這2個指標均不滿足要求。一旦發(fā)生短路事件，可能會危及設備和人身安全，因此需采取其他措施，保證設備和人身安全。

3.2 儲能電站主接地網優(yōu)化運行

為保護站內設備及人身安全，在接地網做絕緣處理的前提下，戶外配電裝置區(qū)域鋪設絕緣層礫石，路面鋪設瀝青混凝土，絕緣厚度不小于 20cm ，電阻率取值5 5000Ω?m 接觸電壓允許值 U_E 可提升到 1162.7V ，跨步電壓充許值 U_F 可提升到 4187.3V 。通過CDEGS仿真，結果如圖3所示。

由于最大接觸電壓 U_e 仍大于允許值 U_E ，需采取措施進一步降低最大接觸電壓 U_e 。常見的降低 U_E 和U_F 的方法有加裝接地極、加裝豎井和換土法，但是換土法費用昂貴，在其他方法均不滿足的條件下，才考慮換土法。

在鋪設瀝青混凝土后的接地網四角裝設4根水平接地極長度為 100m ，等值半徑為 0.03m 仿真結果如圖4所示。

從圖4可以看出，在主接地網4個角增加水平接地極，使得儲能電站內部 U_e 降低，儲能電站外部反而提升至 8219.711V ，比未裝設4根水平接地極下的 U_e 更高，會嚴重影響站外人員安全。因此采用裝設水平接地極方法并不適合。

為了解豎井對于共享儲能電站接地網性能影響，在鋪設瀝青混凝土后接地網4個角，裝設4個豎井，在豎井內填充焦炭，使接地體與巖石裂縫中的焦炭接觸良好，擴大接地體面積，豎井裝設深度為 100m 。通過仿真軟件分析，結果如圖5所示。

從圖5可知， U_e 降至為785.332V，小于 1162.700V 。U_f 進一步降低至 623.047V ，遠小于 4187.300V 。因此U_e 和 U_f 均滿足要求。

4結束語

共享儲能電站在提高資源利用率方面具有重要的作用，本文以共享儲能電站為研究基礎，對西北地區(qū)高土壤電阻率的儲能電站接地網進行分析，結果如下：對于土壤電阻率高的儲能電站接觸電壓和跨步電壓如果不滿足條件，可通過在表面鋪設瀝青混凝土提高儲能電站的接觸電壓和跨步電壓的允許值；在主接地網上，增設水平接地極可以使站內指標值得以降低，但是儲能電站站外卻并未降低，反而提高，危及站外人身安全，存在安全隱患；通過加裝豎井，可降低最大接觸電壓和跨步電壓的值，來保障共享儲能電站的設備和人身安全，方法可行。本文所提方法不僅適用于西北地區(qū)高土壤電阻率的共享儲能電站，對于其他高土壤電阻率的地區(qū)也具有普適性。

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