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变电站接地网及接地电阻分析

时间:2017-09-25 19:37 来源:电工之家 作者:编辑部

变电站接地网及接地电阻分析
变电站的接地系统是保证电气设备安全运行和人身安全的重要举措。电力系统发生短路故障或是其他大电流入地时,如果地网的接地电阻较大就会造成地网电位异常升高。高压窜入控制室,轻则导致监测、控制设备发生误动或拒动,重则破坏监测设备从而扩大事故,造成巨大的经济损失和社会影响。
  1.电站接地系统
  1.1接地电阻
  据DL/T621-1997《交流电气装置的接地》要求, 有效接地和低电阻接地系统中变电站电气装置保护接地的接地电阻宜符合:R≤2000/I。其中:R为考虑到季节变化的最大接地电阻, 单位是Ω;I为计算用的流经接地装置的入地短路电流, 单位为A。随着系统的发展, 短路电流越来越大, 接地电阻要达到此值, 会存在困难。故在DL/T621-1997中还规定, 接地电阻虽可适当加大, 但不得超值5Ω, 且应按第6.2.2条进行校验。这同以往规范相比, 不再强制规定了直接接地和小电阻接地系统中接地电阻必须小于0.5Ω的要求, 而以往习惯上认为在110kV及以上变电站中, 接地电阻小于0.5Ω就是合格, 无论短路电流多大都不采取措施, 这也是不合理的。接地电阻的合格值应根据工程具体入地短路电流确定。在满足附加条件的要求下, 接地电阻不超过5Ω也是合格的。
  1.2接地系统设计的原则
  典型的接地网设计可遵循如下原则:
  (1)布置围绕变电站的实际区域外围的连续接地导体回环。这能避免大的电流集中, 避免在接地网区域和突出的电缆端的高电位。接地网外围导体包围更大的区域将导致接地电阻的降低。
  (2)在回环内布置平行接地导体, 一般沿结构物或设备布置的行列方向布置接地导体, 以确保设备的最短的接地连接。
  (3)变电站的埋深一般为0.5~1.0m, 间距为10~15m。水平接地导体的交叉点应可靠的搭接在一起。垂直接地极也可以布置在主要设备处, 特别是避雷器附近。在多层或高阻土壤中, 在连接点处布置长垂直接地极是有效的。
  (4)接地网网孔的边长比一般从1:1到1:3变化。交叉连接也能确保多个故障电流流散通道, 使接地网本身的电位降至最小,当一个接地极导体故障时, 能确保故障电流的流散。
  2.降低接地电阻的有效措施
  2.1深接地法
  由变电站外延接地线(40×4的镀锌扁钢), 在进线塔下端打有一口约200m超深接地井,用钻机钻孔,把直径100mm的镀锌钢管接地极打入井孔内,并向钢管内和井内灌注泥浆。此法经过工程实际测量,系统接地电阻为0.442Ω,符合设计效果很好。下面就采用深井接地降低接地电阻作一下探讨。和其它辅助降阻措施相比,深井接地法有以下优点大大降低接地电阻;减少变电站占用地表面积,是改造优化的最好方法;设计寿命可以非常长,设计裕度非常大;深层的土壤电阻率不受气候、季节影响, 数值稳定。因此,接地电阻值也不会随气候、季节变化, 这是深井接地最大的优点。深井接地极技术的特点适应自然条件,扬长避短,充分利用有利地形;排流特点,由于在地层深处导电层,利用地层10m以下地下水层的导电性,大大降低接地电阻,增大系统稳定性;性能稳定、可靠,不受地下水层水文变化层影响;排流量大,分布均衡、合理。
  2.2放置电解地极
  对于高土壤电阻率地区,降低变电站地网的接地电阻是比较困难的。在设计或改造地网以降低其接地电阻时常常会遇到的问题。在某变电站的地网设计及工程施工中也遇到了这个问题。在该变电站地网改造工程实践中,采用钻8口斜井共1800m在其中放置DK-AG电解地极80套,这一做法使得接地电阻值降低了80.8%且满足了设计要求。因此,当变电站的土壤电阻率较高,用于接地网的面积不能将接地电阻降低至设计要求值时,可采用DK-AG电解地极来实现降阻。
  2.3换土和使用降阻剂
  有的变电站采用紧凑型布置,占地很小,这些使得变电站的接地电阻很难满足要求,必须在接地设计中结合实际情况考虑降阻措施。
  (1)换土:在土壤电阻率高的地区进行换土,是普遍采用的有效办法,且施工简单。例如某变电站位于山区,地质报告显示站区耕植土厚度为0.2~0.6m,部分地方有基岩露出,土层以下为砂岩和灰岩。接地设计采用换土,在土层厚度不能满足要求的地方,沿水平接地体挖接地槽, 深度为1m,垂直接地极坑深度3m,底部直径1m,施工时在接地槽和接地坑内先铺设20cm厚的黏土并夯实,再放入接地体,回填土层层夯实。施工完成后实测接地电阻完全满足设计要求。
  (2)使用降阻剂:降阻剂的主要作用是减小接地体与土壤的接触电阻和降低周围土壤的电阻率。在高土壤电阻率的地区, 使用降阻剂的例子很多,大多数是和换土措施同时使用。需要注意的是:降阻剂的作用和施工工艺有很大关系,例如施工中降阻剂施加不均匀、回填土埋深不满足要求时均会影响降阻剂的降阻效果,而且还会对接地体产生腐蚀。
  3.变电站接地网
  3.1接地网截面的选择
  首先,接地装置的截面选择要满足热稳定的要求,验算热稳定的关键是确定短路电流作用的时间,此问题应该结合保护的可靠性、施工情况、经济情况进行综合考虑。交流电气装置的接地新规程(DL/T621 -1997)附录C(标准的附录)接地装置的热稳定校验规定有效接地系统接地装置热稳定校验时间应该取主保护动作时间加上失灵保护动作时间;不接地、消弧线圈接地和高阻接地系统接地装置热稳定校验时间应该取2s,即第一后备保护动作时间。110kV及以下变电站一般为普通降压变电所,属于不接地、消弧线圈接地系统,在电网中的重要性相对低一些,保护的可靠性要差一点,这些变电站按第一后备保护考虑所确定的截面比按主保护考虑所确定的截面增大较小,所以,为了防止接地装置扩大事故,110kV及以下系统热稳定校验时间宜按第一后备保护考虑。   3.2关于接地网的配置
  在前面提到的, 接地设计规程中对于变电站接地设计提出了具体要求。当I>4000A时,R≤0.5Ω,限制地网电位升高是为了防止对二次设备形成反击, 但是,随着电力系统不断增大,短路电流越来越大,限制地网电位低于2000V实际上难以实现,而事实上,也有地电位远远大于2000V变电站仍然安全运行的例子。可见,影响变电站二次设备安全的最主要因素不是地电位抬高多少,而是变电站内整个地网是否始终保持同一电位,从而在二次设备上不出现高电位差。因此,在变电站接地工程设计上,除降低接地电阻值,更重要的是考虑整个地网,各处电位的均衡以及应考虑土壤和大气对接地线的腐蚀影响。
  4.做好接地装置定期进行检查和试验
  接地装置运行中,接地线和接地体会因外力破坏或腐蚀而损伤或断裂,接地电阻也会随土壤变化而发生变化,因此,必须对接地装置定期进行检查和试验。
  4.1检查周期
  (1)变(配)电所的接地装置一般每年检查一次。
  (2)根据车间或建筑物的具体情况,对接地线的运行情况一般每年检查1~2次。
  (3)各种防雷装置的接地装置每年在雷雨季前检查一次。
  (4)对有腐蚀性土壤的接地装置,应根据运行情况一般每3~5年对地面下接地体检查一次。
  (5)手持式、移动式电气设备的接地线应在每次使用前进行检查。
  4.2检查项目
  (1)检查接地装置的各连接点的接触是否良好,有无损伤、折断和腐蚀现象。
  (2)应检查地面下500mm以上部位的接地体的腐蚀程度。
  (3)在土壤电阻率最大时(一般为雨季前)测量接地装置的接地电阻, 并对测量结果进行分析比较。
  (4)电气设备检修后,应检查接地线连接情况,是否牢固可靠。
  (5)检查电气设备与接地线连接、接地线与接地网连接、接地线与接地干线连接是否完好。
  4.3接地装置的接地电阻值不符合要求时的改进措施
  (1)增加接地体的总长度或增加垂直接地体的数量。比如海南电网的澄迈九龙35kv站,东方的感城35kv站。
  (2)在接地体周围更换土壤电阻率低的土,如黄粘土、黑土(土壤电阻率在50ωm以下)。比如海南电网的澄迈文儒站。
  (3)采用化学降阻剂,处理接地体。比如海南电网的乐东孔文35kv站降阻剂还有儋州南丰35站采离子阻剂。
  5.结束语
  变电站的安全问题是一个综合性问题,要保证供电的可靠性,就必须各方面做好工作,抓住威胁变电站安全的地网问题,就是一个重要的方面。设备的完善是安全供电的前提和重要保证,百密一疏,在难免的事故面前做到找准原因,对症下药,事故也就成了一次改进的机会。形成以设备的良好保证安全,在事故后亡羊补牢更好地完善设备的这样一个良性循环,以客观、务实的态度,不断地保证好安全输电的前提条件。