变电站的接地系统设计分析

第３１卷增刊Ⅱ　气象研究与应用　Ｖｏ１．３１　Ｓ２　２０１０年ｌ２月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＤｅＣ．２０１０　文章编号：１６７３—８４１　１（２０１０）Ｓ２—０１６９—０３　变电站的接地系统设计分析　张志诚，李　勇，颜　春　（防城区气象局，广西防城港５３８０２１）　摘　要：变电站的接地系统主要包括防雷接地、工作接地和保护接地。在进行变电站接地设计时，主要考虑土壤特．陛、　入地故障电流、地网导体材料和截面、地网的布置方式。　关键词：变电站；接地系统；原则；步骤　１　引言　站区土壤电阻率随季节的变化情况，然后，经过对实　测数据的分析处理，以便获得设计时所需要的土壤　变电站的接地系统是防雷接地、工作接地和保　电阻率。此外，还应该调查站区土壤对普通钢、镀锌　护接地三者的统一。　钢等金属材料的腐蚀情况．测出对金属材料的腐蚀　一般情况下．变电站接地装置是以外缘闭合中　速度，为地网设计选择正确的金属材料和截面提供　间敷设若干均压导体为主的水平地网构成。而防雷　依据。　接地只需在避雷针（线）和避雷器的附近埋设一组集　２．２入地故障电流的计算　中的垂直接地极．并辅以一定的起均压作用的简单　人地故障电流是指系统发生接地短路时经地网　水平接地极．或将垂直接地极按一定的要求与水平　向地中流散并引起地网电位升高的那部分电流。在　地网相连就能达到要求。　输电线路有避雷线和系统中性点直接接地的情况　变电站是电力系统的枢纽，一旦发生事故，将造　下，当系统发生接地短路时，短路点的全部短路电流　成大面积停电：而且变压器等主要电器设备的内绝　中，一部分电流由与地网连接的避雷线为回路流通，　缘大都没有自恢复性能。万一雷害等损坏，修复起来　另一部分电流经地网流回系统的中性点，而剩下的　十分困难，势必延长停电时间，严重影响国民经济和　那部分电流才经地网向地中流散．因此，入地故障电　人民生活。因此，变电站的接地设计必须十分可靠，　流并不等于故障点的全部短路电流。入地故障电流　对地网的要求也十分严格。　经地网流散时。它不仅影响着接地电位升、接触电　２变电站地网的设计步骤和方法　势、跨步电势以及转移电势、局部电位差的大小。而　且还影响着接地引线、均压导体截面的选择，因此，　变电站地网的接地参数（地网竣工后的实测值）　在接地设计中，无论从安全的角度考虑，还是从经济　是否符合接地规程的要求，技术经济指标是否合理，　的角度考虑都要求准确地计算入地故障电流。　取决于地网设计方法的正确性。只要按正确的步骤　２．３地网导体材料及截面的选择　和方法来设计地网。是能够获得接地参数满足规程　在接地工程中，地网材料及截面的选择合理与　要求、技术经济指标合理的地网的。　否，直接影响到地网的经济技术指标。特别是在系　２．１调查土壤特性　统容量和电压等级不断提高、入地故障电流和地网　土壤电阻率是决定地网参数的重要参数。由于　尺寸越来越大的情况下。合理地选择导体材料和截　实际的大地结构比较复杂。同一土壤在不同地点电　面显得更加重要。　阻率会有所不同，所以土壤电阻率的确定必须进行　２．３．１导体材料的选择　实测。在发电厂、变电站站址选定后，用物探法进行　选择导体材料时应当考虑导体的热稳定性、在　地址结构调查时，要收集站区内土壤在水平方向和　土壤中的腐蚀速度、导电性、材料价格及来源等。目　垂直方向的变化情况，同时，利用电探法测出站区　前世界上普遍采用的接地材料是铜和钢两种．国外　（包括站区周围）的土壤电阻率的分布情况，并重视　大多采用铜做接地材料，而根据国情，我国绝大多数　１７０　气象研究与应用　３１卷增刊Ⅱ　接地材料选用的是钢。　地电阻主要取决于地网的面积，导体半径对它影响　很小，可以不考虑这一条件。　（１）由热稳定性决定导体截面　（２）由土壤对导体的腐蚀速度来确定截面积　根据实测得到的土壤对导体的年腐蚀速度　（ｍｍ／ａ）以及预期的地网运行寿命，就能很容易得出　导体的最小截面。然后考虑一定的裕度系数就能得　（１）热稳定性　在大接地短路电流系统中，入地故障电流一般　在几千安到几十千安的范围内，这样强大的电流经　地网向地中流散时，将在导体中产生很高的热量。每　种导体材料都有它自己的熔点。允许最高温度及熔　点越高，其热稳定性能越好。铜的短时最高允许温度　为３００￣Ｃ，熔点为１０８３ｏＣ；钢的短时最高允许温度为　４００＂（２，熔点为１５５０￣Ｃ。因此，钢的热稳定性比铜要好　些。　（２）土壤对金属导体的腐蚀性　埋在土壤中的金属将受到土壤的腐蚀。由于土　壤的腐蚀作用。随着时间的推移，导体直径将不断减　小．会造成地网导体的热稳定性和导电性下降，严重　时可能造成导体断裂使地网解体而发生事故，因此，　在选择导体材料时应考虑选用耐腐蚀的材料。　（３）导体的导电性　在大型地网中。当强大的人地故障电流经地网　流散时，因导体电阻的存在，会造成地网导体上各部　分的电位不相等。地网尺寸越大，土壤电阻率越低，　导体导电性越差，各部分的电位差也越大，例如，面　积为５０★５０ｃｍ　，均压导体间距为１２．５ｃｍ的等间距　布置的正方形地网．在土壤电阻率为３０Ｑ－ｋｍ的自　来水中，当自地网的一角注入电流时，其对角的电位　降低值为：对于钢　＝０．５六１０　Ｑ★ｍ）为接地材料　的地网，此值为５．３％，而铜（ｐ　＝Ｏ．２４★１０’６Ｑ六ｒｎ）为　接地材料的地网，此值为４．３％。在其他条件不变的　情况下，水的电阻率降为１．８Ｑ★Ｍ时，钢为接地材　料的地网电位降低值增加到３５．６％。如果以地网各　金属导体电位相差１０％计算。取电流人地点电位　（即地网电位升）为４０００Ｖ，则与地网不同点相连的　各设备外壳之间可能出现的最大电位差将达４００Ｖ，　设计中必须考虑对这种局部电位差的控制，否则将　会引发事故。　２．３．２导体截面的选择　导体截面的选择一般可根据热稳定性要求来确　定导体的最小截面。然后再根据对地网运行寿命的　要求以及实测得到的土壤对地网导体的腐蚀速度计　算得到导体截面积，然后将两者进行比较，取大者，　然后考虑一定的裕度。最后确定应该选择的导体截　面积。考虑裕度的理由是，因为倒替在土壤中的腐蚀　并不是均匀腐蚀。一般来说。导体的截面越大越不　均匀．但是在相同的土壤环境中表征散流特性的接　到按腐蚀速度确定的导体截面积。　２．４选择地网的布置方式　变电站接地装置大多数都是以水平接地极为　主，外缘闭合，内部敷设若干均压导体的接地网。在　过去的设计中，均压导体一般按３ｃｍ、５ｃｍ、７ｃｍ、　ｌＯｃｍ等间距布置。由于端部效应和邻近效应．各均　压导体流散电流很不均匀，地网中部导体的流散电　流较小，而在边角处导体的流散电流急剧增加。这就　使地网内部的地表面电位分布很不均匀。造成地网　边角处的接触电势和中心处的接触电势相差很大．　且这种不均匀随地网面积的增大和网孔数的增多而　越来越严重。为了保证变电站人身和设备安全。又不　过多地耗费钢材。设计是以比边角网孔低２０％～３０％　的次边角网孔电势不超过允许接触电势为原则。但　这样做并没有根除因地面电位分布不均匀而引起事　故的危险。还需要在地网边角处采取辅助安全措施．　而中部导体得不到合理利用。这样，大型地网均压导　体如果仍按传统的等间距布置，在技术经济上都是　不够合理的。为了改变这种情况，最好的方法是采用　不等间距布置均压导体。　经分析研究表明，在大中型地网周边埋设２～３ｍ　或远小于地网等值半径的垂直接地体对减低整个接　地装置的接地电阻的效果不大。所以。除了在避雷针　（线）和避雷器附近埋设集中的垂直接地体以流散雷　电流以外，在地网的周边一般不敷设垂直接地体。但　是，如果在埋设地网的地方土壤上层的电阻率远比　下层的电阻率高．或者地网处于容易干燥或冰冻的　土壤地区的情况下，可以在地网周边埋设若干垂直　接地体，并与水平接地网相连。这样可以进一步减少　接地电阻，也可以维持地网的性能，使之不随气候的　变化而发生显著变化。　３接地工程实例分析　３．１设计要求　变电站接地系统接地电阻要≤４Ｑ。且要求各种　接地为共用地。　增刊Ⅱ　张志诚，李勇，颜春：变电站的接地系统设计分析　１７１　３．２设计依据　ＧＢ５００５７—９４《建筑物防雷设计规范》，为减弱地　网的电位问题，应采用均压措施，宜采用共用地，并　则Ｒ＝２８０（　＋亩）＝２－５＋１・４５＝３・９５１２　经过计算：此接地系统电阻符合要求。　３．４接地体地网的布置方式及材料　按要求采用最小电阻的原则。即整个接地系统要小　于或等于４Ｑ。　３．３设计的指导思路　变电站的接地系统由直击雷接地、感应雷接地、　静电接地、安全接地等组成。直击雷接地线引入位置　应布置在接地系统四周，距离接地体＞５ｍ：感应雷接　３．３．１雷击环境　防城区木头滩变电站地处河边开阔地带。雷击　地端、静电接地端、安全接地端应靠近相对应的避雷　位置明显，易造成强雷击。气象资料统计：防城区年　器或仪器设备布设。地网应按矩形或方形网格焊接　平均雷暴日为８５．７ｄ，属雷暴多发区域。　布设，应尽量利用基础网格中的钢筋连接。网格连线　３－３．２变电站的接地系统　直径≥１０ｍｍ，外围连线直径≥１２ｍｍ，单面焊接＞　接地系统由钢筋混凝土基础接地网构成。接　１２ｄ，双面焊接＞６ｄ，且尽量采用双面焊接法。　２５ｅｍ￣２５ｅｍ焊接成网状。采用四极法测算出接地电　４结束语　阻率为２８０１＂／．ｉｎ，整个接地系统长为６０ｍ，宽为４０ｍ。　宽的网格为１６０个，长的网格为２４０个。　变电站接地的目的主要是为了保障系统能够安　３．３．３由接地系统接地网电阻的计算公式　全可靠地运行和保障人身及设备的安全。随着电力　Ｒ　ｐ　１＋　）　系统电压等级的不断增大，入地故障电流和变电站　接地网的面积也随之不断提高和系统容量的不断增　其中：Ｒ为网状地线的接地电阻　大，要确保人身和设备安全，维护电力系统的可靠运　ｒ为等效半径：Ｍ　ｒ＝、／旦；　＝　６０ｘ４０ｘ１０４—　行，需要改变仅强调降低接地电阻来保障安全的传　统观念，树立考虑地面电位分布不均带来危险的新　２７．６ｍ　概念　Ｌ为接地网全长：Ｍ　Ｌ＝４０（２４０＋１）＋６０（１６０＋１）　：１９３ｍ　（上接第１５４页）　位连接网络连接。防静电地板的金属架，有２处以上　干旱等灾害性天气经常出现。特别是暴雨造成的洪　与等电位连接带连接。　涝灾害更为严重，每年的防汛任务非常繁重。新一代　７　结语　天气雷达作为灾害性天气监测的前沿，需要确保雷　达２４ｈ正常运行。所以对防雷工程质量的要求就更　由于河源是灾害性天气频发地区和广东省的暴　高、保障程度更高，必须因地制宜的采取综合防雷措　雨中心之一，冰雹、龙卷风、雷雨大风、暴雨、台风和　施，将雷击事故降到最低。