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摘要:变电站接地系统的设计是维护电力系统安全可靠运行、保障运行维护人员和电气设备安全的根本保证和重要措施。本文根据变电站区域地质资料并结合工程设计经验，提出切实可行的接地方案。并对跨步电压、接触电势不满足区域的处理方案进行对比，避免了常规、粗犷的接地网设计。
关键词：变电站；电气主接地网
一、工程概况及计算原始数据
1、工程概况
变电站安装3台50MVA三绕组有载调压变压器，电压等级为110/35/10kV。站区围墙内南北向总长52.5m，东西总长36.2m。主体建筑是一座二层的配电装置楼，采用“一”字型南北布置。主变压器布置在户外。
2、 地质情况
根据《岩土工程勘察报告》，站内设计标高176.1m为场地最低点，最低点以下1.5～2.5m厚土层为站址原状素地层填土，以粉土为主。底层3.6m～4.2m为粉细砂，砂粉成分为长石、石英等，含云母碎屑。层底埋深10.7m～11.5m为粉质粘土,3.90～14.80m为中粗砂。拟建场地地基土对混凝土结构及混凝土中的钢筋及钢结构具有微腐蚀性。
3、计算原始数据
主变参数：电压比为110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5kV，短路阻抗为UdⅠ-Ⅱ%=10.5；UdⅠ-Ⅲ% =17.5；UdⅡ-Ⅲ% =6.5。
根据《岩土工程勘察报告》，本工程土壤电阻率为200Ω?m。
二、 接地网截面的计算
接地导体截面应根据热稳定条件进行选择，未考虑腐蚀时，接地导体的最小截面应符合下式：
采用镀铜扁钢，C值取119（DL/T1312-2013中20%相对导电率，最大允许温度700℃）,Sg≥ = × =26.3mm2
三、主接地网材料的选择
国家电网基建〔2012〕386号文，变电站接地材料的选型要充分考虑土壤的腐蚀状况。户内变电站接地材料应与建筑物使用寿命相匹配。户外变电站接地材料使用寿命达到40年。
综上所述，本工程主接地网材料可采用30mm×4mm铜覆钢或采用50mm×4mm的镀锌扁钢。两种材质的接地网材料统计情况如表3.1、3.2所示。因主体建筑采用钢框架结构，室内接地网统一采用镀锌扁钢作为接地材料，以下各表不考虑室内接地材料费用。
采用“年费用法”对两种接地方案进行经济评价。年费用通用计算公式为：
本方案接地网的设计寿命按半户内站40年考虑，由此得出：
镀锌扁钢接地方案的年费用：
9.96×0.1018+2+(9.96/20×6.12%)×9.82＝3.31万元
镀铜扁钢接地方案的年费用：
12.26×0.0817+(12.26/40×6.12%)×12.2335＝1.23万元
根据计算，本工程选用30mm×4mm镀铜扁钢接地网。
四、入地短路电流与地电位计算
（1）发生最大接地短路电流时， 流经中性点的最大接地短路电流：
（2）计算入地短路电流：
站内接地短路时，流经接地装置的电流：（按电气一次设计手册取站内短路时避雷线的工频分流系数Kf1为0.5）
I=（Imax－In）×（1－Kf1）=（4220-1284）×（1-0.5）=1468A
站外接地短路时，流经接地装置的电流：（按电气一次设计手册取站外短路时避雷线的工频分流系数Kf2为0.1）
I=In×（1－Kf2）=1284×（1-0.1）=1116A
（3）最大入地短路电流
计算时，取上两者中较大者，I=1468A
五、全站接地网的布置
主接地网材料采用-30×4镀铜扁钢，垂直地网极采用∮17.2mm，L=2500mm的铜镀接地棒；主接地网采用不等间距方形网格布置，外缘封闭，圆弧直径大于5m；以水平接地网为主，垂直接地极为辅，水平接地网埋深取0.8m。根据电气总平面的布置，整个接地网的面积近乎为46×32㎡，外边缘总长度为150m；共设置32组垂直接地极，拟设置4组长接地极。水平接地极采用不等间距布置，间距外密内疏，不小于5m。垂直接地极长度为2.5m，间距不小于垂直接地极长度的2倍。
图5-1 接地网布置图
六、 接地网接地电阻的优化
1、接地电阻的计算
按照规程GB50065-2011《交流电气装置的接地设计》，变电站电气装置保护接地要求的接地电阻R应满足下式要求，且保护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压应采用TN系统，低压电气装置应采用（含建筑物钢筋的）保护总等电位联结系统：
③理论上垂直接地体的数量：
计算得
计及长垂直接地极与垂直接地极的影响，1.3 ?的总接地电阻符合设计规程要求。
七、 接触电势和跨步电势的校核
本站接地网的实际接触电势与跨步电势：
① 接地网的最大接触电势：
Ejm=Kjmax×Ew 其中：Kjmax=Ktd×Kth×KtL×K ×Ktn×Kts
经计算：Ejm=1.403×0.166×0.169×35.413×0.110×1.0744×(1385×1.3)=296.6V＞257.3V（允许值）
② 接地网的最大跨步电势：
Ekm=Kkmax×Ew
其中：Kkmax=Ksd×Ksh×KsL×K ×Ksn×Kss
经计算：Ekm=0.400×23.740×0.733×0.110×1.074×0.0981×(1385×1.3)=145.2V＜327.9V（允许值）
处理措施：
根据计算数据校核，本工程接地网跨步电势压满足要求，接触电势296.6V＞257.3V不满足要求。可采取两种方案解决：
方案1：将接地的电阻降至要求值，接地电阻由原1.3 ?降为：RS=1.3× =1.1?，须将4组长垂直接地极由12m调整为27m，才能够实现。
方案2：因本工程为半户内站，需在操作接触的电气设备的四周铺设混凝土或沥青，操作接触的室外设备为变压器及其配套的设备，其基础本身就采用了混凝土结构，故只需在设备操作区的四周铺设水泥混凝土（厚度超过15cm，Cs取值为1），则允许的接触电位差为：
根据两种方案的经济技术和社会效益比较，本工程采用方案2，在设备操作区的四周铺设水泥混凝土来满足接触电势的要求。
八、结束语
通过理论计算，变电站在保护接地接至接地网的站用变压器的低压采用TN系统，低压电气装置采用（含建筑物钢筋的）保护总等电位联结系统的条件下，接地电阻值达到1.3Ω即可满足规程要求，通过采取设备操作区铺设水泥混凝土的措施，即可满足接地网接触电势的要求。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准.《交流电气装置的接地设计规范》GB50065-2011.中国计划出版社
[2]《电力工程电气设计手册-电气一次部分》.水利电力部西北电力设计院编.中国电力出版社
作者简介：
常青（1978.03），女，学历：大学，单位：国网淄博供电公司，研究方向：电力系统自动化
论文作者:常青
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/9
标签：电势论文; 变电站论文; 方案论文; 电气论文; 电阻论文; 电流论文; 材料论文; 《电力设备》2016年第19期论文;