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2河北省电力勘测设计研究院 河北省石家庄市 050000
摘要：良好的接地系统是保证变电站安全运行的必要条件，接地系统设计一贯受到设计和生产运行部门的高度重视。超高压变电站电压等级高、容量大、接地短路电流水平较高，为保证变电站安全、可靠运行，对接地系统的设计提出较高的要求。
关键词：接地系统；变电站；短路电流水平
1 土壤模型建立
涉武500kV变电站拟选站址位于武安市西部的马村，工程所在区域位于太行山前低山丘陵区，站址区地貌类型为山前坡地（坡洪积群），拟选站址区地势较开阔，相对平坦，站址附近发育多级黄土陡坎及冲沟，拟选站址区上覆地层以第四系冲洪积成因的黄土状粉土、黄土状粉质黏土、粉土混碎石为主。
根据站址勘测专题，站址土壤分层结构显示深度为0~1.2m的电阻率值为60Ω·m。经调研，本站站址的冻土层厚度为0.80m。
2 本站入地故障电流、分流系数及故障延时的确定
2.1 分流系数
利用CDEGS软件分析变电站在故障时架空地线的分流系数，本站按照常规工程中的计算结果，分流系数取50%。入地故障电流取30kA。
2.2 故障延时时间
根据现有规程规定，当变电站的继电保护装置有两套速动主保护、近接地后备保护、断路器失灵保护和自动重合闸时，切除故障电流的时间t可按下式取值：
3.2 允许地电位升与二次设备安全的关系
根据现有规程规范，变电站接地网在发生接地故障后地电位升高超过2000V时接地网及有关电气装置应符合以下要求：
1) 低压接地系统采用保护等电位联结系统；
2) 采用铜带 (绞线)与二次电缆屏蔽层并联敷设；
3) 为防止转移电位引起的危害，对可能将接地网的高电位引向站外或将低电位引向厂、站内的设备，应采取隔离措施。
当接地装置的接地电阻不符合R≤2000/I要求时，可通过技术经济比较适当增大接地电阻。在符合以上两点要求的前提下，接地网地电位升高可提高至5kV。
综合各方面的因素，本站的地电位升取5kV是可行的。
4 地网模型建立
本站面积较大，500kV侧短路点可能会对接地阻抗产生影响，同时接地阻抗又会影响分流系数的大小，从而造成地表电位、接触电势和跨步电压分布不同。
4.1 接地网方案的选择
经CDEGS计算，本站接地系统可采用如下方案：(1)水平接地网埋深0.8m；(2)水平接地网结合垂直接地体；(3)接地网边缘采用帽檐式均压结构；(4)采用压缩比0.68。初步得到涉武变电站接地系统的设计方案。
4.2 计算结果及分析
依据已定土壤电阻模型，按50%分流系数考虑，入地电流取为30kA时，接触电势、跨步电压。
经计算本站接地方案结果：接地电阻为0.29，跨步电压最大值约为223.3V V，允许值约为189.1V V；接触电势最大值约为322.3V V，允许值约为150.3V；跨步电压不满足要求，接触电势不满足要求。为了安全操作考虑，在地表敷设厚度不小于15cm、电阻率不小于3000欧姆米的碎石，地面经处理后跨步电压最大值约为223.3V，允许值约为2151.9V；接触电势最大值约为322.3V，允许值约为641.0V；跨步电压和接触电势均满足要求。
5 主要结论
(1) 建立土壤分层模型，利用CDEGS软件对土壤电阻率测量结果的平均值进行建模分析，土壤拟合模型计算结果与测量结果的最大误差为7.972％，拟合结果与实际土壤分层吻合，土壤分层模型合理。
(2) 本站的分流系数按0.5选择；接地短路(故障)电流的持续时间按0.4s取值。
(3) 经计算全站主地网水平接地体采用-80×8镀锌扁钢，重要设备的接地线每相采用两根-80×10镀锌扁钢，垂直接地极采用DN50的镀锌钢管。
(4) 对比CDEGS计算结果，采用不均匀地网对减小边缘接触电势有比较明显的优势，本站接地系统采用边沿按最优压缩比0.68不等间距、中间按12m等间距布置的水平地网和垂直接地极的立体地网设计，在地表敷设厚度不小于15cm、电阻率不小于3000欧姆米的碎石。
(5) 采用CDEGS对拟选站址进行了建模计算，计算结果如下表。
通过上述措施后，本工程接地网满足要求。
参考文献
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论文作者:唐劲飞 1,张超2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年3月下
论文发表时间:2017/7/13
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