摘要：对变电站接地设计，相关标准中已有明确的要求。但在实际工作中，往往忽略了一些重要参数的计算或验算，以至于接地设计考虑不够全面。结合工程实例，对220kV变电站的接地设计进行分析，对有效接地系统中变电站接地设计要求进行梳理和分析，介绍了故障入地电流、分流系数等重要参数的计算方法，总结出变电站接地的主要设计思路和方案。
关键词：220kv变电站；接地设计；措施
引言
目前，在变电站接地设计中，接地装置设计的相关参数的选取、控制，以及采用的设计方法都在相关标准中有明确规定。但在实际工程设计中，有些参数在选取时仍有困难。本文通过某220kV变电站接地设计，讨论了有效接地系统接地设计的思路及方法。
1220kV变电站出现雷击现象的主要因素
一般来说，在电力站正常运行的过程中，都会有电网的额定电压对电气设备会进行保护。但由于雷雨天气中，因为雷击就会出现过电压的现象，造成供配电系统中的部分线路出现电压过高的情况。根据不同的电击途径，变电站的雷击情况主要是由以下情况所组成的。
1.1直雷击过的电压
在雷电直接的击中到电力装置以后，会导致电气设备的局部有极大的雷电流与超高的电压，同时会释放极大的热量，所出现的热就会直接的影响电气设备的正常运行，并且造成电力装置的损坏，影响变电站的正常运行。
1.2感应过电压
当雷区向架空的导线上方进行移动时，在静电感应的作用影响之下，就会使得架空导线上出现较多异线束缚电的集聚。一旦雷云对大地进行放电，就会导致架空导线上方出现极高的过电压。这些过电压的出现同样会对电力网络造成严重的危害情况。
1.3雷电反击的出现
在架空线路有雷电感应过电压存在时，或者雷电对于其进行了直接击中后，会产生较大的过电压，就会导致变电站受到严重的雷害情况。若没有良好的防护措施，在其运行的过程中，就会出现极大的热量，在其迅速的释放热量以后，就会有破坏变电站设备中的绝缘层，并导致其他严重事故的发生。
2接地设计原则
根据GB/T50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》规定，有效接地系统最大接地电阻应满足：
（1）
式中：Ｒ为考虑到季节变化的最大接地电阻；Ig为最大故障入地电流。
按照式（1）要求，出于对低压电气设备安全性的考虑，接地网的地电位要低于2kV。
现代电网向超高压、大容量和远距离发展，系统短路容量迅速增大，短路电流也越来越大，实际工程中很难满足这一条件。根据规程，在采取必要措施后，允许接地网的地电位升高至5kV，在确保人身和设备安全可靠时，接地网地电位还可进一步升高：
（1）保护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压侧，采用TN系统，且低压侧电气装置应采用保护等电位联结系统。
（2）采用扁钢与二次电缆屏蔽层并联敷设。扁铜应至少在两端就近与接地网连接。
（3）评估变电站低压侧10kV金属氧化物避雷器吸收能量的安全性。
（4）验算跨步电压和接触电势。
（5）可将接地网的高电位引向厂、站外或将低电位引向厂、站内的设备，但需对转移电位引起危害采取隔离措施。
对于一般变电站来说，例如舟山地区的变电站，由于系统小、电源接入点不多，因此单相短路电流不大。根据测算，2018年舟山电网的220kV变电站220kV侧单相接地短路电流最小为8.87kA，最大为17.8kA。由于目前远景规划没有大容量火电机组并网，预计远景舟山电网220kV变电站220kV侧母线单相短路故障电流不超过20kA。加上变电站各出线避雷线对故障电流的分流作用，实际变电站总的故障入地电流还会更小。目前，变电站均采用以上（1）、（2）条的设计，在满足（3）、（4）、（5）条要求的前提下，按照规程要求，接地网的电位可允许升高至5kV，如需继续升高，则需与设备厂商协商，提高低压设备的耐压能力。另外，根据DL/T5136—2012《火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程》，要求接地电阻按照不大于1Ω控制。
3主要参数计算
3.1入地故障电流计算
入地电流的大小会直接影响地电位的高低，影响接地电阻的取值。入地故障电流不等同于短路故障电流，接地故障发生后，流入故障点的电流一部分通过发电厂或变电站中性点流走；一部分通过避雷线流走；剩余部分才进入接地网，即入地故障电流。短路故障一般分为变电站站内短路和站外短路，与站外短路相比，站内短路对变电站安全运行影响更大，因此本文主要针对变电站站内短路故障进行分析。入地故障电流Ig计算为：
（2）
式中：Imax为最大接地短路电流，A；Iz为经发电厂或变电站变压器接地中性点流走的接地短路电流，A；Kf为厂内短路时避雷线的工频分流系数。根据系统的正序、负序和零序等效阻抗，易求得最大接地短路电流Imax。经发电厂或变电站变压器接地中性点流走的接地短路电流Iz为：
（3）
式中：XX0为变电站短路点系统侧零序电抗；XB0为站内零序阻抗。
3.2分流系数
简易的故障分流系数Kf计算公式基于传统的避雷线分流计算，只能计算单回路出线情况，且适用于线路杆塔数量在10个以上的变电站，易手动计算，但未考虑杆塔接地电阻的影响，因此不符合实际工程运行情况，有其局限性。而在计算多回路出线情况下的故障分流系数，首先需依靠计算软件得到每条出线的故障电流If，然后逐线逐档计算地线分流电流和铁塔入地电流，计算量巨大，须由专业的软件建模计算。目前研究表明，变电站的接地网和地线分流受到许多因素的影响：出线回路数越多，分流系数越大；变电站接地电阻越大，分流系数越小；地线导电性越好，分流系数越大；杆塔接地电阻越小，分流系数越大；杆塔档距越小，分流系数越大。
4变电站降阻措施
当变电站接地电阻不能满足要求时，就需采取一定的措施降低变电站的接地电阻。以舟山为例，多为丘陵地区，土壤电阻率较高，因此在设计中经常需要采取有效的降阻措施。一般可采用的降阻方法有：外引接地、深井接地、接地模块等。
4.1敷设外引接地
敷设外引接地的方法是采用敷设外引接地极至变电站周边较低电阻率的地块中，但是会增加变电站征地、接地网施工及运行维护成本，特别是对于舟山这样多山地地区很难广泛使用。
4.2深井接地
深井接地的方法使用于地表土壤电阻率较高而深层土壤电阻率较低的变电站。采用该法具有可以减少占地面积，接地电阻受气候影响小等优点。但是对于舟山地区，深层往往是岩石风化层或岩层，土壤电阻率均较高，因此该法也难以采用。
4.3接地降阻模块
接地降阻模块的方法在目前舟山地区降阻方案中采用比较多，其原理为采用防腐金属电极，外包裹物理化学性质稳定的低电阻导电材料，能有效降低接地电阻。但是接地降阻模块在面积一定的情况下，材料的屏蔽系数随着距离的减小而增大，利用率也越来越低，一般要求接地体之间间隔不小于5m。因此该方法也有其一定的局限性，对于面积较小，土壤电阻率较高的地区的变电站来说，即使装设了接地模块，仍然无法达到接地电阻的要求值。
结束语
主接地网作为变电站设备及防雷保护接地，对于变电站的正常安全运行具有重要的作用，在电力系统发生故障时，能将故障电流迅速排泄入地，控制接地网的最大电位升高，保证人身和设备安全。接地电阻值是衡量变电站接地安全的重要指标。
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论文作者:王亮,甄佳宁,孙凯航
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/26
标签：变电站论文; 电流论文; 故障论文; 过电压论文; 电阻论文; 舟山论文; 系数论文; 《基层建设》2019年第16期论文;