摘要：1000kV特高压变电站的电能容量大、电压等级高，一旦发生接地故障，瞬间的短路电流非常大，容易损坏特高压变电站的各种电气设备，甚至造成巨大的经济损失。为了确保1000kV特高压变电站的安全、稳定运行，必须高度重视其接地系统设计，采用科学合理的方式方法，优化和完善1000kV特高压变电站接地系统。本文分析了1000kV特高压变电站短路电流情况，阐述了1000kV特高压变电站接地系统设计，以供参考。
关键词：1000kV特高压变电站；接地系统；设计
近年来，我国政府加大了电网建设，但是由于接地系统设计不合理造成的变电站事故频繁，不仅影响了1000kV特高压变电站正常的输送电，而且严重威胁工作人员的人身安全，为了提高1000kV特高压变电站的安全性和稳定性，必须做好接地系统规划设计，结合1000kV特高压变电站运行要求，采取有效措施，充分发挥接地系统的重要作用。
1 建设特高压电网的意义
首先建设特高压电网能优化我国的能源配置。随着科技和我国经济的不断发展，我国的能源战略不断西移，能源消费中心与大型能源基地相距较远，能源运输规模不断地扩大，在传统的公路、铁路、航运及管道运输方式的基础上，建设特高压电网，提高了我国电网的输电能力，缓解了能源运输的压力。我国现目前投入运营的1000kV的特高压示范工程每天可以送电200万千瓦，加以改造后能够保证每天500万千瓦的输电，这就相当于每天从山西向湖北运输2.5万吨—6万吨的原煤。再从经济方面来看，现目前我国北部、西部地区的电煤价格是200元/吨。将煤炭从当地运输到华东地区，电煤的价格会增加到1000多元/吨，经过折算，1度电光燃成本料费用就达到了0.3元。然而在采煤区建厂发电燃料成本费用只有0.09元/千瓦时。再把采煤区发电电力通过特高压电网输送到中东部，除去输电环节的成本费用，到网电价仍然比中东部当地的煤电到网价格低0.06—0.13元/千瓦时。
2 1000kV特高压变电站短路电流情况分析
由于1000kV特高压变电站的电容量较大，短路电流不断增加，专家学者认为应进一步提高变电站系统的地电位，工频条件下电缆线路绝缘层电压耐受值为2kV，经过实验证明，二次电缆线路屏蔽层接地时，将所能够承受的电位差低于40%的地电位升，因此承受地电位升是2kV/40%=5kV，1000kV特高压变电站二次电缆屏蔽层接地可以将变电站系统的承受地电位上升到5kV，并且在这个过程中高度重视通信线路对特高压变电站系统造成的高电位问题。通常情况下，1000kV特高压变电站主要采用光缆通信线路，尽量采用沥青混凝土铺设地面，提高变电站的跨步电压和接触电压。同时，1000kV特高压变电站接地电阻和短路电流之间有着密切的关系，短路电流分流系数随着变电站系统接地电阻的减小而不断增大，两者呈现反比关系，因此1000kV特高压变电站短路电流分析应充分考虑到裕度问题，接地电阻和入地电流决定着变电站系统地电位升，结合接地电阻和分流系统之间的函数拟合关系，计算变电站系统应达到的接地电阻。
3 1000kV特高压变电站接地系统设计
3.1 水平接地网
1000kV特高压变电站水平接地网要尽量埋设在冻土层下面，均布布设导体，埋设深度要超过1m，导体间隔15m，根据实验表面，1000kV特高压变电站的地电位升<5kV，最佳地电位升3943V，可确保变电站系统中各种电气设备的安全运行。跨步电压最大不能超过520V，满足基本的人身安全要求，单位由于高阻层安全限值460V远远小于接触电压，为了保障工作人员的生命安全，需在1000kV特高压变电站系统中设置厚度约6cm高阻层。
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3.2 垂直接地极
1000kV特高压变电站接地系统设计要考虑到当地土壤的导电性，通过合理设置垂直接地极，可有效降低变电站的接地电阻，减少1000kV特高压变电站接触电阻，通过设置深垂直接地极，可明显降低跨步电压和接触电压，发挥地表均压的效果。由于1000kV特高压变电站整体占地面积非常大，而垂直接地极长度相对比较小，因此在某些区域的降阻效果较差。同时，如果不断增加垂直接地极长度，接地极对于降低接触电阻的效果越来越不明显，垂直接地极设置要充分考虑到经济性因素，在水平接地网每条边设置两根垂直接地极，四个角区域分别设置一根，在变电站合适位置铺设高阻层。
3.3 接地系统优化设计
1000kV特高压变电站接地系统优化设计，调整接地导体布置，使跨步电压和接触电压最小，优化接地网压缩比。在实际应用中，冻土层在一定程度上会影响1000kV特高压变电站接地网的安全性，融冻季节和冰冻季节的土壤电阻值是不同的，结合不同季节土壤电阻值变化情况，综合得到1000kV特高压变电站接地系统优化设计方案。在融冻季节，接地系统跨步电压95.4V，接触电压926V，接地电阻0.075欧姆，计算得出最优压缩比为0.63，如果按照融冻季节进行接地系统优化，跨步电压为92.5V，接触电压为700V，接地电阻为0.075欧姆，当逐渐进入冰冻季节，跨步电压为105V，接触电压730V，接地电阻0.08欧姆，因此进入冰冻季节后，1000kV特高压变电站的跨步电压、接触电压和接地电阻不断增加。综合考虑，1000kV特高压变电站接地系统设计应综合融冻季节和冰冻季节实际情况，按照最优压缩比优化接地网布置，改善接地系统的安全性。
3.4 二次电缆屏蔽层接地
1000kV特高压变电站发生短路故障，接地网不同区域导体之间的电位差较大，而这个电位差进入地网通过耦合影响二次电缆线路的安全运行，为了保障二次系统安全，应高度重视1000kV特高压变电站接地系统短路。由于接地系统中电位的不均匀分布，一旦发生短路故障，电缆线路两端电位不一致，电流路过电缆屏蔽层，若电流过大很容易将电缆烧毁，并且如果二次电缆芯皮电位差超出绝缘耐压，很容易导致电缆绝缘层被击穿。1000kV特高压变电站二次电缆屏蔽层接地，由于两端接地电位差明显低于单端接地电位差，考虑到电缆绝缘耐受电压，因此电缆屏蔽层尽量采用双端接地方式。另外，为了避免电缆屏蔽层流过的电流过大，确保电缆安全，和电缆线路相互平行设置一个铜条，发挥排流线的作用，将电缆屏蔽层电流及时分流。
4接地保护
1000kV特高变压站接地网是变电站防雷保护接地和直流设备工作接地，对系统的安全起着重要作用，是维护电力系统安全运行、保护电气设备和运行人员生命安全的主要设施。因此，特高压变电站的接地保护显得尤为重要。目前变电站的接地网方式有两种：一种是钢接地体方式，一种是铜接地体方式。采用钢接地的方式在接地点布置时应当考虑钢会被腐蚀，变压器中性点、重要设备以及设备构架应当采用双接地引下线。采用铜接地网可以完全忽略通的腐蚀，增强了下引线的热稳定性，除了变压器中性点外的节地下引线采用双接地引下线外，其他的均采用单接地引下线，不仅可以满足接地网可靠性的要求，还能降低成本。
5 结束语
1000kV特高压变电站接地系统设计对于保障整个变电站系统的安全正常运行有着非常重要的显示意义。结合1000kV特高压变电站短路电流情况，合理设置水平接地网和接地极，优化接地系统设计，做好二次电缆屏蔽层接地，提高接地电阻值，减少特高压变电站短路故障损失，推动我国电力系统快速发展。
参考文献：
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论文作者:王嘉薇,亢煜,罗淇元,姜望
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：变电站论文; 特高压论文; 系统论文; 电压论文; 电流论文; 电阻论文; 电缆论文; 《电力设备》2018年第21期论文;