摘要：近年来，电力行业发展较快，提升了电力系统电压等级和容量，如果发生故障问题，不仅通过接地网流散的电流会不断地上升，接地网电位也会增加，接地网本身是一种不外露的工作，再加上人们对于该问题不是很重视，接地网施工本身不细致，测量缺乏准确性等原因，从而导致各种事故的发生，系统不能正常的运行，甚至会造成设备受到损坏。在110kv变电站当中，接地网是不可缺少的一部分，接地网对变电站设备的正常运行有着直接的影响，基于普适的地网使用材料现状以及外扩地网设计思路，精确测量电位分布并综合数据进行分析，从运行维护的角度提出分析，提出对于接地网装置设计方面有效改进的措施及建议。
关键词：变电站；接地网；优化设计
引言
接地系统优化设计的目的就是合理地布置接地网中的水平导体，根据导体泄漏电流密度分布、土壤表层电位分布情况，进一步地发挥导体的价值性作用，从而有效降低接触电位差和跨步电位差，对人身及设备的安全更具有保障性作用。根据工程的具体情况，电力系统如果为安全运行状态下，能够有效减少接地网工程费用和造价，因此，对变电站接地网设计时运用的接地网设计方案更为经济、合理。
1、变电站现状和接地网概述
1.1变电站现状分析
随着网络技术的发展和农网的改造，大部分110kV变电站从远方终端装置、当地监控监视系统以及UPS等设备相结合的传统模式演变为无人值守变电站的全自动化模式，尽管如此，仍有一部分变电站存在采集信息重复，多个系统套用，厂站设计安装难以调试，设备互操作性差，标准化和准确性程度低等问题，这些问题相互影响，不利于我国建设安全电网。改革开放以来，我国经济和科技创新能力快速发展，计算机技术和网络通讯技术发展尤为迅猛，变电站自动化技术得到进一步完善与发展，产生了大量的新技术、新应用系统，但任何新兴事物的出现必然带有一些局限性。①这些新的系统的出现，各成一体，自成一派，它们大部分都是根据自身所需要的为基础而形成的，各个子系统之间协同能力差，联系并不密切，相互独立。②来自其他行业的现场总线通信协议和厂家私有协议仍然发挥着法律效用，很多用户依旧依赖于原生产厂商，这对于系统后期维护工作是一个很大的难题，因此，变电站的运转效率较低，整体工作的变通性与便捷性低。总体来看，我国变电站现状较差，需要相关部门与系统加大投入，加速变电站智能化转型。
1.2接地网概述
接地网，其本质是一种金属导体，能够直接和大地接触。接地网络是将多个接地体用接地干线连接起来，其特点是接地可靠，接地电阻小，常设于需要大量电气设备接地的地方，比如变电站。由于接地网的基本情况与相关设计参数密切相关，接地网的运行稳定性受制于设计方案的合理性，其中设计参数包括入地短路电流、土壤电阻率、接地电阻值等，所以接地网设计过程中，需要对参数取值及其计算有一定的了解。
2、电力系统接地的目的
电力系统接地的目的有如下几点：（1）削弱电气设备的绝缘能力。将电力系统中性点与大地进行电气连接，使作用在电力设备上的电压降低，从而电力设备的绝缘水平会下降。（2）提高电力运行系统的整体稳定性。在变电站，避雷针、避雷器、避雷线等基础设备是用来吸收和释放雷电能量的，接地装置的用处就是使这些防雷设备能够间接将能量泄放到大地。（3）确保人身安全。电力设备的绝缘能力会因为外壳损坏或老化而削弱，如果所有电气设备的外壳能够接地，则可以保证接触设备外壳人员的人身安全。所以变电站必须要进行有效的接地。
3、110kv网优化设计分析
3.1水平接地网优化设计分析
对接地导体进行优化布置能够有效增加接地网导体的利用率，能够有效均衡地表电位，改善接地网散流电流密度分布，降低地表电位梯度。接地网的间距布置建议采取不等间距优化设计方案。与等间距布置相比，在同等条件下，不等间距布置在接地电阻值上相差不大，但是其地表电位的均压效果优势较为显著，且能够有效提升各个导体的利用率，实现更好的均压效果。接地导体的等间和不等间布置在均压导体平均间距一定时，两者的效果区别不大，随着平均间距的减小，接地电阻值的差距也会越来越小。但等间距设置的电阻变化程度较为明显，这就说明水平导体的不等间距设置具备一定的优势。不仅如此，不等间距布置还能够有效节约工程材料，进而降低变电站接地网的工程投入资本。因此，在变电站接地网水平导体的设计中建议采用不等间距设计，这样在保障系统稳定性、安全性的同时，还能够大大提升设计方案的经济效益。
图1等间距与非等间距布置地网接地电阻与导体平均间距关系
3.2垂直接地极优化设计分析
在变电站接地网的设计过程中，不能忽视垂直接地极的设计位置。由于垂直接地极采取镀锌扁钢为原材料，作为水平接地网向土壤深处的延伸部分，由于其与水平导体使用的材料相同，在垂直接地体与水平导体之间或者垂直接地体彼此之间都存在屏蔽作用，所以在改善接地电阻方面，垂直接地体的效果有限。因此，在深井接地极或长垂直接地极的设计时，将接地极的布置位置安放至边角或者边沿处，往往能够收到事半功倍的效果。而垂直接地极的设计根数应该参照以下公式：
式中：av为修正系数，取值1~1.5；rcq为水平地网的等效半径，m；D为垂直接地体之间的间距，m；nv为垂直接地极的根数。
3.3接地网材料优化设计分析
镀锌扁钢是目前我国变电站接地网水平接地极的主要常用材料，而镀锌角钢或镀锌钢管多为垂直接地体的主要材料。虽然众所周知，铜材料作为电力系统的主要材料具有寿命长、导电性好的主要特点，其在土壤里的腐蚀度也相比钢材料具有较大优势，但是由于其造价昂贵，很少在接地材料设计上被使用。扁钢和圆钢用作水平接地极材料；角钢和钢管用作垂直接地极材料。接地装置设计时要充分考虑原材料的热稳定、均压、腐蚀程度等因素，其机械强度也要满足不同要求。（1）对应变电站接地装置和架空线路优化设计地下部分圆钢直径的分子及分母数据；（2）对应埋于室内和埋于土壤混凝土坪优化设计地下部分钢管直径；（3）架空线路杆塔的接地极引出线不应小于50mm截面，并对其进行热镀锌工艺处理；（4）若变电站地处腐蚀较为严重区域，则应采取阴极保护措施，或加大接地装置导体尺寸等。
结束语
此次研究将复合接地网和水平接地网进行了对比，可以让接地电阻值、接触电位差、跨步电位差同时降低，一定程度地调整了接地网电位分布，所以，使得接地网运用不等间距布设效果更为显著；设计变电站接地网过程中，还需要对工程造价等进行充分的考虑，才能提高其性价比。
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论文作者:戴馨
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
标签：变电站论文; 间距论文; 导体论文; 优化设计论文; 水平论文; 电位论文; 材料论文; 《电力设备》2019年第3期论文;