摘要：随着电网规模的不断扩大，接地短路电流越来越大，由于接地系统的问题而引起的发电厂机组停运、设备损坏屡见不鲜，严重威胁电网的安全稳定运行，因此本文针对发电厂接地系统存在问题，提出发电厂接地系统的优化方案。
关键词：发电厂；接地系统；优化
1 引言
所谓接地就是指在电力系统中，为了工作和安全的需要，将电气设备的金属部分，通过金属导体组成接地装置与大地进行良好的连接，使得与大地连接的点在正常情况下均为零电位。发电厂接地系统的目的是为了保证人身和设备的安全，保护电气设备免受破坏，已越来越受人们的重视。
2发电厂接地系统
2.1 发电厂接地系统方式
发电厂接地系统方式可分为工作接地、保护接地、防雷接地和防静电接地等，其中工作接地是在电力系统中为运行需要所设的，保证设备平时对地的电压的稳定，如中性点直接接地或经其它装置接地等；保护接地是为防止危及人身和设备的安全，如电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔接地；防雷接地是为了消除雷电过电压危险影响，如避雷线、避雷针和避雷器的接地[1-2]
2.2 发电厂接地系统存在的问题
2.2.1工频接地短路时地电位升高问题
电力系统工频接地短路时产生的地电位升高，是目前发电厂存在较严重的问题，它不仅对二次系统造成危害，对人身安全也会造成一定的影响。
（1）地电位升高对二次系统的危害
工频接地短路造成的地电位升高使得发电厂二次设备发生测量和控制误差及错误的现象；严重情况下还会产生过电压造成属于弱电系统的二次电缆和二次设备的绝缘击穿或烧毁，使事故范围扩大。
（2）地电位升高对人身安全的危害
当发生接地故障时，很容易出现地电位升高和高电位引出的问题，对人身安全有很大的隐患。发电厂接地网的均压措施只是解决了跨步电压和部分解决接触电压问题，尚未解决由接地故障引发的高电位引出问题[3] 。
2.2 雷电流入地时造成的局部电位升高问题
当雷电流通过防雷装置入地时，在雷电流入地点会引起幅值很高的局部电位升高，不同的雷电流入地点，对发电厂产生的危害也会不同。
2.2.1 局部电位升高对一次设备的危害
若雷电流入地点在一次设备附近，如果其冲击接地电阻过大，则附加在电气设备上的电压也会过高，电压多次超过设备的额定雷电冲击耐受电压值，电气设备就有可能被打坏[4] 。
2.2.2 局部电位升高对二次系统的危害
雷电流入地时在入地点产生火花击穿，会对室内二次系统击毁击或穿越烧伤；当二次设备上方有雷电活动时，产生的感应雷过电压会沿着电缆线路侵入到与之相连的二次系统，造成二次系统功能紊乱或设备损坏，产生的电磁辐射使电子开关或继电器工作失常或测量仪器性能变低；在发电厂发生雷电流入地时会造成接地网局部电位升高，地网电位差会通过差模干扰或共模干扰耦合进二次回路，形成地电位干扰。
2.2.3 局部电位升高对人身的危害
雷电冲击电流流入接地装置时，使得接地装置地电位升高，接地极附近的局部电场场强集中，电磁辐射增大，产生较大的跨步电压和设备接触电压，附近的人极易遭受电的袭击，对其人身安全构成很大的威胁 [3] 。
3接地系统优化研究
3.1 工频接地短路接地系统优化研究
3.1.1 根据一次设备分布优化接地系统
接地网采用不等间距布置接地导体，在一次设备较多的位置布置较密的接地导体，不等间距置接地网的原理是考虑到接地网对中间部分导体的屏蔽性，接地导体的布置应是中间稀、往接地网四周则应布置得比中间部分密些，使所有接地导体得到充分利用[5]。
3.1.2 对二次系统的接地优化方案
发电厂二次电缆与站外设备存在金属性连接，此时地电位升全部施加在二次设备上，减小接地点之间的电位差的最有效方式是使用良好导电性能的接地网、增加接地网密度；沿电缆沟并铺等电位铜排，强制各点等电位等。当接地系统接紧密时，即使土壤电阻率很高导致地电位升很高，接地体之间的最大电位差也很小。
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3.1.3高电位引出的优化方案
高电位引出主要途径有：电力电缆、对外的通信线路、金属管线、供水管道等，在接地故障时，它们会造成人身的危害和设备的损坏，因此需要采取隔离措施。
（1）电力电缆的优化
从高压变电站或开关站进入电站的控制、仪器、继电保护和遥测的多导体电缆通常有总体屏蔽。为了将这些电缆上的高频暂态电压降低至最低水平，屏蔽应在两端接地，最好在中间部分多点接地。为了降低屏蔽层的电流，应与屏蔽电缆并排布置一根坚固的接地导体，并与电站接地网连接。为了限制变电站接地故障时两个接地网之间的电位差，发电厂也应采用粗接地导体多点连接在一起。在发电厂接地网之间电位差高的地方，电位差实际施加在电缆绝缘上，因此应仔细选择厂、站之间的控制电缆的绝缘水平，可以采用较高绝缘强度的控制电缆。
（2）供水管道的优化
受电站站外供水系统与主接地网连接方式影响最大的是外引附近的跨步电压，如果直接使用金属管道引水，则在水井附近的跨步电压会非常高，这也是设计中要重点考虑的问题。为了抑制跨步电压，可以考虑采用 PVC 管代替部分金属管道，最好的办法就是全线使用 PVC 管。全线使用 PVC 管使得水井与主接地网之间的地电位差会明显上升，影响水井电源的安全，需要在水井的电源引线上使用隔离变压器。如果局部使用 PVC 管，建议将替代段设置在水井附近，并尽量加大替代段长度，将外引点设置在变电站一边中部，同时要注意外引长度增加时，跨步电压会增加，因此在设计时应当尽量减少外引长度。
（3）对外通信线路的隔离
从外部进入变电站的地下或架空电缆，或从与电站隔离的变电站进入电站的通信系统和控制电缆，在输电线路接地故障、雷击或操作冲击作用时，应防止高压对其产生危害。对于专用通信电缆，双方应达成共识，根据普遍采用的方法安装保护设备。如果发变电站有与站外相连的通信线路，站外的地电位会通过通信线路引入站内。当接地网电位升高时，如果人站在接地网上，用手接触通信设备，如拨打电话时，该电位差就会作用在人体上，对人身安全带来威胁。防止低电位引入的最有效的方法是在人工或自动拨号和信号回路中接入隔离变压器，隔离变压器的耐压水平不宜小于 10 kV。当采用隔离变压器有困难时，也可设置绝缘台将整个通信设备和人员与接地网隔离。
3.2雷电冲击短路接地系统优化
3.2.1 采取均压措施
（1）在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布，对方孔地网的网格大小要从地电位分布均匀考虑，防止局部电位升高。
（2）敷设砾石或沥青，在变电站地面铺设一层15cm 的砾石或者沥青，对于控制发电厂、变电站内的跨步电压具有良好的效果。
（3）敷设降阻剂，接地体四周施加降阻剂后相当于扩大接地体的有效截面，因而起到了很好的均压作用，减少了跨步电压和设备的接触电压。
（4）敷设双层接地网，双层接地网能有效降低最大跨步电压。
3.2.2 电缆沟的接地优化
在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的
水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰。每隔 5 m与电缆沟内的接地扁钢相连一次，对二次电缆，特别是屏蔽电缆的一点接地要正确。
3.2.3 防雷设备的局部优化
避雷针、避雷线和避雷器的接地处，加强集中接地；独立避雷针不应设在人经常通行的地方，接地装置与道路出入口等的距离不宜小于 3m；避雷器必须采用可靠的低电阻接地连接，避雷器与被保护设备的接地端应尽可能紧密的连接，所有避雷器的接地连接线应以最短的可能路径直接连接到接地网上。
4 结语
本文从发电厂接地系统存在问题入手，研究发电厂接地系统的优化措施，能够大大提高发电厂运行的安全性及稳定性，对于发电厂的长久稳定运行及可持续发展是非常重要的。
参考文献：
[1] 李景禄．接地装置的运行与改造．北京：中国水利水电出版社，2005．
[2] 何金良.曾嵘.电力系统接地技术．北京：科学出版社，2007．
[3] 谢利英.变电站地电位干扰及防护措施探讨[J]．硅谷，2009，（11）：32．
[4] 秦晶晶.李景禄.宋萍．变电站地电位干扰及抗干扰措施研究[J]．电磁避雷器，2009（2）：40-4
[5] 徐华.文习山.黄玲.大型变电站接地网的优化设计[J].高电技术．2015（12）
论文作者:靳志欣,郑建斌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：电位论文; 发电厂论文; 电压论文; 设备论文; 系统论文; 雷电论文; 电缆沟论文; 《电力设备》2017年第32期论文;