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关于电力系统接地网设计问题的几点思考

《环球市场信息导报》 2013年5月13日 作者:张国田

文章关键词: 电力系统   接地网设计  
    如今发电厂、变电所电力设备接地装置的设计遵循的是电力设备接地设计技术规程。随着电力系统容量的增加,电压的不断提高,运行实践的经验积累,对问题的认为在不断深化。本文根据深入研究探讨了对各个问题的看法。
     1 关于电力接地系统

  接地的实质是控制变电所发生接地短路时,故障点地电位的升高,因为接地主要是为了设备及人身的安全,起作用的是电位而不是电阻,接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数。接地电阻,《电力设备接地设计技术规程》中对接地电阻值有具体的规定,一般不大于0.5Ω。在高土壤电阻率地区,当接地装置要求做到规定的接地电阻在技术经济上极不合理时,大接地短路电流系统接地电阻允许达到5Ω,但应采取措施,如防止高电位外引采取的电位隔离措施,验算接触电势,跨步电压等。根据规程规定,主要是以发生接地故障时,接地电位的升高不超过2000V进行控制,其次以接地电阻不大于0.5Ω和5Ω进行要求。因地层土壤特性在各层具有不同的特性,电阻率可能沿不同路径变化。当计算时选取的土壤电阻率合适,计算结果才能反映接地网的情况。我国是用四管法测量,取10米内的土壤电阻率的平均值。实际工作中对土壤 电阻率的测量不够重视,往往是现场观察一下,直接从规程中选取一个参考值进行设计工作,有时进行测量也是测取场地平整前的表层土壤电阻率,不能反映该地区的实际情况。这个工作是接地装置的前期工作, 必须充分注意做好。

  2 接地网设计问题

  接地网作为变电所交直流设备接地及防雷保护接地,对系统的安全运行起着重要的作用。由于接地网作为隐性工程容易被人忽视,往往只注意最后的接地电阻的测量结果。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加,接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。因此,接地问题越来越受到重视。变电所地网因其在安全中的重要地位,一次性建设、维护困难等特点在受到重视。其问题可以归纳为以下几点:一、土壤电阻率的测量工程土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料,由于受到测量设备、方法等条件的限制,土壤电阻率的测量往往不够准确。我省地处青藏高原东部,地质结构复杂,变电所占地虽然不大,但多为不均匀地质结构。现在的实测,往往只取3~4个测点,过于简单。二、长孔地网均压线与主网连接薄弱,均压线距离较长,发生接地故障时,沿均压线电压降较大,易造成二次控制电缆和设备损坏。当某一条均压线断开时,均压带的分流作用明显降低,而方孔地网的均压带纵横交错,当某条均压线断开时,对地网的分流效果影响不大。三、关于变电站内一次线对二次线的影响问题随着系统容量的增大及系统短路水平的提高,变电站内一次线对二次线的影响问题越来越突出。系统发生接地短路时,强大的人地电流经地网向地中流散,在接地网上将产生强大的电位升,使接地网上的二次设备和二次电缆呈现很高的电位,很可能造成二次电缆或二次绝缘的击穿或烧毁,这就是反击事故;人地电流可能经电缆的外皮向地中扩散,缆皮温度升高使其绝缘加速老化甚至燃烧,这两种情况均能引起高电位引入主控制室,使控制保护设备误动作。同时人地短路电流在地网中流散时,会在电缆芯线上产生较高的感应电压,严重影响到二次电缆的正常工作。四、国外接地装置都使用铜材,而且截面积较大。例如某电厂主变压器区域(比利时设备),在主变压器周围是TJ-150裸铜绞线;跨越主变压器基础,埋在混凝土中的是TJ-185裸铜绞线。我们设计的升压站等,全厂接地装置是钢材。这就有一个钢材被腐蚀而截面积被减少的问题。有两个问题需要讨论:一是接地装置的服务年限;二是腐蚀速度,以及采取的相应防腐措施。从广东省中试所“接地网腐蚀调查情况”看,运行10年及以上的130个35~220千伏变电所的接地装置的挖土检查,有61个接地网有不同程度的腐蚀,占46.92﹪.腐蚀速度为0.1~0.4∕年。在同一个变电所接地网内,园钢腐蚀的较扁钢快3~4倍。接地网的服务年限如何确定,众说不一。我们考虑,在设计变电所、发电厂升压站时,是根据5~10年电力系统发展规划进行设计的。10年以后,电力系统发展的大了,主要设备技术性能不能满足要求了,就进行更新换代。接地网设计也按同一原则设计是比较合理的。五、在发生接地故障时,地面上可能出现很高的电位梯度,会给运行人员和设备带来危险;在土壤电阻率很高的情况下,要使接地电阻满足<0.5n的规定非常困难,即使满足此规定,也不可能排除危险,但是只要设计合理,也完全能够达到安全的目的。要考虑电位梯度带来的危险,就不可避免地要对地网上土壤表层的电位分布进行计算,以往对于等间距布置均压导体的矩形地网,均采用简化的计算公式或者经验公式来计算次边角网孔的网孔电压。但要计算地网上土壤表面任何一点的电位,特别是对于复杂形状的地网,这些公式还不太完善。

  3 关于电力系统接地网设计的几点建议

  目前国内的一些研究机关、大专院校从国外引进一些有关接地网计算的程序,其中的土壤电阻率的计算也是采取这种方法。接地线的热稳定截面积计算中,短路电流持续时间的取值。单相短路电流持续时间的取值,直接关系到最大接触电压、跨步电压的允许值,关系到接地线截面积的选择。这个时间的取值方法各异:电力设备接地设计技术规程规定,短路的等效持续时间按主保护动作时间确定,这是考虑到主保护失灵而又遇到系统最大运行方式和最不利的短路点我们位置等各种最不利情况同时出现的概率不高而确定的;另一种意见是计入主保护失灵,加上后备保护动作时间,重合闸断电时间。通常在计算中取1秒。我们考虑,应按实际网络情况,取主保护动作时间加后备动作时间及断路器分闸时间,再为继电保护装置及断路器动作的可靠性留出一定的裕度。另外,主变压器中性点接地线被烧断的事故,这个问题引起我们的充分重视。中性点接地引下线被烧断的原因,主要是选择导线截面时考虑到中性点处的特点不足,不能满足热稳定的要求。在主变压器中性点处,由于单相短路电流的高度集中及继电保护动作时限的差异,往往造成主变压器中性点处的接地引下线稳定截面不够而被烧断。我们认为,在选择主变压器中性点接地引下线时,校验接地引下线用的短路等效持续时间取2秒;主变压器中性点接地引下线不应利用钢支架、电缆穿管的钢体等作接地线用(即暗接地引下线),而应敷设独立的明接地引下线;主变压区域的接地网应相应加强。值得一提的是,架空地线系统的影响对于有效接地系统110kV以上变电所,线路架空地线都直接与变电站内出线架构相连。当发生接地短路时,很大一部分短路电流经架空地线系统分流,因此,在计算时,应考虑该部分分流作用,发生接地故障时,总的短路电流是一定的,只要增大架空地线的分流电流,就可减小入地短路电流,因此,降低架空地线的阻抗也是安全接地设计重要的一个分支。架空地线采用良导体,正确利用架空地线系统分流,将使地网的设计条件更为有利。

  4 总结:

  总而言之,在实际工作中,我国的电力系统建设成绩辉煌,举世瞩目。但管理中存在的诸多问题不容忽视,就电力系统接地网设计问题管理理念、管理技术相对落后,可能会对我国电力系统的健康、持续发展带来更加不利的影响。所有电力部门工作者必须要集中力量,抓紧工作,坚持体制创新和机制创新,为尽快建立统一、规范、高效的电力系统贡献力量。

  参考文献:

  [1]王鑫 接地装置设计中的几个问题 2009年

  [2]刘念 变电所接地设计问题的探讨2007年

  [3]张宇 变电站接地网的设计与思考2004年

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