论文部分内容阅读
摘 要：35kV变电站接地网的合理性直接关系到人身安全问题与设备安全问题。随着电力系统复杂性的增高，接地系统设计的要求也越来越高，本文阐述了变电站接地网设计的相关问题。
关键词：35kV变电站；接地网设计；浅谈
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）15-0055-02
前 言
变电站是电力系统中的重要组成部分，站内安装了重要的电气一次及二次设备，整站设置可靠的接地系统，才能保证进站人的人身安全及设备安全。变电站的接地按用途来分有四种：工作接地、保护接地、防雷接地和防静电接地，接地网设计要考虑到地区因素、材料因素、使用年限等。
1 接地网设计的相关要求
1.1 土壤电阻率测量要求
测量方法有土壤式样分析法、三级法和四极法。
土壤试样分析的原理是通过钻探得到地下不同深度的土壤试样，在实验室进行分析，得到随深度变化的电阻率分布情况。这种测试方法有一定的误差，该值包含了电极与土壤试样的接触电阻和电极电阻这些未知量。
三级法的原理是测量站址规划地中的标准垂直接地极的接地电阻，然后利用接地电阻的计算公式反推出土壤电阻率。改变垂直接地极的深度，得到视在土壤电阻率随深度变化的曲线，这种方法的缺点是测量的深度有限，最多在10m以内。
目前，我国接地电阻测量国家标准推荐采用的土壤电阻测量方法是四极法，采用等测量间距的温纳四极法。四个测量电极沿着一条直线被打进土壤中，相隔等距a，打入深度b。然后测量两个中间电极之间的电压，用它除以两个外侧的电流极之间的电流就给出一个电阻值R。
1.2 土壤结构模型分析方法
由于天气变化季节变化，土壤电阻率也会不断变化，这个土壤模型仅仅是实际土壤模型的一种近似值，并不是完全的匹配。如果视在电阻率基本上不随极间距变化，而可以认为土壤为均匀土壤模型，但这种情况非常的少见。如果测试得到的视在电阻率随测量极间距变化的曲线是从高到低或从低到高，则可视为双层土壤模型，对于两层及以上的土壤结构，应通过专门的计算机分析软件分析得到土壤分层参数。
1.3 水平接地网的设计
降低变电站接地电阻的基本措施是将接地网在水平面上扩展或纵向深方面去发展。应注意各种降阻都有其特定的降阻方法，针对不同地区不同条件采用不同的方法才能有效地降低接地电阻；各种方法不是独立的，在使用上互相配合，来获得更好的降阻效果。
1.4 水平接地网设计举例
少量地扩大接地网面积对变电站接地网的接地电阻效果不明显，当接地网的深埋度在1m左右时，增加深埋度对降阻效果不明显。对于面积狭小的市区变电站，通常采用长垂直接地极来降低接地电阻并可以用良好的接地导体来分流，减少入地短路电流。对于非城区的变电站，除了用以上的方法以外，还可利用适当的引外接地。在一些高土壤电阻率地区降阻的有效方法是采用长垂直电极，结合分层土壤模型，有效的利用地下低电阻率层，以达到降阻效果。
35kV及以上变电站接地网边缘经常有人出入的道路，应铺设沥青、绝缘水泥或鹅卵石。设计接地网时，应验算接地電位差和跨步电位差，并应通过实测加以验证，设计水平接地网中的均压环。
1.5 使用导体情况
近年来覆铜钢材（采用电镀、在铜液中连铸和铜套管冷拉等工艺将铜覆于表面的钢材）在国内也有开发并应用于变电站接地网工程。选择接地导体（线）、接地极材料的出发点是，在变电站接地网的设计中，规定的使用年限内要做到免维护。其尺寸、材料的要求需综合考虑接地故障时电流热稳定的要求，同时也要考虑变电站在设计使用年限内导体的腐蚀总量。材料的选择需要我们使用综合的技术分析来确定。接地导体（线）、接地极材料一般采用镀锌钢。镀锌钢的镀锌层必须使用热镀锌的方法，且镀锌层厚度满足国标要求，以满足接地装置使用年限。已有的研究表明，土壤电阻率、类别、含盐量、酸碱度和含水量等因素都会导致钢材质接地导体（线）、接地极的腐蚀。确定变电站站址土壤的腐蚀率是确定接地导体（线）、接地极截面尺寸的基础。接地设计应按照站址当地的土壤腐蚀条件选择适当的材料和防腐蚀措施。表1中给出了若干土壤腐蚀情况的参考值。
接地网采用钢材和覆铜钢材价格较贵，然而铜和铜覆钢材比钢材耐腐蚀性能好，在腐蚀严重的地区不用钢而代之以铜是合理的。
1.6 变电站接地网的入地故障电流及地电位升高的计算
在变电站内、线路上发生接地故障时，线路上出现接地故障电流。故障电流经地线、杆塔分流后，剩余部分通过变电站接地网流入大地。这部分电流即为接地网的入地接地故障电流（Ig）。而接地故障不对称电流有效值（IG）按下式计算：
IG=Df·Ig
式中：Df——衰减系数。
Ig与接地故障接地对称电流（If）的比值成为故障电流分流系数Sf。
故障电流分流系数包括站内接地故障和站外接地故障两种情况。分流系数受导线、架空线路地线的布置、地线尺寸与材质、厂或站接地网与线路塔杆的接地电阻等多种因素的影响，在工程设计中宜采用专用的计算分析程序对其专门加以计算。
不同系统阻抗的分流系数如表2。
《交流变电站接地安全导则》中采用了Dalziel的实验结论，确定人体安全电流与作用时间的关系为I2·T=常数。可见，电流对人体的作用大小主要取决于电流在人体内产生的能量。在故障电流流散到土壤的过程中，电流会产生与其幅值成正比的电磁力与其幅值平方成正比的能量，有可能超越导体的热稳定容量，导致接地网导体的热熔和弯曲。入地电流的直流偏移分量对接地体承受的电磁力和吸纳的能量具有一部分贡献，因此从接地体安全的角度，也应计及入地电流直流分量的影响。从上述可以得出结论，在设计接地网时，应计及故障电流直流分量的影响，按照接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值IG进行设计。 1.7 表层衰减系数
地表高电阻率表层材料主要有砾石或鹅暖石、沥青、沥青混凝土、绝缘水泥。即便是在下雨天，砾石或沥青混凝土仍能保持5000Ω·m的电阻率。建议在站内道路上敷设沥青或沥青混凝土，在设备周围敷设鹅暖石。
特别应当注意，普通的混凝土路面不能用来作为提高表层电阻率的措施，因混凝土具有吸水性能，雨天其电阻率将降至几十欧姆每米。随着高阻层厚度的增加，增加高阻层厚度来提高安全水平具有饱和性。地表高阻层的厚度一般可取10～35cm。
1.8 变电站接地装置的防腐蚀设计
（1）接地装置的防腐蚀设计，宜按照当时的腐蚀数据来进行；
（2）接地网材料可以采用钢材，应热镀锌。镀锌层需有一定的厚度，同时，接地极与接地导体之间的焊接点也需涂防腐蚀材料。
2 接地网设计的相关计算
2.1 变电站接地网的接地电阻
（1）变电站接地网的接地电阻需符合以下要求：保护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压应采用TN系统，低电压电器装置应采用保护总等电位联结系统，接地电阻应满足：R≤2000/IG。
（2）当接地网不满足上式的需求时，可以通过技术与经济适当的增加接地极，减小接地电阻，直至满足要求。必要时，可以经过专门计算机计算，当采取的措施可以确保人身安全和设备可靠时，接地网的电位还可进一步提高。
2.2 接触电位差与跨步电位差的计算
35kV的低电阻接地系统发生了单相接地短路或同点两相接地短路时，变电站接地网的接触电位差和跨步电位差不应超过由下列二式计算所得的数值：
Ut=（174+0.17PSCS）/■
Us=（174+0.7PSCS）/■
35kV不接地或谐振接地的电力系统，发生单相接地短路故障后，当不迅速切除故障时，变电站接地装置的接触电位差和跨步电位差不超过 下列二式计算所得数值：
Ut=50+0.05PSCS
Ut=50+0.2PSCS
3 结束语
35kV变电站接地网的设计是一项系统工程，需要我们考虑到非常多的因素，设计出不同的方案来达到更好的效果，这是一门复杂的多学科的综合技术，所以在以后，我会继续去研究在实践中探索，保证35kV变电站的安全运行。
参考文献
[1]郑伟峰.35kV变电站如何进行安全管理工作[J].民營科技，2012（04）：165～168.
[2]陈卫东.关于变电站接地系统设计的探讨[J].电气工程与自动化，2013（06）：112～114.
收稿日期：2018-4-23
关键词：35kV变电站；接地网设计；浅谈
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）15-0055-02
前 言
变电站是电力系统中的重要组成部分，站内安装了重要的电气一次及二次设备，整站设置可靠的接地系统，才能保证进站人的人身安全及设备安全。变电站的接地按用途来分有四种：工作接地、保护接地、防雷接地和防静电接地，接地网设计要考虑到地区因素、材料因素、使用年限等。
1 接地网设计的相关要求
1.1 土壤电阻率测量要求
测量方法有土壤式样分析法、三级法和四极法。
土壤试样分析的原理是通过钻探得到地下不同深度的土壤试样，在实验室进行分析，得到随深度变化的电阻率分布情况。这种测试方法有一定的误差，该值包含了电极与土壤试样的接触电阻和电极电阻这些未知量。
三级法的原理是测量站址规划地中的标准垂直接地极的接地电阻，然后利用接地电阻的计算公式反推出土壤电阻率。改变垂直接地极的深度，得到视在土壤电阻率随深度变化的曲线，这种方法的缺点是测量的深度有限，最多在10m以内。
目前，我国接地电阻测量国家标准推荐采用的土壤电阻测量方法是四极法，采用等测量间距的温纳四极法。四个测量电极沿着一条直线被打进土壤中，相隔等距a，打入深度b。然后测量两个中间电极之间的电压，用它除以两个外侧的电流极之间的电流就给出一个电阻值R。
1.2 土壤结构模型分析方法
由于天气变化季节变化，土壤电阻率也会不断变化，这个土壤模型仅仅是实际土壤模型的一种近似值，并不是完全的匹配。如果视在电阻率基本上不随极间距变化，而可以认为土壤为均匀土壤模型，但这种情况非常的少见。如果测试得到的视在电阻率随测量极间距变化的曲线是从高到低或从低到高，则可视为双层土壤模型，对于两层及以上的土壤结构，应通过专门的计算机分析软件分析得到土壤分层参数。
1.3 水平接地网的设计
降低变电站接地电阻的基本措施是将接地网在水平面上扩展或纵向深方面去发展。应注意各种降阻都有其特定的降阻方法，针对不同地区不同条件采用不同的方法才能有效地降低接地电阻；各种方法不是独立的，在使用上互相配合，来获得更好的降阻效果。
1.4 水平接地网设计举例
少量地扩大接地网面积对变电站接地网的接地电阻效果不明显，当接地网的深埋度在1m左右时，增加深埋度对降阻效果不明显。对于面积狭小的市区变电站，通常采用长垂直接地极来降低接地电阻并可以用良好的接地导体来分流，减少入地短路电流。对于非城区的变电站，除了用以上的方法以外，还可利用适当的引外接地。在一些高土壤电阻率地区降阻的有效方法是采用长垂直电极，结合分层土壤模型，有效的利用地下低电阻率层，以达到降阻效果。
35kV及以上变电站接地网边缘经常有人出入的道路，应铺设沥青、绝缘水泥或鹅卵石。设计接地网时，应验算接地電位差和跨步电位差，并应通过实测加以验证，设计水平接地网中的均压环。
1.5 使用导体情况
近年来覆铜钢材（采用电镀、在铜液中连铸和铜套管冷拉等工艺将铜覆于表面的钢材）在国内也有开发并应用于变电站接地网工程。选择接地导体（线）、接地极材料的出发点是，在变电站接地网的设计中，规定的使用年限内要做到免维护。其尺寸、材料的要求需综合考虑接地故障时电流热稳定的要求，同时也要考虑变电站在设计使用年限内导体的腐蚀总量。材料的选择需要我们使用综合的技术分析来确定。接地导体（线）、接地极材料一般采用镀锌钢。镀锌钢的镀锌层必须使用热镀锌的方法，且镀锌层厚度满足国标要求，以满足接地装置使用年限。已有的研究表明，土壤电阻率、类别、含盐量、酸碱度和含水量等因素都会导致钢材质接地导体（线）、接地极的腐蚀。确定变电站站址土壤的腐蚀率是确定接地导体（线）、接地极截面尺寸的基础。接地设计应按照站址当地的土壤腐蚀条件选择适当的材料和防腐蚀措施。表1中给出了若干土壤腐蚀情况的参考值。
接地网采用钢材和覆铜钢材价格较贵，然而铜和铜覆钢材比钢材耐腐蚀性能好，在腐蚀严重的地区不用钢而代之以铜是合理的。
1.6 变电站接地网的入地故障电流及地电位升高的计算
在变电站内、线路上发生接地故障时，线路上出现接地故障电流。故障电流经地线、杆塔分流后，剩余部分通过变电站接地网流入大地。这部分电流即为接地网的入地接地故障电流（Ig）。而接地故障不对称电流有效值（IG）按下式计算：
IG=Df·Ig
式中：Df——衰减系数。
Ig与接地故障接地对称电流（If）的比值成为故障电流分流系数Sf。
故障电流分流系数包括站内接地故障和站外接地故障两种情况。分流系数受导线、架空线路地线的布置、地线尺寸与材质、厂或站接地网与线路塔杆的接地电阻等多种因素的影响，在工程设计中宜采用专用的计算分析程序对其专门加以计算。
不同系统阻抗的分流系数如表2。
《交流变电站接地安全导则》中采用了Dalziel的实验结论，确定人体安全电流与作用时间的关系为I2·T=常数。可见，电流对人体的作用大小主要取决于电流在人体内产生的能量。在故障电流流散到土壤的过程中，电流会产生与其幅值成正比的电磁力与其幅值平方成正比的能量，有可能超越导体的热稳定容量，导致接地网导体的热熔和弯曲。入地电流的直流偏移分量对接地体承受的电磁力和吸纳的能量具有一部分贡献，因此从接地体安全的角度，也应计及入地电流直流分量的影响。从上述可以得出结论，在设计接地网时，应计及故障电流直流分量的影响，按照接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值IG进行设计。 1.7 表层衰减系数
地表高电阻率表层材料主要有砾石或鹅暖石、沥青、沥青混凝土、绝缘水泥。即便是在下雨天，砾石或沥青混凝土仍能保持5000Ω·m的电阻率。建议在站内道路上敷设沥青或沥青混凝土，在设备周围敷设鹅暖石。
特别应当注意，普通的混凝土路面不能用来作为提高表层电阻率的措施，因混凝土具有吸水性能，雨天其电阻率将降至几十欧姆每米。随着高阻层厚度的增加，增加高阻层厚度来提高安全水平具有饱和性。地表高阻层的厚度一般可取10～35cm。
1.8 变电站接地装置的防腐蚀设计
（1）接地装置的防腐蚀设计，宜按照当时的腐蚀数据来进行；
（2）接地网材料可以采用钢材，应热镀锌。镀锌层需有一定的厚度，同时，接地极与接地导体之间的焊接点也需涂防腐蚀材料。
2 接地网设计的相关计算
2.1 变电站接地网的接地电阻
（1）变电站接地网的接地电阻需符合以下要求：保护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压应采用TN系统，低电压电器装置应采用保护总等电位联结系统，接地电阻应满足：R≤2000/IG。
（2）当接地网不满足上式的需求时，可以通过技术与经济适当的增加接地极，减小接地电阻，直至满足要求。必要时，可以经过专门计算机计算，当采取的措施可以确保人身安全和设备可靠时，接地网的电位还可进一步提高。
2.2 接触电位差与跨步电位差的计算
35kV的低电阻接地系统发生了单相接地短路或同点两相接地短路时，变电站接地网的接触电位差和跨步电位差不应超过由下列二式计算所得的数值：
Ut=（174+0.17PSCS）/■
Us=（174+0.7PSCS）/■
35kV不接地或谐振接地的电力系统，发生单相接地短路故障后，当不迅速切除故障时，变电站接地装置的接触电位差和跨步电位差不超过 下列二式计算所得数值：
Ut=50+0.05PSCS
Ut=50+0.2PSCS
3 结束语
35kV变电站接地网的设计是一项系统工程，需要我们考虑到非常多的因素，设计出不同的方案来达到更好的效果，这是一门复杂的多学科的综合技术，所以在以后，我会继续去研究在实践中探索，保证35kV变电站的安全运行。
参考文献
[1]郑伟峰.35kV变电站如何进行安全管理工作[J].民營科技，2012（04）：165～168.
[2]陈卫东.关于变电站接地系统设计的探讨[J].电气工程与自动化，2013（06）：112～114.
收稿日期：2018-4-23