摘要: 接地網(wǎng)在電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中起著極為重要的作用，不僅為系統(tǒng)內(nèi)各種高壓電氣設(shè)備提供一個公共的參考地，還可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時排泄故障電流并降低變電站的地電位升，從而確保系統(tǒng)工作人員的人身安全及各種電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。作為變電站安全運(yùn)行的重要保證，其接地性能一直受到設(shè)計和生產(chǎn)運(yùn)行部門的重視。大型變電站接地網(wǎng)面積大，接地網(wǎng)不再是等電位的。等間距的大型變電站接地網(wǎng)的地表電位梯度大，散流不均勻，有必要在不等電位模型下研究不等間距的大型變電站接地網(wǎng)。

關(guān)鍵詞: 接地網(wǎng);安全運(yùn)行;等電位;不等 電位模型

變電站的接地網(wǎng)是工作接地、防雷接地和保護(hù)接地三者的統(tǒng)一，其地網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要取決于工頻對地短路電流。進(jìn)行接地網(wǎng)設(shè)計時，過去總是力求控制地網(wǎng)電位。據(jù)文獻(xiàn)[2]要求:IR<2000V，式中I為工頻對地短路電流;R為地網(wǎng)接地電阻。當(dāng)I>4000A時，執(zhí)行上式有困難，可取R≤0.5Ω，要做到這些，在實際中仍有困難。故文獻(xiàn)[2]固定，在土壤電阻率太高時，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)極不合理時，允許將R提高到R≤5Ω(此時要驗證人身、設(shè)備的安全)。即使遇到土壤電阻率很高時，也是采用打深井或引外接地的方法降低R。通過降R達(dá)到控制地網(wǎng)電位IR的目的，也的確是保證人身和設(shè)備安全的重要途徑。

1接地計算的基本方法

1.1 均勻土壤的接地電阻計算

在實際的計算中常常采用簡化公式

其中 S:接地網(wǎng)面積L:接地體總長度

L’:接地網(wǎng)外緣長度 h:水泡接地體所埋深度 d:等效半徑r:接地電阻

1.2 雙層土壤經(jīng)典鏡像法

對于半無限大均勻媒質(zhì)，即將大地視為單層模型時，格林函數(shù)為點電流源和它的一個鏡像所產(chǎn)生的電位;對于兩層模型，格林函數(shù)時由點電流源和無限多個鏡像所產(chǎn)生的電位[1]。如果源點和場點均在上表層，分別位于r’(或x’，y’，z’)和r(或x，y，z)，直角坐標(biāo)系的原點位于大地表面上，則格林函數(shù)可表示為[4]:

分別為上層和下層的電導(dǎo)率;

其中，對于:對于;對于其他情況有h為上層厚度。很顯然，要得到較高的計算精度，計算需要較長的計算時間。

2 均勻土壤下大型接地網(wǎng)改造方法

要確保人身和設(shè)備的安全、維護(hù)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需要改變僅僅強(qiáng)調(diào)降低接地阻抗的傳統(tǒng)觀念，樹立主要考慮地面電位梯度所帶來的危險這一新概念。因為實際上整個接地系統(tǒng)的接地阻抗與人體或設(shè)備不同部位可能遭受的最高電壓之間不存在簡單的對應(yīng)關(guān)系。在土壤電阻率比較低且接地網(wǎng)面積較大的情況下，雖然其接地阻抗可以達(dá)到較低的值，但如果接地系統(tǒng)設(shè)計不合理，在發(fā)生接地故障時，地面上仍可能出現(xiàn)很高的電位梯度，給運(yùn)行人員和設(shè)備代來危險。

2.1 接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的基本原理

接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計就是在已有的接地網(wǎng)范圍的情況下，通過調(diào)整水平接地網(wǎng)的接地導(dǎo)體的布置確保電氣設(shè)備和人身的安全。接地網(wǎng)的安全參數(shù)包括接地阻抗Z、地表電位分布、最大接觸電壓和最大跨步電壓。因此接地網(wǎng)的優(yōu)化就是讓接地網(wǎng)地表電位分布均勻，接地網(wǎng)的接地阻抗、最大跨步和接觸電壓最小。所以均勻土壤下接地網(wǎng)優(yōu)化的原理就是尋找一種合理的接地網(wǎng)水平接地導(dǎo)體的排列方式，在這種接地布置方式下，接地網(wǎng)上方的地表電位分布更均勻，接地網(wǎng)的接地阻抗、地表的最大接觸電壓和最大跨步電壓達(dá)到最小值。

2.2 均勻土壤下接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計軟件

根據(jù)上述分析，得到的均勻土壤下接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計軟件的流程圖如下圖1所示。接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計過程為:

3 不均勻土壤下大型接地網(wǎng)的改造方法

3.1雙層土壤下接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計

與均勻土壤下類似，采取從中心網(wǎng)孔到邊角網(wǎng)孔按照指數(shù)遞減規(guī)律的方式布置。還是對接地網(wǎng)土壤取兩層，100和500，上層土壤厚度是10m，其它條件相同。電流在接地網(wǎng)中心注入(11， 11)，注入電流大小1A。算得接地網(wǎng)水平導(dǎo)體在不同壓縮比的接地阻抗Z、最大跨步電壓Es、最大接觸電壓和最小接觸電壓值之差隨壓縮比的變化曲線如圖2、圖3、圖4所示[3]。

3.2 多層土壤中接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計分析

當(dāng)土壤結(jié)構(gòu)為三層以上時，土壤結(jié)構(gòu)參數(shù)很多，要分析總結(jié)出各種因素的影響規(guī)律是非常困難的，即使能總結(jié)出規(guī)律，但由于很難找到結(jié)構(gòu)完全相同的變電站站址，因此本節(jié)只對一些普遍的情況進(jìn)行分析。對于任何實際的工程，都可以采用接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計軟件分析最優(yōu)布置。

以三層土壤為例進(jìn)行分析，三層土壤參數(shù):低阻層、中阻層和高阻層的電阻率分別是100， 500和1000，上層土壤的厚度是l0m，中層土壤的厚度是50m。接地網(wǎng)參數(shù):面積150 x 150，網(wǎng)孔數(shù)15x15，接地網(wǎng)的其它參數(shù)不變，在中心(8，8)注入1A的電流。對六種電阻率組合情況下的最優(yōu)壓縮比及接地網(wǎng)最優(yōu)布置時的最大接觸電壓和最小接觸電壓之差以及接地阻抗進(jìn)行了分析，結(jié)果如上表1所示。1， 2， 3，4， 5和6分別代表三種土壤的組合情況，依次是上層高中間低下層中(即上層1000 、中間層100下層500 )、上層高中間中下層低、上層中中間高下層低、上層中中間低下層高、上層低中間高下層中、上層低中間中下層高。

從表1的計算結(jié)果可以看出，當(dāng)接地網(wǎng)達(dá)到最優(yōu)設(shè)計時，在各種情況下接地阻抗略有減小，降阻效果不超過1%。因此，接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的主要目的不是降阻，而是改善接地系統(tǒng)的安全性能，均衡接地網(wǎng)上方的地表電位，降低接觸電壓和跨步電壓。

參考文獻(xiàn):

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[4] 李中新，袁建生，張麗萍.變電站接地網(wǎng)模擬計算[J].中國電機(jī)工程學(xué)報1999，20(5):76-79