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        電力系統(tǒng)接地特性研究

        2016-12-01 01:36:30王榮印劉建勛
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年20期
        關(guān)鍵詞:電位差接地裝置雷電

        王榮印,劉建勛

        (山東理工大學(xué),山東 淄博 255000)

        電力系統(tǒng)接地特性研究

        王榮印,劉建勛

        (山東理工大學(xué),山東 淄博 255000)

        隨著輸電線路的電壓等級(jí)以及人們對供電可靠性越來越高,接地技術(shù)的發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn),研究其接地特性的任務(wù)越來越緊迫。本文分別介紹了目前工頻電流的接地研究現(xiàn)狀和雷電流下的沖擊特性研究,并提出接地存在的突出問題。

        電力系統(tǒng);接地;沖擊特性

        0 引言

        隨著電力系統(tǒng)向著高電壓、智能化、高可靠性的方向發(fā)展,對接地裝置性能的要求越來越高[1],為了滿足電力系統(tǒng)的快速發(fā)展,研究電力系統(tǒng)的接地特性成為了必須。接地裝置是指在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或雷擊時(shí),能夠?qū)⒐收想娏骰蚶纂娏餮杆偕⒘?,限制地電位的升高,保證人身和設(shè)備安全,所以為了確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,合格的接地裝置是十分必要的,其可靠性及安全性能一直受到設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)行部門的高度重視[1]。電力系統(tǒng)接地就其目的可分三種:工作接地、防雷接地和保護(hù)接地[2]。工作接地是為了滿足電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的運(yùn)行要求將系統(tǒng)或設(shè)備的某一點(diǎn)接地,如我國在110kv及以上的電力系統(tǒng)中采用中性點(diǎn)接地的運(yùn)行方式。防雷接地是為了將雷電流引入地下,防止過電壓對人或者設(shè)備的危害,保護(hù)接地是將電力設(shè)備在正常情況下不帶電的部分通過接地裝置和大地連接起來,防止在故障時(shí)帶電對人產(chǎn)生危害。目前電力系統(tǒng)接地研究包括兩個(gè)方面:工頻電流流經(jīng)接地裝置時(shí)的接地特性和雷電流流經(jīng)接地裝置時(shí)的沖擊特性。

        1 工頻接地電阻、接觸電位差、跨步電位差

        接地電阻是接地裝置是否合格的重要指標(biāo),減小接地電阻能有效的把電流散流到地下,保障供電的安全穩(wěn)定。接地電阻的定量定義是∶假設(shè)在某個(gè)電極上流入接地電流I,而接地極的電位比周圍大地?zé)o窮遠(yuǎn)處高出U時(shí),則接地極電位U對接地電流I的比值U/I稱為接地電阻[2]。接地電阻值與土壤電導(dǎo)率、接地體形狀、尺寸和布置方式、電流頻率等因素有關(guān)。目前測量接地電阻的方法有很多,三極電流電壓表法、三極示波器相位法、三極接地?fù)u表法、鉗表法、鉗表測試回路等效阻抗測試等。隨著高電壓輸電線路的發(fā)展,接地電阻的要求越來越高,降低接地電阻的方法有:增大地網(wǎng)面積,接地網(wǎng)的接地電阻值R=0.5p/√S,在土壤電阻率p一定時(shí),面積S越大,電阻R越??;利用自然接地體,設(shè)計(jì)變電站的接地結(jié)構(gòu)時(shí),充分利用、水電站的進(jìn)水口攔污柵、閘門、引水管等必須的設(shè)施來作為部分接地體流散電流,節(jié)約了成本;深井接地,當(dāng)?shù)叵螺^深處的土壤電阻率比上層的低很多時(shí),可以把接地體設(shè)在設(shè)在土壤較深處,也可避免由于天氣原因?qū)е碌耐寥离娮杪实淖兓?,這種方式接地電阻較為穩(wěn)定;爆破接地,當(dāng)土壤的電阻率較高時(shí),利用爆破技術(shù),使土壤產(chǎn)生裂縫,然后用壓力機(jī)將降阻材料打到土壤裂縫中,打到降低土壤電阻率的目的;局部換土,當(dāng)土壤電阻率較高時(shí),可將埋設(shè)接地裝置的土壤移走,在把電阻率較低的土壤埋設(shè)接地體,這種方法成本較高特別在交通不便的山區(qū)。在實(shí)際的接地工程中,一種降阻方法無法滿足接地電阻的要求,一般都是幾種降阻方法組合。接觸電位差是指人站在發(fā)生接地短路故障設(shè)備旁邊,距設(shè)備水平距離0.8米,人手觸及設(shè)備時(shí),手和腳兩點(diǎn)之間呈現(xiàn)的電位差[3]??绮诫娢徊钍侵府?dāng)發(fā)生接地短路故障時(shí),人站在故障設(shè)備旁邊,兩腳之間的電位差。以前我國不太重視這個(gè)兩個(gè)指標(biāo)的要求,一直誤認(rèn)為當(dāng)接地電阻滿足要求時(shí)接觸電位差和跨步電位差也就滿足要求了,但接觸電位差和跨步電位差與接地網(wǎng)格的稀疏程度有關(guān)。

        2 沖擊接地特性

        沖擊接地特性是指當(dāng)雷擊輸電桿塔時(shí)接地裝置流散雷電流時(shí)的暫態(tài)特性。雷電流具有高幅值、高頻率的特點(diǎn),呈現(xiàn)出的沖擊接地阻抗和工頻接地電阻有很大不同,主要表現(xiàn)在沖擊接地阻抗有明顯的電感效應(yīng)和火花效應(yīng),電感效應(yīng)會(huì)使接地電阻增大,相反,火花效應(yīng)可以減小接地電阻。隨著輸電線路的雷擊事故的增多,接地裝置的防雷性能成為供電可靠性的主要因素之一。國內(nèi)外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論分析表明,減小沖擊接地阻抗可以有效的提高防雷性能,而沖擊接地阻抗和桿塔塔身結(jié)構(gòu)和尺寸、接地極結(jié)構(gòu)和尺寸、雷電流參數(shù)、避雷線參數(shù)以及土壤電阻率等諸多因素有關(guān),目前國內(nèi)外在土壤放電特性和接地沖擊特性方面做了很多的研究,對提高防雷性能具有重要的指導(dǎo)意義。

        目前國內(nèi)外研究沖擊接地特性的方法有三種:電路理論,傳輸線理論、電磁場理論和有限元法?;陔娐泛蛡鬏斁€理論的方法實(shí)際上是將地網(wǎng)導(dǎo)體進(jìn)行分段處理,每段導(dǎo)體均用π型等效電路代替來模擬計(jì)算接地導(dǎo)體暫態(tài)特性的一種直接的、有效的方法[4]。在建立電路計(jì)算模型的過程中做過了人為地一些假設(shè)和簡化處理之后,將土壤中放電的非線性特性考慮了進(jìn)去。20世紀(jì)90年代,Geri 等人在 Liew 模型的基礎(chǔ)上,對雷電流下的接地體的非線性性能做了比較細(xì)致的研究[5-7],提出的新的計(jì)算模型,這種模型考慮了土壤非線性電擊穿的影響,但僅僅比較了形狀簡單的接地體,例如:垂直接地體、水平接地體等,而且該模型沒有考慮各段導(dǎo)體附近土壤火花放電程度的不同以及導(dǎo)體各段泄漏的電流密度,而是簡單的認(rèn)為呈圓柱形的火花放電區(qū)域的半徑是不變的以及接地體周圍土壤的火花放電是均勻的,同時(shí)忽略了導(dǎo)體電感與對地電容。

        3 總結(jié)與展望

        根據(jù)以上分析筆者認(rèn)為以下方面還需重點(diǎn)研究:(1)目前由于實(shí)驗(yàn)條件的不允許真型實(shí)驗(yàn)難度較大,而模擬實(shí)驗(yàn)和真型實(shí)驗(yàn)的放電特性還有一定的區(qū)別,所以模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還有待驗(yàn)證。(2)隨著電力系統(tǒng)向高電壓、高可靠性的方向發(fā)展,在設(shè)計(jì)發(fā)、變電站的接地網(wǎng)時(shí)要更加注重接觸電位差和跨步電位差。(3)由于雷擊事故的日益增多,降低接地電阻要尋找新的方向,比如研究新的接地材料。

        [1]張波,何金良,曾嶸.電力系統(tǒng)接地技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].高電壓技術(shù),2015,41(08):2569-2582 .

        [2]馮喬春.電網(wǎng)接地技術(shù)工程應(yīng)用研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2009.

        [3]黃昌威,安韻竹.變電站接地網(wǎng)不同接地材料接地特性研究[J].陜西電力,2014,42(11):9-13.

        [4]Velazquez R and Mukhedkar D. Analytical modeling of grounding electrodes transient behavior[J].IEEE Trans. On PAS, 1984,103(5): 1314-1322.

        [5]Liew A C, Darveniza M. Dynamic model of impulse characteristics of concentrated earth[J]. Proceedings of IEE, 1974, 121(2): 123-135.

        [6]Geri A, Garbagnati E, Veca G M, et al. Non-linear behaviour of ground electrodes under lightning surge currents:computer modeling and comparison with experimental results[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 1992,28(2): 1442-1445.

        [7]Xiong W, Dawalibi F. Transient performance of substation grounding systems subjected to lightning and similar surge currents[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 1994,9(03):1412-1417.

        10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.144

        王榮印,男,山東聊城人,在讀碩士,研究方向:電力系統(tǒng)防雷與接地技術(shù)。

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