方毅　李孟

摘要：電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，其運(yùn)行情況與接地系統(tǒng)存在很大聯(lián)系，使得整個(gè)變電站接地電阻校驗(yàn)工作十分重要。本文對(duì)變電站接地電阻的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行總結(jié)，并從單相入地短路電流的計(jì)算、接地電阻的最大值計(jì)算、接地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案的確定、接觸電位差和跨步電位差的校驗(yàn)四方面，論述了變電站接地電阻的校驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：變電站;接地電阻;校驗(yàn)

前言：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電能的需求量得到了進(jìn)一步提升，電網(wǎng)分布也變得越來(lái)越密集。在此項(xiàng)建設(shè)之中，110kV變電站建設(shè)占據(jù)了很大比重，相關(guān)部門對(duì)該類變電站實(shí)施了模塊化通用設(shè)計(jì)。變電站接地網(wǎng)的布置情況與人身和設(shè)備安全存在直接聯(lián)系，而且接地網(wǎng)的合理設(shè)計(jì)，與變電站運(yùn)行情況息息相關(guān)。

1.項(xiàng)目概況

在實(shí)際技術(shù)方案實(shí)施過(guò)程中，主要集中在一套直流系統(tǒng)饋線接地電阻校驗(yàn)裝置的研究，供電裝置為AC220。主體儀器接線操作主要由人工完成，借助于相關(guān)程序控制，實(shí)現(xiàn)電阻值的有效改變，并對(duì)告警阻值進(jìn)行全面記錄，在完成一路饋線之后，方可將其切換到下一路饋線之中。另外，在該裝置應(yīng)用過(guò)程中，具備明顯的液晶顯示功能，進(jìn)而將所有的測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)，并對(duì)其進(jìn)行記錄。站在實(shí)際研究角度來(lái)說(shuō)，整個(gè)變電站直流系統(tǒng)饋線接地告警電阻阻值校驗(yàn)，屬于是使用不同組織的電阻或者是滑線，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)記錄和操作，該項(xiàng)檢測(cè)的操作量較大，而且消耗時(shí)間較長(zhǎng)。而在該種裝置得到應(yīng)用之后，可以節(jié)省大量的人力和物力資源。

2.變電站接地電阻的設(shè)計(jì)要求

2.1變電站接地網(wǎng)的均壓要求

在早期變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，水平接地導(dǎo)體均已等間距布置為主，隨著相關(guān)研究人員研究理論的進(jìn)一步深入，水平接地網(wǎng)不等間距的布置形式被突顯出來(lái)，不等間距的布置優(yōu)勢(shì)也逐步展示出來(lái)，而且該種方式也逐步得到了大眾的認(rèn)可。一般情況下，水平導(dǎo)體等間距布置主要指相鄰導(dǎo)體之間的距離是相同的，但該種布置形式會(huì)導(dǎo)致中心網(wǎng)孔接觸電壓和跨步電壓高于外部網(wǎng)孔，進(jìn)而帶來(lái)很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。所謂不等間距布置，主要指水平接地網(wǎng)導(dǎo)體按照具體指數(shù)規(guī)律進(jìn)行排列，進(jìn)而將地表電位的梯度降低。相關(guān)調(diào)查研究結(jié)果顯示，倘若存在跨步電壓超標(biāo)，或者是電位梯度過(guò)大等問(wèn)題，將會(huì)對(duì)均壓性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。所以說(shuō)，在整個(gè)設(shè)計(jì)工作開(kāi)展過(guò)程中，相關(guān)工作人員需要對(duì)地網(wǎng)散流以及均壓等問(wèn)題進(jìn)行充分考量，避免整個(gè)地網(wǎng)施工操作之中出現(xiàn)偷工減料等問(wèn)題[1]。

2.2電氣設(shè)備接地與接地網(wǎng)之間的聯(lián)通特點(diǎn)

從長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)論證中可以看出，整個(gè)變電站運(yùn)行過(guò)程中存在很多安全隱患，如變壓器、相關(guān)電氣裝置以及地網(wǎng)連接等等，實(shí)際問(wèn)題產(chǎn)生的原因主要集中在以下幾方面之中：第一，在整個(gè)新建變電站過(guò)程中，接地網(wǎng)會(huì)提前完成，而且在變電站增容以及擴(kuò)建時(shí)，對(duì)于主接地網(wǎng)只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的修復(fù)操作，有些甚至不能進(jìn)行修復(fù)操作。第二，對(duì)于新上設(shè)備，為了方便研究工作的開(kāi)展，很多工作人員將設(shè)備接地線和電纜溝之中的接地網(wǎng)直接連接在一起，甚至與具體的接地需求相背離，在新上設(shè)備接地線串聯(lián)之后，與電纜溝中的接地網(wǎng)連接在一起。此種情況之下，由于電纜溝中的環(huán)境濕度較大，敷設(shè)在內(nèi)部的接地網(wǎng)導(dǎo)體極容易被腐蝕，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)斷裂風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)設(shè)備接地保護(hù)工作的開(kāi)展產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3.變電站接地電阻的校驗(yàn)方法

某變電站的建設(shè)規(guī)模如下：在主變壓器選擇上，主要以遠(yuǎn)景3×50MVA為主，電壓等級(jí)為110kV/10kV，變壓器數(shù)量為兩臺(tái)，型號(hào)為三相繞組變壓器。在實(shí)際供電線路設(shè)計(jì)上，主要涉及到的內(nèi)容有電纜和架空線，其中，電纜長(zhǎng)度為2.4km，單回路架空線長(zhǎng)度為5.8km。

3.1單相入地短路電流的計(jì)算

在主體常用基準(zhǔn)值選擇上，Sj=100MVA;Uj=115kV，Ij=0.502kA。在甲方所提供的供電系統(tǒng)之中，具體的短路容量能夠達(dá)到1300MVA。另外，從實(shí)際單相短路時(shí)的入地計(jì)算中可以看出，相關(guān)工作人員可以根據(jù)具體的三相序網(wǎng)概念，而且在正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)之中，流經(jīng)系統(tǒng)中性點(diǎn)和變壓器中性點(diǎn)的電流為0。另外，在具體零序網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上，中性點(diǎn)的電流可以通過(guò)三相電流之和進(jìn)行確定，是零序電流分量的三倍以上，具體流經(jīng)變壓器中性點(diǎn)電流為：

最終計(jì)算的結(jié)果為1.35kA，在后續(xù)，倘若變電站內(nèi)部出現(xiàn)短路電流之后，具體接地裝置內(nèi)部的電流表達(dá)式如下：

最后，在實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)確定過(guò)程中，在實(shí)際遠(yuǎn)景短路電流計(jì)算上，一般以簡(jiǎn)化或者是近似計(jì)算為主，在計(jì)算之前，可以假設(shè)故障發(fā)生前，系統(tǒng)處于空載狀態(tài)，而且所有節(jié)點(diǎn)電壓以平均額定電壓數(shù)值為主，此種情況之下，系統(tǒng)之中的各個(gè)元件電阻將會(huì)得到進(jìn)一步忽略，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)短路電流故障分量和基頻周期分量的計(jì)算。

3.2接地電阻的最大值計(jì)算

在有效接地和低電阻接地系統(tǒng)之中的所有電氣裝置應(yīng)用過(guò)程時(shí)，需要確保接地電阻符合下列要求，即R≤2000/I。其中，R代表整個(gè)季節(jié)變化過(guò)程中的最大接地電阻，單位為Ω。I代表計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，單位為A。經(jīng)過(guò)計(jì)算之后，主體規(guī)模下的接地網(wǎng)電阻R≤2000/2140=0.934Ω。對(duì)于遠(yuǎn)景規(guī)模接地網(wǎng)電阻，實(shí)際計(jì)算形式為R≤2000/9610=0.208Ω。如果變電站直流系統(tǒng)對(duì)地電阻阻值低于標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，進(jìn)而對(duì)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生影響，本項(xiàng)目的實(shí)施主要是對(duì)該阻值進(jìn)行校驗(yàn)。使用可變電阻R與直流電源相互連接，并由高到低的改變R值，直到告警信號(hào)消失之后，對(duì)R數(shù)值進(jìn)行記錄。

3.3接地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案的確定

在實(shí)際變電站主接地網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要以孔接地網(wǎng)為主線，均壓帶總根數(shù)為21根。一般情況下，在變電站接地網(wǎng)技術(shù)總參數(shù)確定上，變電站主接地網(wǎng)主要以水平接地網(wǎng)的應(yīng)用為主，而且實(shí)際接地材料的選擇，主要以銅絞線為主，橫截面為120mm2，接地形式以復(fù)合接地體為主。另外，如果是垂直接地體建設(shè)，以φ14.2的鍍銅接地棒應(yīng)用為主，長(zhǎng)度為2.5m，總數(shù)量為79根。站在接地總長(zhǎng)度角度來(lái)說(shuō)，主要計(jì)算形式為垂直接地體+水平接地體，總數(shù)量為1300m，而且接地往外邊緣線的總長(zhǎng)度為220m。借助于上述數(shù)據(jù)，可以對(duì)具體的接地電阻進(jìn)行計(jì)算，最終得到的結(jié)果為0.237Ω。本次工程在接地裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，雖然與遠(yuǎn)景規(guī)模下的接地電阻需求不相符，但其校驗(yàn)效果將會(huì)得到完整性呈現(xiàn)。由于接地電阻之中的阻值差距并不大，相關(guān)工作人員可以借助于合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，適當(dāng)增加接地電阻值，確保接地電阻值不會(huì)高于5Ω。但從實(shí)際變電站運(yùn)行情況角度來(lái)說(shuō)，工作人員應(yīng)根據(jù)遠(yuǎn)景情況對(duì)接觸電位差和跨步電位差進(jìn)行校驗(yàn)[2]。

3.4接觸電位差和跨步電位差的校驗(yàn)

所謂接觸電位差，主要指當(dāng)接地短路電流經(jīng)過(guò)接地裝置之后，會(huì)在大地表面形成相應(yīng)的分布電位差，而且在地面上，會(huì)與相關(guān)設(shè)備的水平距離保持0.8m，與墻壁地面的垂直距離為1.8m，這兩點(diǎn)之間所形成的電位差即接觸電位差。站在跨步電位差角度來(lái)說(shuō)，主要是地面上水平距離為0.8m的兩點(diǎn)間電位差。在兩電位差允許值計(jì)算上，可以根據(jù)《交流電氣裝置的接地》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，在110kV及以上的接地系統(tǒng)建設(shè)上，可以根據(jù)實(shí)際單相接地，或者是同點(diǎn)兩相接地，確保變電站接地裝置之中的接觸電壓和跨步電壓不會(huì)超過(guò)規(guī)定數(shù)值。而且在實(shí)際校驗(yàn)工作開(kāi)展上，遠(yuǎn)景最大接觸電位差為382.6V，跨步電位差為161.7V。如果變電站處于水泥混凝土路面，電位差的確定可以根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行。

總結(jié)：綜上所述，站在實(shí)際工作角度來(lái)說(shuō)，如果系統(tǒng)應(yīng)用單相接地短路電流，減去變壓器中的中性點(diǎn)短路電流來(lái)獲取入地電流，相關(guān)電位差也會(huì)得到本質(zhì)性呈現(xiàn)，為后續(xù)變電站接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)造有利條件。倘若工程周圍鋪設(shè)以碎石為主，人們可以借助于接觸電位差允許值計(jì)算，提升整個(gè)電位差的允許值。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁曉雨.光伏發(fā)電系統(tǒng)大地網(wǎng)接地電阻檢測(cè)及影響因素研究[J].通信電源技術(shù)，2019，36（05）：206-207.

[2]郭彩麗.變電站接地電阻的設(shè)計(jì)及校驗(yàn)方法[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（02）：95-97.