蔣佳杰 夏永強 徐沛柔 鄭智勇 馬峰

摘? 要：以華東某電站接地網(wǎng)為例，對其安全性進行了分析。針對全廠接地電阻，一、二次設(shè)備導通性，500 kV開關(guān)站、廠房主變室和母線洞的接觸電壓、跨步電壓等進行計算和診斷，依據(jù)上述計算結(jié)果對此變電站接地網(wǎng)的安全性和可靠性進行分析、評價和改進，以確保工作人員人身安全、電站安全運行，對此類電站的建造、評估與改造具有一定的指導作用。

關(guān)鍵詞：接地網(wǎng);接地電阻;接觸電壓;跨步電壓;導通性;評估;改造方案

0? ? 引言

接地網(wǎng)對于電力系統(tǒng)的安全、可靠運行起著不可忽視的作用。但接地網(wǎng)常年埋在地下，腐蝕不可避免，腐蝕將直接導致接地截面減小、電氣性能參數(shù)變化，嚴重時會直接危及電網(wǎng)的安全運行[1]。因此，進行接地網(wǎng)狀態(tài)檢測，及早發(fā)現(xiàn)問題并采取相應保護措施，智能化地完成接地網(wǎng)維護工作，顯得十分迫切和重要。保證接地網(wǎng)的完整性、安全性、可靠性，對于保障電力系統(tǒng)的可靠運行和站內(nèi)工作人員的人身安全起著至關(guān)重要的作用[2]。

1? ? 電站基本情況

華東某電站距市區(qū)約7 km[3]。該電站以500 kV兩回7.5 km線路接入500 kV某變，電站裝機容量1 000 MW，裝設(shè)4臺單機容量為250 MW的機組。發(fā)電機中性點經(jīng)接地變壓器接地，主變壓器容量為300 MVA，發(fā)電機—變壓器（4臺300 MVA主變壓器）采用單元接線[4-5]。在500 kV側(cè)2臺主變采用絕緣封閉組合電器（GIS）管道母線組成聯(lián)合單元，以2回500 kV交聯(lián)聚乙稀（XLPE）電纜（單相電纜長度680 m）接至地面500 kV GIS開關(guān)站，500 kV電氣主接線為2進2出內(nèi)橋接線[6-7]。

本文主要以華東某電站開關(guān)站5220線為例對接觸電壓[8]、跨步電壓[9-10]等進行計算分析，進而保證接地網(wǎng)的安全可靠運行。

2? ? 測量方法

2.1? ? 接地電阻測量方法

本次實驗采用變頻三角形法進行接地阻抗實驗，具體實驗接線原理如圖1所示[11]。

本次實驗采用人工放線，電壓線和電流線采用2.5 mm2截面積的多股銅絞線，實驗電流頻率為45 Hz與55 Hz，標準正弦波波形，電流幅值為5 A，滿足實驗電源的基本要求。電流線從500 kV開關(guān)站右邊向一條停運的35 kV線路引出，電壓線從500 kV開關(guān)站左邊向下方大壩方向引出，兩條線相隔距離遠、無平行段，可以大大減少電流線與電壓線之間的互感，提高測量的精準度[12-13]。

2.2? ? 跨步電壓測量方法

在測試區(qū)域內(nèi)導通性測試良好的接地點注入電流，測量該區(qū)域內(nèi)距離為1 m的地表電位差，并繪制該區(qū)域內(nèi)跨步電壓曲線圖[14]。

跨步電壓測量所選電流極位置與接地電阻測量電流極相同，測量示意圖如圖2所示。

2.3? ? 接觸電壓測量方法

在測試區(qū)域內(nèi)導通性測試良好的接地點注入電流，測量設(shè)備架構(gòu)距地面2.0 m高處與水平距離1 m的地表電位差。

接觸電壓測量所選電流極位置與接地電阻測量電流極相同，測量示意圖如圖3所示[15-16]。

2.4? ? 導通性測量方法

首先選定一個很可能與主地網(wǎng)連接良好的設(shè)備的接地引下線為參考點，再測試周圍電氣設(shè)備接地部分與參考點之間的直流電阻，如圖4所示。如果開始即有很多設(shè)備測試結(jié)果不良，宜考慮更換參考點[17]。

3? ? 測量過程

3.1? ? 接地電阻

根據(jù)《水力發(fā)電廠接地設(shè)計技術(shù)導則》（NB/T 35050—2015）中4.1.1條款，有效接地系統(tǒng)的水力發(fā)電廠接地裝置接地電阻宜符合下式要求：

R≤

式中：R為考慮到季節(jié)變化的最大接地電阻（Ω）;I為計算用流經(jīng)接地裝置的最大入地電流（A，有效值）。

由華東某電站提供的資料，該電站流經(jīng)接地裝置的最大入地電流約為7.9 kA。經(jīng)計算，該電站接地電阻R的值宜小于等于0.253 2 Ω。

測試結(jié)果0.240 6 Ω<0.253 2 Ω，故華東某電站接地電阻符合規(guī)程標準及設(shè)計要求。

3.2? ? 跨步電壓

根據(jù)《接地裝置特性參數(shù)測量導則》（DL/T 475—2017）中的折算公式（3），將測試跨步（接觸）電壓值Us′折算成最大入地電流下實際值Us，與《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50065—2011）中4.2.2規(guī)定的安全值進行比較判斷。

Us=Us′

式中：Im為注入地網(wǎng)的測試電流;Is為被測接地裝置內(nèi)系統(tǒng)單相接地故障電流（7.9 kA）。

本次測試開關(guān)站5220線跨步電壓最大值為2 726.4 V;華東某電站設(shè)計單位華東勘測設(shè)計研究院所提供的資料顯示，500 kV開關(guān)站跨步電位差Ek允許值為1 954.3 V。最大實際值大于允許值，因此開關(guān)站5220線跨步電壓不合格。

3.3? ? 接觸電壓

本次測試開關(guān)站5220線接觸電壓最大值為829.60 V;華東某電站設(shè)計單位華東勘測設(shè)計研究院所提供的資料顯示，500 kV開關(guān)站接觸電位差Ej允許值為769.2 V，最大實際值大于允許值，因此開關(guān)站5220線接觸電壓不合格。

3.4? ? 導通性測試

根據(jù)2.4導通性測試方法，測試了相關(guān)區(qū)域一、二次盤柜外殼與基準點之間的導通性。經(jīng)過測試，導通性均為良好。

4? ? 總結(jié)

基于以上流程，對該電站的接地參數(shù)進行測量，結(jié)果如表1所示。

結(jié)論如下：

（1）全廠接地電阻測量值為0.240 6 Ω，滿足規(guī)程要求;

（2）每個測試區(qū)域的接觸電壓、跨步電壓都有部分大于上限值，因此不滿足規(guī)程要求;

（3）導通性測試，所測區(qū)域的一、二次盤柜外殼與基準點之間的導通電阻均小于50 mΩ，導通性良好。

5? ? 改進意見

本節(jié)依舊以5220線為例進行改進計算，來驗證假設(shè)的可行性，從而將改進方法推廣至全廠使用。此次計算參考規(guī)程為《水力發(fā)電廠接地設(shè)計技術(shù)導則》（NB/T 35050—2015），圍繞提高接觸電壓安全限值和降低接觸電壓兩個方面，可以采用布置均壓網(wǎng)的方式來達到降低接觸電壓的目的。均壓網(wǎng)采用40 mm×4 mm的紫銅條，長度為40 m，寬度為30 m。沿長、寬方向布置的均壓帶導體根數(shù)均為8根，埋深為0.2 m。

均壓網(wǎng)的布置有均壓帶等間距布置和不等間距布置兩種方式，不等間距布置的目的是使各網(wǎng)孔接觸電位差相等。根據(jù)經(jīng)驗和現(xiàn)場實際情況分析，該電站開關(guān)站適合采用不等間距均壓網(wǎng)。

根據(jù)《水力發(fā)電廠接地設(shè)計技術(shù)導則》（NB/T 35050—2015）表7.3.2，不等間距布置的7網(wǎng)格均壓網(wǎng)網(wǎng)孔邊長百分數(shù)如表2所示。

所以，各網(wǎng)格長、寬所對應的邊長如表3所示。

5.1? ? 增設(shè)均壓網(wǎng)后跨步電位差計算值

在發(fā)生接地短路時，接地網(wǎng)外的地表面的最大跨步電位差Ekm可按下式計算：

Ekm=KkEw

式中：Ekm為最大跨步電位差（V）;Kk為跨步系數(shù);Ew為接地裝置的電位（V）。

其中，跨步系數(shù)Kk（不等間距布置時）可按下式計算：

Kk=KkhKknKkdKksKkmKkl

式中：Kkh為均壓帶埋深影響系數(shù);Kkn為均壓帶根數(shù)影響系數(shù);Kkd為均壓帶導體直徑影響系數(shù);Kks為均壓網(wǎng)面積影響系數(shù);Kkm為接地網(wǎng)網(wǎng)孔數(shù)影響系數(shù);Kkl為接地網(wǎng)形狀影響系數(shù)。

Kkh、Kkn、Kkd、Kks、Kkm、Kkl可按下列方法計算：

Kkh=383.964e

Kkn=0.849-0.234

Kkd=0.574+0.64

Kks=0.07+1.08/

Kkm=0.056+1.072/m

Kkl=0.741-0.011（l2/l1）

根據(jù)計算，跨步系數(shù)Kk=0.334 3，接地裝置的電位Ew=IR（I為計算用入地短路電流，R為地網(wǎng)的接地電阻），根據(jù)《華東某電站2019年接地網(wǎng)安全性狀態(tài)檢測報告》提供的數(shù)據(jù)，I=7 900 A，R=0.240 6 Ω，代入公式可得Ew=7 900×0.240 6=

1 900.74 V，因此增設(shè)均壓網(wǎng)后最大跨步電位差Ekm=1 900.74×

0.334 3≈635.42 V，小于上限值1 954.3 V，因此設(shè)計的均壓網(wǎng)滿足跨步電壓的要求。

5.2? ? 增設(shè)均壓網(wǎng)后接觸電位差計算值

在發(fā)生接地短路時，接地網(wǎng)地表面的最大接觸電位差即網(wǎng)孔中心對接地網(wǎng)接地體的最大接觸電位差Ejm可按下式計算：

Ejm=KjEw

式中：Ejm為最大接觸電位差（V）;Kj為接觸系數(shù);Ew為接地裝置的電位（V）。

其中，接觸系數(shù)系數(shù)Kj（不等間距布置時）可按下式計算：

Kj=KjhKjnKjdKjsKjmKjl

式中：Kjh為均壓帶埋深影響系數(shù);Kjn為均壓帶根數(shù)影響系數(shù);Kjd為均壓帶導體直徑影響系數(shù);Kjs為均壓網(wǎng)面積影響系數(shù);Kjm為接地網(wǎng)網(wǎng)孔數(shù)影響系數(shù);Kjl為接地網(wǎng)形狀影響系數(shù)。

Kjh、Kjn、Kjd、Kjs、Kjm、Kjl可按下列方法計算：

Kjh=0.257-0.095

Kjn=0.021+0.217-0.132n/n

Kjd=0.401+0.658/

Kjs=0.054+0.410

Kjm=2.837+240.021/

Kjl=0.168+0.002/l

根據(jù)計算，接觸系數(shù)Kj=0.127 842，接地裝置的電位Ew=IR（I為計算用入地短路電流，R為地網(wǎng)的接地電阻），根據(jù)《華東某電站2019年接地網(wǎng)安全性狀態(tài)檢測報告》提供的數(shù)據(jù)，I=7 900 A，R=0.240 6 Ω，代入公式可得Ew=7 900×0.240 6=

1 900.74 V，因此增設(shè)均壓網(wǎng)后最大接觸電位差Ejm=1 900.74×

0.127 842≈242.99 V，小于上限值769.2 V，因此設(shè)計的均壓網(wǎng)滿足接觸電壓的要求。

6? ? 結(jié)語

依照此計算規(guī)則，埋設(shè)均壓網(wǎng)的改進方案可行，該電站敷設(shè)均壓網(wǎng)后接觸電壓值與跨步電壓值均能降至限值以下，可推廣至全站使用。

[參考文獻]

[1] 邵洪平，徐一蓉.變電站接地網(wǎng)工程降阻技術(shù)研究[J].電力設(shè)備管理，2020（3）：46-47.

[2] 邵洪平.變電站接地網(wǎng)接地電阻計算方法研究[J].電力設(shè)備管理，2020（2）：57-59.

[3] 邵洪平.變電站接地網(wǎng)的土壤腐蝕因素研究[J].電力設(shè)備管理，2020（1）：113-115.

[4] 程翔.變電站接地網(wǎng)安全評估方法[J].通信電源技術(shù)，2019，36（10）：160-161.

[5] 邵洪平，李學騰.變電站接地網(wǎng)腐蝕程度分類研究[J].電力設(shè)備管理，2019（10）：54-55.

[6] 楊岳華.110 kV變電站接地網(wǎng)降阻解決方案及應用[J].通訊世界，2019，26（9）：314-315.

[7] 權(quán)學政，李朝霞.西藏某220 kV變電站接地網(wǎng)狀態(tài)評估與改造[J].電工電氣，2019（1）：34-36.

[8] 田松.某220 kV變電站接地網(wǎng)安全評估分析[J].電子世界，2018（22）：45-46.

[9] QIN S Q，WANG Y，TAI H M，et al.TEM apparent resisti-

vity imaging for grounding grid detection using artificial neural network[J].Generation，Transmission & Distribution，The Institution of Engineering and Technology，2019，13（17）：3932-3940.

[10] 王欣，郭博聞.變電站接地網(wǎng)腐蝕機理分析及腐蝕診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].吉林電力，2019，47（2）：10-12.

[11] SONG C F，WANG M，QIN X B，et al.The Optimization Algorithm of the Forced Current Cathodic Protection Base on Simulated Annealing[J].Algorithms，2019，12（4）：83.

[12] SU M M，LIN Y H，LI Z Z，et al.Analysis on frequency and impulse characteristics of grounding grid[J]. The Journal of Engineering，2019（16）：2405-2409.

[13] TONG X F，DONG X H，TAN B.High current field test of impulse transient characteristics of substation grounding grid[J].The Journal of Engineering，2019（16）：2018-2021.

[14] LI G X，WANG Y，GUAN Y L，et al.Research on evaluation method of soil corrosive property to grounding grid in transformer substation[J]. IOP Conference Series：Materials Science and Engineering，2019，479（1）：1-7.

[15] RITTONG，SIRISUMRANNUKUL.Safety impacts of electric potential and electromagnetic fields as result of faults in electric distribution system[J].Journal of the Chinese Institute of Engineers，2020，43（3）： 269-278.

[16] LI S F，F(xiàn)U Y H，XIE Y.Study on the Calculation Method of Interference Voltage of Shielded Cable under the Condition of Lightning Strike in Smart Substation Grounding Grid[J].IOP Conference Series：Materials Science and Engineering，2018，439（5）：2042-2047.

[17] 李謙.大型接地網(wǎng)性能評價技術(shù)綜述[J].廣東電力，2018，31（8）：139-146.

收稿日期：2020-06-16

作者簡介：蔣佳杰（1988—），男，江蘇宜興人，工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。