湯 力,寧 驍,蘇 敏
(1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司孝感供電公司,湖北孝感 432000;2.中乾立源工程咨詢有限公司漢陽分公司,武漢 430050)
在電力系統(tǒng)的運行過程中,很可能會受到外界環(huán)境的干擾,其中雷擊是引發(fā)電力系統(tǒng)安全事故的一個重要原因[1]。當變電站受到雷擊時,雷電產(chǎn)生的雷電流可能會引發(fā)變電站事故,嚴重時可能會影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。因此,變電站的接地網(wǎng)接地保護成為了防止發(fā)生變電站雷擊事故的一大重要舉措[2]。
接地網(wǎng)敷設(shè)于地下,當變電站受到雷擊后,產(chǎn)生的雷電流會沿著接地網(wǎng)泄流,此時雷電流會在接地網(wǎng)周圍形成一個較大的電場。該電場作用于周圍土壤時,可能會使土壤發(fā)生非線性電離,進而影響接地網(wǎng)的沖擊特性[3]?;诖?,本文首先闡述了變電站接地的作用,然后分析了土壤非線性電離的物理過程?;谏鲜鲅芯?,計算了不同因素影響下地表電勢的變化。
在電力系統(tǒng)中,為保障設(shè)備的安全與可靠,常需要對設(shè)備進行接地保護(見圖1)。當設(shè)備遇到雷擊時,產(chǎn)生的雷電流可以通過接地通道泄流,即可保證設(shè)備的安全。變電站的接地保護基本可分為以下4類[4]:(1)工作接地:為保障電力系統(tǒng)安全運行所設(shè)置的接地保護;(2)保護接地:為防止設(shè)備絕緣損壞所設(shè)置的接地保護:(3)雷電保護接地:為防止設(shè)備被雷擊而發(fā)生損壞所設(shè)置的接地保護;(4)防靜電接地:防止靜電對設(shè)備產(chǎn)生損害所設(shè)置的接地保護。
圖1 埋地電力電纜
根據(jù)電磁場理論,當電流流過導(dǎo)體時,會在其周圍產(chǎn)生一個電場,該電場的電場強度與電流的大小密切相關(guān)。因此,當變電站遭遇雷擊時,雷電流沿著接地導(dǎo)體泄流,此時雷電流會在接地導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一個電場。隨著雷電流的增大,該電場的電場強度也隨之增強,導(dǎo)致接地導(dǎo)體周圍土壤的電阻率隨之減小。當雷電流達到一個閾值,即會將接地導(dǎo)體周圍的土壤發(fā)生非線性電離,進而擊穿。若此時該電場的電場強度還在繼續(xù)增加,則可能導(dǎo)致土壤出現(xiàn)電弧放電[5]。
在對接地網(wǎng)沖擊特性的研究中,地表電勢的變化是一個重要內(nèi)容。因此,分別對土壤電阻率、接地網(wǎng)埋深對地表電勢的影響展開研究。
采用文獻[6]的地網(wǎng)模型,分別計算不同土壤電阻率對最大地表電位升、接觸電壓、跨步電壓的影響,計算結(jié)果如圖2~4所示。
圖2 土壤電阻率對最大地表電位升的影響
觀察圖2可知,隨著土壤電阻率的增大,地表最大電位升越高,同時隨著雷電流幅值的增大,地表最大電位升也呈現(xiàn)增大趨勢。同時接觸電阻與跨步電壓也呈現(xiàn)相同的變化趨勢(見圖3~4)。
圖3 土壤電阻率對接觸電壓的影響
圖4 土壤電阻率對跨步電壓的影響
為研究接地網(wǎng)埋深對地表電勢的影響,采用上述地網(wǎng)模型,分別仿真計算不同接地網(wǎng)埋深對最大地表電位升、接觸電壓、跨步電壓的影響,計算結(jié)果如圖5~7所示。
圖5 接地網(wǎng)埋深對最大地表電位升的影響
圖6 接地網(wǎng)埋深對接觸電壓的影響
圖7 接地網(wǎng)埋深對跨步電壓的影響
觀察圖5~7可知,隨著接地網(wǎng)埋深的增加,最大地表電位升和跨步電壓隨之增大,而接觸電壓呈現(xiàn)減小趨勢。而隨著雷電流幅值的增大,最大地表電位升、接觸電壓、跨步電壓均呈現(xiàn)增大趨勢。
變電站作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán),其可靠性直接影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為避免變電站因雷擊造成安全事故,變電站的接地網(wǎng)接地保護至關(guān)重要。為此,本文首先闡述了變電站接地的作用,然后分析了土壤非線性電離的物理過程。基于上述研究,計算了不同因素影響下地表電勢的變化,為后續(xù)變電站接地網(wǎng)的研究提供了一定的參考依據(jù)。