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）

引言

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。

1 變電站接地網(wǎng)的作用

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

2 土壤非線性電離的物理過程

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]。

3 不同因素影響下地表電勢分析

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。

3.1 土壤電阻率對地表電勢的影響

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

3.2 接地網(wǎng)埋深對地表電勢的影響

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。

4 結(jié)束語

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)。