浅析变电站的接地设计

李 艳

摘要:在电站管理中常常会出现一些意外事故,这些都是由于变电站系统出现问题而导致。加上变电站接地种类较多,管理中存在一定的危险性,这就需要管理人员在进行变电站接地系统设计时从安全行、科学性、可行性等方面综合考虑,以保证工作的顺利进行。

关键词:变电站接地系统安全设计

1. 主要工作

(1) 测量变电站所处地域的视在土壤电阻率随测量极间距变化的规律,并在考虑季节、温度等影响因素后对测量结果进行校正;(2) 根据实测的视在土壤电阻率,分析得到该地区土壤电阻率分层情况;(3) 在工程初步设计中,利用常规方案对接地电阻值进行估算。

2. 改善土壤性质

大部分变电站处于高土壤电阻率地区,接地电阻很高,导致这些变电站接地不良,长期带缺陷运行,成为电力系统的事故隐患。有效降低高土壤电阻率地区发变电站的接地电阻,是电力部门的一大安全难题。 (1)了解地质结构。通过现场测量变电站视在土壤电阻率随极间距离变化的曲线,得到土壤的分层结构,并推导出视在电阻率的解析表达式,通过优化初值和边界条件,利用非线性优化方法求出土壤分层结构参数。(2)设计。根据土壤分层结构对其电流分布规律进行分析计算,得到垂直接地极的深度和布置位置,再从技术经济角度比较各种设计方案,最终推荐一种经济合理的方案。

首先在选定的垂直接地极位置用钻机钻孔并进行爆破,将岩石爆裂、爆松,然后用压力机将浆状的低电阻率材料压入深孔及爆破产生的缝隙中,通过低电阻率材料将地下大范围内的土壤内部沟通并加强接地电极与岩土的接触,从而较大幅度地降低接地电阻,并在大范围内改善土壤的散流特性,同时有效地利用了地下低电阻率层。垂直接地极可采用一圆柱体接地极来模拟,其直径与地质结构有关。垂直接地极之间通过填充低电阻率材料的裂隙广泛沟通,形成由低电阻率材料组成的连接体,并通过填充低电阻率材料的裂隙向外延伸很远,形成一个内部互联同时向外延伸的三维网状结构。降低接地电阻的基本原理是:(1) 利用地下电阻率较低的土壤层;(2)利用地下水层及金属矿物质层来改善散流;(3)降低接地极与岩土的接触电阻;(4) 降低土壤的散流电阻;(5) 贯通了岩石的固有裂隙,通向较远的土壤,与土壤中低电阻率区域相联。

3. 加大接地系统面积设计

根据现场地形条件,初步设计变电站地网主体面积,水平接地体间距,埋设深度。如此,地网内部电位虽然很高,但整个地网电位分布却非常均匀;地网以外部分的电位降落则非常快。因此,在水平地网内部接触电压非常低,而在地网边缘附近,由于电位降落较快,接触电压有较大幅度的抬升,但仍在安全范围之内。如果将填土层控制在1m内后能够把主接地网敷设在原土层下0.2m ,深埋深度约为1.2m。这样就有利于施工和运行中进行检查,当填土层超过在1m,主接地网敷设深度为填土层0.8m以下。需要注意的是水平接地体的周围应采用电阻率良好的土壤材料或降阻剂进行填充,必要时设置接地深井。

4. 屏蔽接地

目的将电气干扰源引入大地,抑制外来电磁干扰对弱电设备的影响,减少弱电设备产生的干扰,以免影响其他弱电设备。屏蔽接地可分三种:建筑屏蔽接地;

弱电设备的外壳上和屏、柜、箱的屏蔽接地;低压电缆屏蔽层接地。其中,低压电缆屏蔽层不能承受较大的电流,因为流入接地网的短路电流如果出现分流,将导致电缆损坏且影响电子设备的使用。因此低压电缆屏蔽层只能一端接地。笔者认为大量控制电缆来自于高压配电装置,如果由于故障而将高压电传入控制电缆,必定危及二次设备,故控制电缆的屏蔽层应接于二次设备室的环形接地网,自动化通信的电缆则接于保护屏上接地铜排处。在二次设备间的电缆入口处将外屏蔽的接地,可将强电干扰信号阻挡在二次设备间外。为使屏蔽更有效,在配电装置处,尽可能地穿钢管埋地敷设。

5. 接地材料的选择

接地材料,一般选择钢材,短路电流很大变电所,为减轻施工难度,建议采用铜接地。对于腐蚀方面,视土壤环境而定。本人见过一些投运约10 年的接地网,有些完好如初,只是在焊接处和距空气接近的地方有锈蚀;有些锈蚀不堪,一根原<16 圆钢(无镀锌) 只剩下约7～8mm 粗了;设计时应计及腐蚀的影响、设计使用年限和当地腐蚀数据。但年腐蚀率至今无确切数据可供设计之用,至于沿海地区、化工企业更无可靠资料,为此建议有关部门进行专题研究,提供权威性资料。为了抗腐蚀,有如下几种方法:

(1) 加大截面:在较重腐蚀地区不可取,因截面太大会造成施工困难。

(2) 镀锌:适用于一般地区。不适宜用于含有重盐碱地区,如沿海地区和化工厂。

(3) 防腐涂料:施工工艺简单,价格便宜。但是该涂料推出时间不长,其有效使用寿命,还需要进一步观察。

(4) 铜材料接地:目前有2 种; 一种为铜包钢,即在接地钢材外复一层1mm 厚的铜;另一种为全铜线,即接地装置采用全铜线材料,如铜绞线或扁铜。铜接地的连接工艺可采用火泥熔焊;火泥熔焊是利用化学反应时产生的超高热将接头内铜、钢相互熔解来完成的熔接法,连接点为分子结合,具有不随时间推移而松弛或老化的优点。但这种工艺需要专用模具和药粉,其价格较贵。而采用铜绞线,因铜绞线以成捆供货,其接头数可大幅度下降。防腐涂料、铜包钢是新型接地材料,其产品生产、订货的技术要求无国标或行标可循,为防鱼目混珠,确保质量,建议有关部门尽快制定标准。

6. 结语

总之,接地的设计一定要从各类接地特点着手,杜绝强、弱电接地混乱局面,采取等电位、均压措施,合理组成接地网。

参考文献:

[1]孟庆波、 何金良, 降低接地装置接地电阻的新方法[J]. 高电压技术, 2006, 22 (2) : 67-68.

[2]曾永林, 接地技术[M]. 水利电力出版社,2004,6.

[3]曾嵘, 高土壤电阻率地区发变电站接地技术的研究[D ]. 北京:清华大学电机工程与应用电子技术系, 2008,7.