关于变电站接地电阻的校验方法研究

方毅　李孟

摘要：电力系统运行过程中，其运行情况与接地系统存在很大联系，使得整个变电站接地电阻校验工作十分重要。本文对变电站接地电阻的设计要求进行总结，并从单相入地短路电流的计算、接地电阻的最大值计算、接地网设计方案的确定、接触电位差和跨步电位差的校验四方面，论述了变电站接地电阻的校验方法。

关键词：变电站;接地电阻;校验

前言：随着我国经济的不断发展，人们对电能的需求量得到了进一步提升，电网分布也变得越来越密集。在此项建设之中，110kV变电站建设占据了很大比重，相关部门对该类变电站实施了模块化通用设计。变电站接地网的布置情况与人身和设备安全存在直接联系，而且接地网的合理设计，与变电站运行情况息息相关。

1.项目概况

在实际技术方案实施过程中，主要集中在一套直流系统馈线接地电阻校验装置的研究，供电装置为AC220。主体仪器接线操作主要由人工完成，借助于相关程序控制，实现电阻值的有效改变，并对告警阻值进行全面记录，在完成一路馈线之后，方可将其切换到下一路馈线之中。另外，在该装置应用过程中，具备明显的液晶显示功能，进而将所有的测量结果显示出来，并对其进行记录。站在实际研究角度来说，整个变电站直流系统馈线接地告警电阻阻值校验，属于是使用不同组织的电阻或者是滑线，实现手动记录和操作，该项检测的操作量较大，而且消耗时间较长。而在该种装置得到应用之后，可以节省大量的人力和物力资源。

2.变电站接地电阻的设计要求

2.1变电站接地网的均压要求

在早期变电站接地网设计过程中，水平接地导体均已等间距布置为主，随着相关研究人员研究理论的进一步深入，水平接地网不等间距的布置形式被突显出来，不等间距的布置优势也逐步展示出来，而且该种方式也逐步得到了大众的认可。一般情况下，水平导体等间距布置主要指相邻导体之间的距离是相同的，但该种布置形式会导致中心网孔接触电压和跨步电压高于外部网孔，进而带来很大的安全风险。所谓不等间距布置，主要指水平接地网导体按照具体指数规律进行排列，进而将地表电位的梯度降低。相关调查研究结果显示，倘若存在跨步电压超标，或者是电位梯度过大等问题，将会对均压性能产生严重影响。所以说，在整个设计工作开展过程中，相关工作人员需要对地网散流以及均压等问题进行充分考量，避免整个地网施工操作之中出现偷工减料等问题[1]。

2.2电气设备接地与接地网之间的联通特点

从长期的实验论证中可以看出，整个变电站运行过程中存在很多安全隐患，如变压器、相关电气装置以及地网连接等等，实际问题产生的原因主要集中在以下几方面之中：第一，在整个新建变电站过程中，接地网会提前完成，而且在变电站增容以及扩建时，对于主接地网只能进行简单的修复操作，有些甚至不能进行修复操作。第二，对于新上设备，为了方便研究工作的开展，很多工作人员将设备接地线和电缆沟之中的接地网直接连接在一起，甚至与具体的接地需求相背离，在新上设备接地线串联之后，与电缆沟中的接地网连接在一起。此种情况之下，由于电缆沟中的环境湿度较大，敷设在内部的接地网导体极容易被腐蚀，严重时还会出现断裂风险，对设备接地保护工作的开展产生严重影响。

3.变电站接地电阻的校验方法

某变电站的建设规模如下：在主变压器选择上，主要以远景3×50MVA为主，电压等级为110kV/10kV，变压器数量为两台，型号为三相绕组变压器。在实际供电线路设计上，主要涉及到的内容有电缆和架空线，其中，电缆长度为2.4km，单回路架空线长度为5.8km。

3.1单相入地短路电流的计算

在主体常用基准值选择上，Sj=100MVA;Uj=115kV，Ij=0.502kA。在甲方所提供的供電系统之中，具体的短路容量能够达到1300MVA。另外，从实际单相短路时的入地计算中可以看出，相关工作人员可以根据具体的三相序网概念，而且在正序网络和负序网络之中，流经系统中性点和变压器中性点的电流为0。另外，在具体零序网络建设上，中性点的电流可以通过三相电流之和进行确定，是零序电流分量的三倍以上，具体流经变压器中性点电流为：

最终计算的结果为1.35kA，在后续，倘若变电站内部出现短路电流之后，具体接地装置内部的电流表达式如下：

最后，在实际系统参数确定过程中，在实际远景短路电流计算上，一般以简化或者是近似计算为主，在计算之前，可以假设故障发生前，系统处于空载状态，而且所有节点电压以平均额定电压数值为主，此种情况之下，系统之中的各个元件电阻将会得到进一步忽略，进而实现对短路电流故障分量和基频周期分量的计算。

3.2接地电阻的最大值计算

在有效接地和低电阻接地系统之中的所有电气装置应用过程时，需要确保接地电阻符合下列要求，即R≤2000/I。其中，R代表整个季节变化过程中的最大接地电阻，单位为Ω。I代表计算用的流经接地装置的入地短路电流，单位为A。经过计算之后，主体规模下的接地网电阻R≤2000/2140=0.934Ω。对于远景规模接地网电阻，实际计算形式为R≤2000/9610=0.208Ω。如果变电站直流系统对地电阻阻值低于标准要求，系统便会产生相应的报警信号，进而对设备运行产生影响，本项目的实施主要是对该阻值进行校验。使用可变电阻R与直流电源相互连接，并由高到低的改变R值，直到告警信号消失之后，对R数值进行记录。

3.3接地网设计方案的确定

在实际变电站主接地网设计过程中，主要以孔接地网为主线，均压带总根数为21根。一般情况下，在变电站接地网技术总参数确定上，变电站主接地网主要以水平接地网的应用为主，而且实际接地材料的选择，主要以铜绞线为主，横截面为120mm2，接地形式以复合接地体为主。另外，如果是垂直接地体建设，以φ14.2的镀铜接地棒应用为主，长度为2.5m，总数量为79根。站在接地总长度角度来说，主要计算形式为垂直接地体+水平接地体，总数量为1300m，而且接地往外边缘线的总长度为220m。借助于上述数据，可以对具体的接地电阻进行计算，最终得到的结果为0.237Ω。本次工程在接地装置设计过程中，虽然与远景规模下的接地电阻需求不相符，但其校验效果将会得到完整性呈现。由于接地电阻之中的阻值差距并不大，相关工作人员可以借助于合理的技术经济比较，适当增加接地电阻值，确保接地电阻值不会高于5Ω。但从实际变电站运行情况角度来说，工作人员应根据远景情况对接触电位差和跨步电位差进行校验[2]。

3.4接触电位差和跨步电位差的校验

所谓接触电位差，主要指当接地短路电流经过接地装置之后，会在大地表面形成相应的分布电位差，而且在地面上，会与相关设备的水平距离保持0.8m，与墙壁地面的垂直距离为1.8m，这两点之间所形成的电位差即接触电位差。站在跨步电位差角度来说，主要是地面上水平距离为0.8m的两点间电位差。在两电位差允许值计算上，可以根据《交流电气装置的接地》中的相关规定进行，在110kV及以上的接地系统建设上，可以根据实际单相接地，或者是同点两相接地，确保变电站接地装置之中的接触电压和跨步电压不会超过规定数值。而且在实际校验工作开展上，远景最大接触电位差为382.6V，跨步电位差为161.7V。如果变电站处于水泥混凝土路面，电位差的确定可以根据《电力工程电气设计手册》进行。

总结：综上所述，站在实际工作角度来说，如果系统应用单相接地短路电流，减去变压器中的中性点短路电流来获取入地电流，相关电位差也会得到本质性呈现，为后续变电站接地系统设计创造有利条件。倘若工程周围铺设以碎石为主，人们可以借助于接触电位差允许值计算，提升整个电位差的允许值。

参考文献：

[1]丁晓雨.光伏发电系统大地网接地电阻检测及影响因素研究[J].通信电源技术，2019，36（05）：206-207.

[2]郭彩丽.变电站接地电阻的设计及校验方法[J].中国新技术新产品，2019（02）：95-97.