变电站工程防雷接地系统可靠性分析

产品简介

变电站的接地网是用于工作接地、防雷接地、保护接地的重要设施，是确保人身、设备、电网安全的重要环节。接地网属于隐蔽工程，在施工和运行中容易被忽视。当出现雷击等事故时，如接地网有缺陷，短路电流无法在土壤中扩散，则会导致接地网电位升高，设备金属外壳带电而危及人身安全以及击穿二次保护装置的绝缘，甚至损坏设备，扩大事故，破坏电网系统稳定。所以，科学合理的设计变电站防雷接地网对提高电网安全可靠运行极为重要。

1、变电站防雷接地的特点

  变电站发生接地故障时，会有强大的单相短路电流从接地点注入地中，可能产生很高的接地电压。根据变电站运行经验，继电保护动作最高允许接地电压为2000V，因此接地电阻应满足：R≤2000/I（其中Rj为接地装置的接地电阻，Ω；I为计算用的流经接地装置的入地短路电流，A）。当I大于4000A时，可得R不大于0.5Ω。现在变电站防雷接地设计中，不论户内式还是户外式变电站，接地电阻一般按不大于0.5Ω设计。

  由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足电力行业标准要求R≤2000/I是非常困难的。现行标准对接地电阻值规定要放宽到5Ω，但是放宽是有附加条件的，这就是需要满足接地标准的相关规定，根据工程的具体条件，在不超过5Ω的某一个范围内都是合格的。这就为我们接地设计和施工增加了灵活性，不必在变电站的接地工程中花费巨额投资，追求0.5Ω的接地电阻值。所以，现行标准并没有降低对接地网整体性的要求，而是对接地网的安全性要求更高更全面了，这就是接地设计必须遵循的原则和电网运行对接地网的考核要求。

  变电站的接地网一般为网格式地网，论形式可分为长孔接地网和方孔接地网。水平接地带间距通常为5.0-8.0m。除了在避雷针(线）和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置2.5-6.0m的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带，接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。另有一些工程采用不等间距网格布置，是以水平接地带为主的地网。不等间距的网格布置尺寸的确定有2种方式：①由接地计算程序输入相关数据计算确定；②根据以往工程经验，在采用不等间距网格布置时，尽量将水平接地带靠近设备，以便缩短设备引下线长度。

2、目前变电站防雷接地面临的主要问题

2.1接地网系统

  若接地装置的接地电阻过大，接地装置的地电位就会抬高，《交流电气装置的接地》规程中规定，因此要求接地网电位低于2KV。事实上对于大接地短路电流系统，随着电力系统容量的增大，流经接地网的入地短路电流也大大增加，可能高达10KA以上，即使接地电阻在0.5Ω，接地电压也高达5KV以上。在这种情况下，如接地网的均压、分流和限流措施不好，当系统发生单相接地故障时，就会造成电网的局部地带跨步电压和接触电压过大，可能发生人身电击伤害事故。在变电站接地装置局部腐蚀、导体截面不等、土壤电阻率不均匀、设备接地引下线过长等情况下以及在故障短路电流作用下，都将导致接地网中出现高的电位差。

2.2土壤因素

  位于高土壤电阻率地区的变电站,在不采取任何降阻措施的情况下,要达到0.5Ω的设计要求非常困难。多年来,设计人员大多采用外引接地体(实为增大接地网面积)、深埋接地体、换土回填、添加降阻剂、采用深井接地等手段来降低接地电阻,勉强使变电站在投运初期达到设计规定的0.5Ω,但随着变电站运行时间的推移,降阻手段将逐年失效接地电阻仍会逐年上升,突破设计规范规定。因此,高土壤电阻率地区的接地设计如硬性采取各类降阻措施,不一定能达到很好的效果且在经济上极不合理,很有必要探讨不同地区、不同条件的变电站接地电阻统一采用不大于0.5Ω的标准是否合适[2]。

2.3地网的结构

  变电站的接地装置，大多数都是以水平接地极为主，外缘闭合，内部敷设若干均压导体的接地网。在以往的设计中，均压导体一般按等间距布置。由于端部效应和邻近效应，各均压导体散流很不均匀，接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的3～4倍，因此，地网边缘部分的电场强度比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀，且不均匀程度随接地网面积的增大和网孔数的增多而越来越严重。因此，接地网采用不等间距布置均压导体更为合理。该布置形式中部间距大，边缘间距小，大大减少了电位梯度分布不均匀。

3、接地新技术的应用

3.1高密电法测量土壤电阻率

  土壤电阻率的准确性也关系到接地的质量，由于土壤结构、层次较为复杂，土壤电阻率分布不均匀，针对高土壤电阻率地区，采用高密电法测量土壤电阻率代替传统的测量方式。高密电法是采用高密度测点的电法勘探新技术，观测精度高，数据采集可靠，由电脑程序控制给电极供电，各种地下隐患如裂缝、洞穴、软弱夹层在探测成果图上有明显、直观的反映，提高了野外工作效率而且更形象的反映出岩土体的电断面的电性分布和结构特征，从而获得丰富的地质信息，提高解决实际问题的能力。

3.2异频大电流接地电阻测试技术

  接地阻抗应该是接地装置对远方电位零点的阻抗。目前传统的接地阻抗测量方法为三极电位补偿法（图1），包括我国电力部门仍大量使用的0.618法和30度夹角法。根据使用仪器的不同，又产生了许多的测量方法，如电压一电流法、电桥法(摇表法)、电位计法等。

  接地阻抗测量的主要干扰是工频干扰。由于电力系统三相负荷不平衡及输电线路三相电参数不对称，在中性点接地系统中就有不平衡电流经接地网工频干扰电流。

  异频测量是指使用异频电源注入接地网的电流信号频率避开工频，以便于从测量信号中去除干扰信号，利用频谱技术提取有用信号，采用计算机进行数据处理，能消除地网中的工频及高频干扰，提高了接地电阻测量的准确性。

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