摘要：在變電所接地設(shè)計(jì)中，要從接地電阻與短路電流的關(guān)系、裝置的比選、裝置的防腐、接觸電勢(shì)與跨步電壓驗(yàn)算以及埋設(shè)深度等方面分析入手，并認(rèn)真分析有可能存在的各種接地問(wèn)題;同時(shí)，還應(yīng)綜合各方面的特點(diǎn)，從中選擇最優(yōu)方案，并靈活采取多種措施，最終確保變電所的人身和設(shè)備安全。

關(guān)鍵詞：變電所、接地裝置、短路電流、接地電阻

Abstract: in the substation grounding design, want grounding resistance and short circuit current from the relationship between the device than the election, and the device anti-corrosion, contact potential and checking the embedding depth and step voltage aspects analysis, and careful analysis of the possible ground problems; At the same time, it should be comprehensive in all aspects of the features, choose the optimum scheme, and adopted various measures, and eventually to ensure that the person and equipment safety substation.

Keywords: substation, grounding device, short-circuit current, grounding resistance

變電所接地裝置具有一次性建設(shè)、維護(hù)困難等特點(diǎn)。變電所接地工程，是一項(xiàng)非常重要的系統(tǒng)工程，必須加以重視，統(tǒng)籌考慮，分析其原因，把握對(duì)變電所接地裝置的設(shè)計(jì)，并解決存在的問(wèn)題。

1接地裝置的設(shè)計(jì)

變電所的接地是一個(gè)看似簡(jiǎn)單、而實(shí)際上卻非常復(fù)雜又至關(guān)重要的問(wèn)題，它直接關(guān)系到人身和設(shè)備的安全。下面我們通過(guò)對(duì)接地裝置的設(shè)計(jì)，提出方案。

1.1正確分析短路電流

通常情況下接地電阻值不大于0.5Ω。在高土壤電阻率地區(qū)，當(dāng)要求接地裝置做到規(guī)定的接地電阻在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上很不合理時(shí)，大接地短路電流系統(tǒng)接地電阻可以為R≤5Ω。根據(jù)規(guī)定，主要是以發(fā)生接地故障時(shí)，接地電位的升高不超過(guò)2kV進(jìn)行控制，其次以接地電阻不大于 0.5Ω和5Ω進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)際中，人們往往認(rèn)為，接地電阻測(cè)量值小于0.5Ω即為合格，大于0.5Ω就是不合格，而沒(méi)有認(rèn)清機(jī)理，忽視短路電流的大小，這是不恰當(dāng)?shù)�。接地的�?shí)質(zhì)是控制變電所發(fā)生接地短路時(shí)，故障點(diǎn)地電位的升高，因此接地主要是為了設(shè)備及人身的安全，起作用的是電位而不是電阻。接地電阻是衡量地網(wǎng)合格的一個(gè)重要參數(shù)。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增大，一般單相短路電流值較大，從安全運(yùn)行的角度出發(fā)，不管在什么情況下，都應(yīng)該驗(yàn)算地網(wǎng)的接觸電勢(shì)和跨步電壓，必要時(shí)應(yīng)采取防止高電位外引的隔離措施。對(duì)于有效接地系統(tǒng)110kV以上變電所，線路架空地線都直接與變電站出線架構(gòu)相連。當(dāng)發(fā)生接地短路時(shí)，很大一部分短路電流經(jīng)架空地線系統(tǒng)分流，在計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮該部分分流作用。發(fā)生接地故障時(shí)，總的短路電流是一定的，增大架空地線的分流電流，入地短路電流就相應(yīng)減小，因此，降低架空地線的阻抗也是接地設(shè)計(jì)需要考慮的重要方面。經(jīng)分析可知，入地短路電流是總的接地短路電流減去架空地線的分流，再減去流經(jīng)變壓器中性點(diǎn)的電流。如此計(jì)算，實(shí)際入地短路電流值就相對(duì)比較小，根據(jù)R≤2000/I的要求，接地電阻相應(yīng)的允許值就比較大，此時(shí)按規(guī)定值控制，設(shè)計(jì)自然就容易滿足。

1.2接地裝置布置方式的比選

在接地設(shè)計(jì)中，采用的土壤電阻率要準(zhǔn)確，否則會(huì)造成設(shè)計(jì)的誤差。土壤電阻率的測(cè)量是工程接地設(shè)計(jì)重要的第一手資料，由于受到測(cè)量設(shè)備、方法等條件的限制，土壤電阻率的測(cè)量往往不夠準(zhǔn)確，尤其是地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或有不均勻地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地區(qū)。為保證電阻率準(zhǔn)確性，勘測(cè)時(shí)可以采用兩種以上方法，對(duì)所測(cè)結(jié)果相互對(duì)照，提高精度，減小誤差。

根據(jù)地網(wǎng)接地電阻的估算公式：R≈0.5ρ/s

式中：ρ為土壤電阻率，Ω•m;s為接地網(wǎng)面積，m2;R為地網(wǎng)接地電阻，Ω。ρ一定時(shí)，接地電阻基本上由接地網(wǎng)面積決定，地網(wǎng)面積一旦確定，其接地電阻也就基本確定。因此，在地網(wǎng)布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分利用變電所的全部可利用面積，如果地網(wǎng)面積過(guò)小，其接地電阻是很難降低的。

在35kV及以上變電所中，一般采用水平接地線為主，帶有垂直接地極的復(fù)合型地網(wǎng)。垂直接地極對(duì)地網(wǎng)的接地電阻值影響并不大，據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，水平地網(wǎng)中附加長(zhǎng)2.5m、直徑40 mm的垂直接地極若干，其接地電阻僅下降2.8%～8%。但是垂直接地極對(duì)沖擊電流、雷電流散流作用較好，因此，在地網(wǎng)及獨(dú)立避雷針、線路避雷線、避雷器的引下線處應(yīng)敷設(shè)垂直接地極，以加強(qiáng)集中接地和散泄雷電流。在變電所地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，條件允許時(shí)采用方孔均壓網(wǎng)設(shè)計(jì)更為可靠，利于提高接地安全性，但工程造價(jià)及施工難度也相對(duì)提高。

2變電所接地網(wǎng)存在問(wèn)題

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，接地短路電流越來(lái)越大，接地網(wǎng)的問(wèn)題也越來(lái)越突出，接地網(wǎng)的問(wèn)題往往造成事故或使事故擴(kuò)大。經(jīng)對(duì)多座變電所的調(diào)查分析，其接地網(wǎng)主要存在以下一些問(wèn)題。

2.1接地網(wǎng)的均壓?jiǎn)栴}

通過(guò)對(duì)若干座變電所接地網(wǎng)的電位分布測(cè)試，發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)的均壓大多不符合要求，特別是橫向電位分布，電位梯度大，跨步電壓超標(biāo)。這是由于在接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)把接地電阻作為主要的技術(shù)指標(biāo)，而忽略了地網(wǎng)的均壓和散流。由于地網(wǎng)的均壓不好，在短路電流或沖擊電流入地時(shí)就會(huì)造成地網(wǎng)的局部電位升高，高壓向低壓反擊燒壞微機(jī)控制設(shè)備或低壓控制回路。

2.2設(shè)備的接地與地網(wǎng)之間的連通問(wèn)題

對(duì)于運(yùn)行中的若干座變電所進(jìn)行全面檢查和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)存在的最大問(wèn)題不是接地網(wǎng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，而是變電所內(nèi)的電氣設(shè)備與接地網(wǎng)的連接問(wèn)題，檢查發(fā)現(xiàn)多處設(shè)備接地與接地網(wǎng)不通，或連接不良，這里既有變壓器、斷路器，也有隔離開(kāi)關(guān)、避雷器等，特別是有一座110kV變電所，發(fā)現(xiàn)110kV電壓互感器和避雷器間隔的接地與地網(wǎng)不通，在此之前曾多次發(fā)生雷擊時(shí)燒壞斷路器、隔離開(kāi)關(guān)和互感器，而避雷器不動(dòng)作，即使避雷器動(dòng)作，也同樣會(huì)出現(xiàn)由于接地不良?xì)垑焊叨鴵p壞設(shè)備。造成上述情況的主要原因：

(1)設(shè)備的接地引下線與地網(wǎng)焊接不良，焊接頭焊口長(zhǎng)度不夠，且大多為點(diǎn)焊，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕，從焊口處開(kāi)路。

(2)接地網(wǎng)水平接地體的接頭處焊接不符合要求，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕形成開(kāi)路。

(3)設(shè)備接地引下線的截面小，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的銹蝕，從地下銹斷。

(4)有些設(shè)備接地引下線與設(shè)備外殼用螺絲連接，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間會(huì)銹蝕，在連接處由于生銹形成開(kāi)路。

(5)一些設(shè)備通過(guò)混凝士基礎(chǔ)或構(gòu)架的內(nèi)筋接地，而這些基礎(chǔ)或內(nèi)筋在施工時(shí)又沒(méi)有進(jìn)行可靠的電氣連接和試驗(yàn)，從而造成了開(kāi)路。

2.3接地引下線及接地體的截面偏小滿足不了短路電流的熱穩(wěn)定

經(jīng)檢查此現(xiàn)象較為普遍，由于接地體或設(shè)備的接地引下線不能滿足短路電流熱穩(wěn)定的要求，在發(fā)生接地短路時(shí)，接地引下線往往被燒斷，使設(shè)備外殼上有較高的過(guò)電壓，有時(shí)會(huì)反擊到低壓二次回路，使事故擴(kuò)大。還有是因?yàn)樵O(shè)備的接地引下線截面不夠，在設(shè)備發(fā)生接地短路時(shí)，高壓竄入低壓回路，燒壞二次保護(hù)、控制電纜，使事故擴(kuò)大。造成接地引下線或主接地體截面不夠的主要原因如下：

(1)設(shè)計(jì)時(shí)只考慮當(dāng)時(shí)電網(wǎng)的短路電流，沒(méi)有考慮到電網(wǎng)的發(fā)展，隨著接地短路電流增大，以致于設(shè)備的接地線已不能滿足熱穩(wěn)定要求。

(2)設(shè)計(jì)時(shí)只考慮接地線的截面能滿足接地短路電流熱穩(wěn)定的要求，而沒(méi)有在壽命期內(nèi)作腐蝕校核。經(jīng)過(guò)若干年的腐蝕，接地線和接地體已不能滿足接地短路電流熱穩(wěn)定的要求。

(3)有些變電所是經(jīng)過(guò)若干次擴(kuò)建而成的，在擴(kuò)建時(shí)僅考慮了新增部分，而對(duì)原來(lái)的地網(wǎng)和接地引下線沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行改造，導(dǎo)致在一個(gè)變電所內(nèi)，有部分設(shè)備的接地線和地網(wǎng)符合要求，而又有一部分接地線和地網(wǎng)不符合要求。

(4)接地工程是一個(gè)隱蔽性工程，施工完不容易檢查，所以有的偷工減料，不按圖施工，在新建時(shí)留下事故隱患。

2.4接地裝置的腐蝕問(wèn)題

接地裝置的腐蝕是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題，變電所接地網(wǎng)最容易發(fā)生腐蝕的是接地引下線。由于腐蝕，接地線不能滿足接地短路電流熱穩(wěn)定的要求，或者形成電氣上的開(kāi)路，使設(shè)備失去接地。

2.5水平接地體的埋深不滿足要求

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水平接地體要埋深0.6m以下，可是有許多水平接地體埋深不足0.3m，有的甚至浮在地表。由于水平接地體埋深不夠，往往會(huì)造成以下一些不良后果：

(1)接地電阻受季節(jié)影響，尤其受土壤干濕度影響較大，由于表層土壤容易干燥，所以造成接地裝置的接地電阻不穩(wěn)定。

(2)由于水平接地體的埋深不夠，影響接地網(wǎng)的均壓，在發(fā)生接地短路時(shí)，地面的跨步電壓較大，對(duì)巡視人員構(gòu)成威脅。

(3)上層土壤的含氧濃度高，容易發(fā)生腐蝕。

2.6接地電阻超標(biāo)問(wèn)題

在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)有的變電所接地電阻超標(biāo)，接地電阻超標(biāo)主要有兩方面的原因，一是由于各種條件的限制，在變電所建成時(shí)接地電阻就超標(biāo);二是由于腐蝕使接地網(wǎng)部分和主地網(wǎng)斷開(kāi)，使電阻變大。

2.7接地網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)問(wèn)題

對(duì)地面的電氣設(shè)備，規(guī)程都明確規(guī)定了大小修周期，即使實(shí)行狀態(tài)檢修，也要定期檢查和測(cè)試設(shè)備的各種性能，如不能滿足要求就會(huì)及時(shí)安排大小修。但是由于接地裝置常被埋在地下，不便于檢查，也很少受到重視，即使試驗(yàn)也僅僅是定期測(cè)量接地電阻，這樣就使許多接地裝置帶故障運(yùn)行，有時(shí)直到事故發(fā)生后，才引起重視。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孟祥萍.電力系統(tǒng)分析[M].北京：高等教育出版社，2004.

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