淺析變電站的接地設計

李 艷

摘要:在電站管理中常常會出現一些意外事故,這些都是由于變電站系統出現問題而導致。加上變電站接地種類較多,管理中存在一定的危險性,這就需要管理人員在進行變電站接地系統設計時從安全行、科學性、可行性等方面綜合考慮,以保證工作的順利進行。

關鍵詞:變電站接地系統安全設計

1. 主要工作

(1) 測量變電站所處地域的視在土壤電阻率隨測量極間距變化的規律,并在考慮季節、溫度等影響因素后對測量結果進行校正;(2) 根據實測的視在土壤電阻率,分析得到該地區土壤電阻率分層情況;(3) 在工程初步設計中,利用常規方案對接地電阻值進行估算。

2. 改善土壤性質

大部分變電站處于高土壤電阻率地區,接地電阻很高,導致這些變電站接地不良,長期帶缺陷運行,成為電力系統的事故隱患。有效降低高土壤電阻率地區發變電站的接地電阻,是電力部門的一大安全難題。 (1)了解地質結構。通過現場測量變電站視在土壤電阻率隨極間距離變化的曲線,得到土壤的分層結構,并推導出視在電阻率的解析表達式,通過優化初值和邊界條件,利用非線性優化方法求出土壤分層結構參數。(2)設計。根據土壤分層結構對其電流分布規律進行分析計算,得到垂直接地極的深度和布置位置,再從技術經濟角度比較各種設計方案,最終推薦一種經濟合理的方案。

首先在選定的垂直接地極位置用鉆機鉆孔并進行爆破,將巖石爆裂、爆松,然后用壓力機將漿狀的低電阻率材料壓入深孔及爆破產生的縫隙中,通過低電阻率材料將地下大范圍內的土壤內部溝通并加強接地電極與巖土的接觸,從而較大幅度地降低接地電阻,并在大范圍內改善土壤的散流特性,同時有效地利用了地下低電阻率層。垂直接地極可采用一圓柱體接地極來模擬,其直徑與地質結構有關。垂直接地極之間通過填充低電阻率材料的裂隙廣泛溝通,形成由低電阻率材料組成的連接體,并通過填充低電阻率材料的裂隙向外延伸很遠,形成一個內部互聯同時向外延伸的三維網狀結構。降低接地電阻的基本原理是:(1) 利用地下電阻率較低的土壤層;(2)利用地下水層及金屬礦物質層來改善散流;(3)降低接地極與巖土的接觸電阻;(4) 降低土壤的散流電阻;(5) 貫通了巖石的固有裂隙,通向較遠的土壤,與土壤中低電阻率區域相聯。

3. 加大接地系統面積設計

根據現場地形條件,初步設計變電站地網主體面積,水平接地體間距,埋設深度。如此,地網內部電位雖然很高,但整個地網電位分布卻非常均勻;地網以外部分的電位降落則非常快。因此,在水平地網內部接觸電壓非常低,而在地網邊緣附近,由于電位降落較快,接觸電壓有較大幅度的抬升,但仍在安全范圍之內。如果將填土層控制在1m內后能夠把主接地網敷設在原土層下0.2m ,深埋深度約為1.2m。這樣就有利于施工和運行中進行檢查,當填土層超過在1m,主接地網敷設深度為填土層0.8m以下。需要注意的是水平接地體的周圍應采用電阻率良好的土壤材料或降阻劑進行填充,必要時設置接地深井。

4. 屏蔽接地

目的將電氣干擾源引入大地,抑制外來電磁干擾對弱電設備的影響,減少弱電設備產生的干擾,以免影響其他弱電設備。屏蔽接地可分三種:建筑屏蔽接地;

弱電設備的外殼上和屏、柜、箱的屏蔽接地;低壓電纜屏蔽層接地。其中,低壓電纜屏蔽層不能承受較大的電流,因為流入接地網的短路電流如果出現分流,將導致電纜損壞且影響電子設備的使用。因此低壓電纜屏蔽層只能一端接地。筆者認為大量控制電纜來自于高壓配電裝置,如果由于故障而將高壓電傳入控制電纜,必定危及二次設備,故控制電纜的屏蔽層應接于二次設備室的環形接地網,自動化通信的電纜則接于保護屏上接地銅排處。在二次設備間的電纜入口處將外屏蔽的接地,可將強電干擾信號阻擋在二次設備間外。為使屏蔽更有效,在配電裝置處,盡可能地穿鋼管埋地敷設。

5. 接地材料的選擇

接地材料,一般選擇鋼材,短路電流很大變電所,為減輕施工難度,建議采用銅接地。對于腐蝕方面,視土壤環境而定。本人見過一些投運約10 年的接地網,有些完好如初,只是在焊接處和距空氣接近的地方有銹蝕;有些銹蝕不堪,一根原<16 圓鋼(無鍍鋅) 只剩下約7～8mm 粗了;設計時應計及腐蝕的影響、設計使用年限和當地腐蝕數據。但年腐蝕率至今無確切數據可供設計之用,至于沿海地區、化工企業更無可靠資料,為此建議有關部門進行專題研究,提供權威性資料。為了抗腐蝕,有如下幾種方法:

(1) 加大截面:在較重腐蝕地區不可取,因截面太大會造成施工困難。

(2) 鍍鋅:適用于一般地區。不適宜用于含有重鹽堿地區,如沿海地區和化工廠。

(3) 防腐涂料:施工工藝簡單,價格便宜。但是該涂料推出時間不長,其有效使用壽命,還需要進一步觀察。

(4) 銅材料接地:目前有2 種; 一種為銅包鋼,即在接地鋼材外復一層1mm 厚的銅;另一種為全銅線,即接地裝置采用全銅線材料,如銅絞線或扁銅。銅接地的連接工藝可采用火泥熔焊;火泥熔焊是利用化學反應時產生的超高熱將接頭內銅、鋼相互熔解來完成的熔接法,連接點為分子結合,具有不隨時間推移而松弛或老化的優點。但這種工藝需要專用模具和藥粉,其價格較貴。而采用銅絞線,因銅絞線以成捆供貨,其接頭數可大幅度下降。防腐涂料、銅包鋼是新型接地材料,其產品生產、訂貨的技術要求無國標或行標可循,為防魚目混珠,確保質量,建議有關部門盡快制定標準。

6. 結語

總之,接地的設計一定要從各類接地特點著手,杜絕強、弱電接地混亂局面,采取等電位、均壓措施,合理組成接地網。

參考文獻:

[1]孟慶波、 何金良, 降低接地裝置接地電阻的新方法[J]. 高電壓技術, 2006, 22 (2) : 67-68.

[2]曾永林, 接地技術[M]. 水利電力出版社,2004,6.

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