電力工程中接地技術(shù)的應(yīng)用探索

顧正綱

（黑龍江省電力有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

1 接地地網(wǎng)的主要作用及基本要求

1.1 雷電流泄流

雷電流的能量頻譜顯著高于工頻電流，泄流瞬間的電位差主要決定于電流變化率產(chǎn)生的感抗。

防雷裝置地上高度hx處的電位：

式中UR－雷電流流過防雷裝置時(shí)接地裝置上的電阻電壓降（kV）；

UL－雷電流流過防雷裝置時(shí)引下線上的電感電壓降（kV）；

Ri-接地裝置的沖擊接地電阻（Ω）；

di/dt-雷電流陡度（kA/μs）;

I-雷電流幅值（kA）；

L0－引下線的單位長(zhǎng)度電感（μH／m）;

雷電流時(shí)間尺度為微秒級(jí)，相對(duì)而言電阻電壓降很小。據(jù)計(jì)算 8/20μs、1.5/40μs、10/700μs波型的90%峰值電流積累值分別出現(xiàn)在24KHz、87KHz、和 11KHz附近。其頻率為工頻電流的1000倍左右。感抗變得十分重要。過長(zhǎng)的地線對(duì)雷電流的泄放作用很小，因而主要用于雷電流泄流的地網(wǎng)其長(zhǎng)度應(yīng)滿足防雷接地體的有效長(zhǎng)度Le≤2ρ0.5的要求。

1.2 故障電流的泄放

這是電力部門電廠及變壓站地網(wǎng)設(shè)計(jì)中主要考慮的問題。由于故障電流多為低頻段的工頻電流。時(shí)間尺度為秒級(jí)，在上式中電感阻抗相對(duì)較小，而電阻阻抗成為主要孝慮因素地網(wǎng)設(shè)計(jì)中對(duì)故障電流的強(qiáng)度的分析計(jì)算，以及對(duì)接觸電壓和跨步的分析成為地網(wǎng)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵性因素。DL/T 621《交流電氣裝置的接地》DL/T 620《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)范中有比較明確的技術(shù)規(guī)定。相對(duì)而言對(duì)地網(wǎng)的規(guī)模和長(zhǎng)度限制較少，但對(duì)地網(wǎng)的接地電阻值經(jīng)常有比較苛刻的要求。

1.3 工作接地

作為設(shè)備工作的零電位參考點(diǎn)（使電氣裝置或設(shè)備的非載流金屬部分保持在零電位）；為維持設(shè)備的零電位，其基本要求是把所有接地系統(tǒng)連結(jié)起來，這就是共用接地的概念。

1.4 地網(wǎng)的泄流耗散能力（主要以接地電阻為指標(biāo)）

接地電阻的要求應(yīng)根據(jù)地網(wǎng)的主要功能來確定。對(duì)防雷地網(wǎng)接地電阻的要求，不同的規(guī)范有不同的要求。如國(guó)際電工委員會(huì)最近討論稿中，提出10歐的規(guī)定，我國(guó)有關(guān)規(guī)定中大多提出10歐或4歐的標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 地網(wǎng)結(jié)構(gòu)

無論對(duì)雷電流泄流還是短路電流泄流，地網(wǎng)結(jié)構(gòu)與地網(wǎng)阻抗同等重要。

接地終端裝置。當(dāng)處理雷電流泄放（高頻特性）到大地的問題上，在使任何潛在危險(xiǎn)過電壓最小化的同時(shí)，接地終端裝置的形狀和尺度是重要的標(biāo)準(zhǔn)。通常推薦使用一個(gè)低的接地阻抗（按低頻率測(cè)量時(shí)應(yīng)低于10Ω）。

從雷電防護(hù)的角度來看，單一的與建筑物形成一體的一個(gè)接地終端裝置較好的，也適用于各種目的（例如：雷電防護(hù)、電源系統(tǒng)和通信系統(tǒng)）。

1.6 地網(wǎng)壽命

地網(wǎng)的使用年限是一個(gè)非常值關(guān)注的指示，一般說來地網(wǎng)的壽命應(yīng)與地上對(duì)應(yīng)設(shè)施的預(yù)計(jì)使用年限相匹配。設(shè)施建成若干年后地網(wǎng)的更新比第一次建設(shè)投入更高昂的代價(jià)。

1.7 地網(wǎng)穩(wěn)定性

地網(wǎng)的穩(wěn)定性主要指地網(wǎng)性能特別是接地電阻隨年代和季節(jié)的變化情況。一般情況下，鋼質(zhì)地網(wǎng)隨年代增長(zhǎng)由于地網(wǎng)材料的腐蝕接地電阻會(huì)有顯著增大；銅質(zhì)地網(wǎng)接地電阻增大較慢，地網(wǎng)性能較為穩(wěn)定；而離子型接地體，由于離子緩慢滲透，接地電阻在初期一年內(nèi)會(huì)有明顯下降，隨著年代增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定。接地電阻隨季節(jié)的變化也有類似趨勢(shì)。

2 接地技術(shù)在變電站中的應(yīng)用

變電站，尤其是超高壓變電站內(nèi)的電磁環(huán)境很惡劣。因此，一些變電站內(nèi)的二次設(shè)備，特別是其中的電子微電子設(shè)備，例如微機(jī)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控和繼電保護(hù)裝置，常常受到各種電磁干擾而誤動(dòng)、拒動(dòng)、甚至損壞。近年來隨著新型電子元件和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的普遍開發(fā)和廣泛應(yīng)用，二次電子設(shè)備日趨高速化、寬帶域化和高密度化，其信號(hào)電平越來越低，對(duì)電磁干擾更加敏感，對(duì)外界電磁環(huán)境的要求更加苛刻。因此，研究如何提高變電站二次電子設(shè)備的抗干擾水平，對(duì)于保證現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，加速新型電子和微電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用，促進(jìn)超高壓變電站的現(xiàn)代化、自動(dòng)化和智能化進(jìn)程，都有著重要的意義。

接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，甚至使二次電子設(shè)備無法正常工作。

電子設(shè)備中的許多地方需要接地，不同的接地有不同的目的和特點(diǎn)，不同類型的二次設(shè)備對(duì)接地有不同的要求。電子設(shè)備中的“地”通常有兩種含義：一種是指“大地”，另一種是指“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”。二次電子設(shè)備接地的目的通常有兩個(gè)，其一是為了安全，即保護(hù)操作人員免于觸電；其二則是為了抑制干擾。接地之所以能抑制干擾，其根本原因在于地電位的相對(duì)穩(wěn)定性。一旦接地點(diǎn)選取不當(dāng)或接地回路選取和設(shè)計(jì)欠佳時(shí)，接地系統(tǒng)各接地點(diǎn)之間就會(huì)因相對(duì)電位差的形成而產(chǎn)生差模干擾。

引起各接地點(diǎn)地電位變化的主要原因有：（1）接地回路中有電流流過，由于接地線路的阻抗而產(chǎn)生電壓降，使地電位發(fā)生變化：（2）由兩個(gè)以上接地點(diǎn)形成接地閉合回路時(shí)，由于環(huán)路的電磁感應(yīng)電流流過接地回路，而使地電位發(fā)生變化。

因此，從抑制電磁干擾的要求出發(fā)，主要采取的措施有：（1）盡量降低接地回路的阻抗；（2）接地回路中盡量不出現(xiàn)電流；（3）勿形成接地環(huán)路。對(duì)于置身于惡劣電磁環(huán)境中的變電聽二次設(shè)備，不僅要求在設(shè)備研制階段就充分考慮其電磁兼容性設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，而且要特別注意現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況下的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)二次電子設(shè)備信號(hào)頻率和工作性能的不同，相應(yīng)的接地技術(shù)可能完全不同。低頻電路應(yīng)采取一點(diǎn)接地方式。高頻電路應(yīng)用多點(diǎn)接地，混合式電路應(yīng)按照回路性質(zhì)的不同而分別采用不同的接地方式。為了適應(yīng)某些設(shè)備高頻和低頻兩方面的寬頻帶工作特性，須采用一點(diǎn)與兩點(diǎn)轉(zhuǎn)換式接地方式。

[1]GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》

[2]GB50169《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》

[3]DL/T 621《交流電氣裝置的接地》

[4]DL/T620《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》

[5]SDJ63-82《電力建設(shè)安全工作規(guī)程》

[6]DL/T617-1997《電業(yè)安全工作規(guī)程》

[7]DL/475-92《接地裝置工頻特性參數(shù)的測(cè)量導(dǎo)則》

[8]《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)安全要求》國(guó)電2000-9-28

[9]GBJ 79-85《工業(yè)企業(yè)通信接地設(shè)計(jì)規(guī)范》

[10]《雷電與避雷工程》中山大學(xué)出版社

[11]《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院