淺談變電站改造中的接地及接零問題

摘要：國網新疆電力公司培訓中心對所擁有的110kV八戶梁變電站進行改造，涉及變壓器改造、母線改造、二次側改造及接地網改造。其中接地網改造由于具有一次性建設、改造費用高、維護困難等特點，特別是新疆地區位于西北干旱區域，土壤堿性強，很多地方為鹽堿土壤，在設計過程中需要給予充分考慮。結合接地電阻與短路電流、接地裝置的比選、接地網防腐措施、接觸電勢與跨步電壓驗算及合適的埋設深度等問題進行全面設計。

關鍵詞：變電所；站內接地網；實際短路電流計算；防腐措施

中圖分類號：TM63#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文獻標識碼：A#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文章編號：1007-0079（2014）18-0123-02

變電站接地是保證電工設備正常工作和人身安全而采取的安全措施，借助金屬導線與接地裝置連接來實現。

一、站內接地裝置

110kV八戶梁變電站站內接地裝置由接地體與接地線組成。接地體是金屬導體與土壤直接接觸，設置在變電站外4m處。電氣設備需接地點通過與接地體連接的金屬導體稱為接地線。110kV八戶梁變電所采用人工接地體利用垂直埋置的熱鍍鋅鋼（按照設計年限不應小于30年的要求，流過接地引下線的短路電流為30kA，短路持續時間為0.6s，截面積最小尺寸為：30×103×=277mm2，考慮到堿性土壤的影響，扁鋼尺寸：60mm×60mm，接地體表面鍍鋅，埋入地表面下1.5米處）。

二、站內堿性土壤分析與防腐措施

一是覆蓋層：使用石油瀝青覆蓋層，約10cm厚；二是鍍層保護：鍍鋅層；三是土質處理：將腐蝕性強的土壤置換出；[4]四是接地體采取陰極保護；五是接地體周圍包裹膨潤土降阻劑。[1]

三、站內接地種類

110kV八戶梁變電站采用以下五種接地：工作接地、保護接地、屏蔽接地、防雷接地、防靜電接地。

1.工作接地

110kV八戶梁變電站兩臺主變壓器采用中心點接地，以大地電位為參考電位，降低整個系統對地絕緣水平的要求，確保系統的正常、安全運行。

2.保護接地

防止電氣設備因為絕緣老化、老鼠啃咬電線漏電而導致外部金屬殼帶電，采取保護性措施，將帶電體外殼的電荷及時導入地下，110kV八戶梁變電站采用新疆特變電工的保護接地線。

3.屏蔽接地

110kV八戶梁變電站改造后新添加了大量的緊密電子設備，特別是在二次側，將電磁場噪聲源與二次設備隔離，切斷噪聲源傳播。首先，采取主動屏蔽，以屏蔽噪聲源，防止噪聲源向外輻射；其次，利用被動屏蔽防止敏感設備遭到噪聲源的干擾。屏蔽接地線由銅、鋁等非磁性材料制成。

4.防雷接地

110kV八戶梁變電站母線采用閥型避雷器（氧化鋅避雷器），接地電阻小于5Ω。作用是限制雷電引起的過電壓和因系統操作產生的過電壓；采用獨立避雷針把雷電流引入大地，接地電阻小于10Ω，直徑為19mm鍍鋅圓鋼，作用是限制直擊雷電、感應雷電和綜合性雷電。利用“滾球法”計算保護半徑和保護范圍。

5.防靜電接地

110kV八戶梁變電站繼電保護室采用微機保護，對防止靜電危害影響要求比較高，要求防靜電地線的埋設點應距建筑物和設備地20米以外；埋設要求：四點接地，每隔5m挖深1.6m坑，將2.1m以上銅棒打入坑內，用3mm厚銅排將這四處焊接在一起，最后用絕緣銅芯線焊接入室內為干線；為增加土壤導電性，坑內加入木炭粉和工業鹽，測量接地電阻，應小于3Ω。

6.短路電流分析

110kV八戶梁變電站造成短路電流的原因包括以下六種（見表1）。為了有效避免各種短路的發生，110kV八戶梁變電站采取了如下措施：一是變壓器分列運行，并采用高阻抗變壓器；二是采用母線分段運行；三是采用抗老化能力較高的絕緣保護層；四是改變運行方式、倒母線、電氣設備檢修等工作，嚴格按照操作規程進行，履行“兩票三制”的相關要求；五是按規章制度增設擋鼠板、增添封堵泥；六是減災妨害，及時消除變電站周圍的積雪、樹枝等。

數據參數：110kV進出線回路工作電流Ig=1323/523A；零秒短路電流I0=13.68kA；短路沖擊電路峰值ich=34.82；4秒短路電流熱效應Q4=750KA2·S。

表1#8194；110kV八戶梁變電站造成短路電流的原因

1電氣設備的絕緣因陳舊老化或受到機械外力破壞損傷絕緣保護層

2雷電過電壓，電氣設備的絕緣擊穿

3誤操作（帶負荷拉刀閘、檢修后未及時拆除接地線就送電造成）

4小動物啃咬絕緣保護層

5接線錯誤（低電壓設備誤接入高電壓電源、互感器的一二次線圈接反）

6風暴、冰災等自然原因造成供電線路斷線、搭接、碰撞而短路

四、接地裝置布置方式的比選

地網接地電阻的估算公式：

注意事項：ρ恒定時，接地網面積就可以決定接地電阻，確定地網面積后確定接地電阻。在確保安全的情況下，從經濟性考慮，選取地網面積適中（土壤電阻率不是一個恒定的值，影響土壤電阻率的因素很多，主要有以下幾個方面的影響：土壤中導電離子的濃度和土壤中的含水量的影響；土質的影響；土壤致密性的影響；季節因素的影響）。

110kV八戶梁變電站采用水平接地線并有垂直接地極的復合型地網。垂直接地極對地網的接地電阻值影響并不大，據實驗驗證，水平地網中附加長2.5m、直徑40mm的垂直接地極若干，其接地電阻僅下降2.8%～8%。但是垂直接地極對沖擊電流、雷電流散流作用較好。因此在地網及獨立避雷針、線路避雷線、避雷器的引下線處應敷設垂直接地極，以加強集中接地和散泄雷電流。

接地網布置方式有長孔與方孔兩種，當包括地網外周4根在內的均壓帶總根數在18根及以下時，常采用長孔接地網，如圖1所示。110kV八戶梁變電站占地面積不超過100×100m2，考慮到均壓線間屏蔽作用，均壓線總根數為12根，采用長孔方式布置，但與方孔布置相比，存在以下問題：一是長孔地網某一條均壓線斷開時，均壓帶的分流作用明顯降低。方孔地網縱、橫向均壓帶相互交錯，當某條均壓線斷開時對分流效果影響不大，優于長孔地網。[2]二是長孔地網均壓線距離較長，發生接地故障時，沿均壓線電壓降較大，易造成二次控制電纜和設備損壞。而方孔網均壓效果較好且可靠性高，如圖2（b）所示。采用方孔均壓網設計的可靠性和接地安全性都會提高，缺點是工程造價及施工難度也相對提高。110kV八戶梁變電站采用長孔地網。[3]

五、接地裝置施工管理

本次改造采取總承包模式，并編制招標文件。依據工程設計圖紙、市場價格及計價方法進行費用計算，同時采用專業監理人員。總承包單位和各分包單位均應按承建的機電工程特點，分析影響工程質量的主要因素，加以預控。參與工程的作業人員要持證上崗，并且證書在有效期內。

六、接地原材料除銹工作

對于此次防腐蝕工程所用的原材料，要求供貨商提供產品質量證明文件、質量檢驗報告和產品技術文件。采用動力工具除銹金屬表面處理，要求質量等級為St2級。

110kV八戶梁變電站采用了熱鍍鋅鋼材，水平敷設可采用扁鋼。考慮到新疆是腐蝕嚴重的地區，采用1.2倍截面積進行粘結力和附著力檢查檢測。

七、接地裝置敷設

利用接地電阻測量儀測量接地電阻，確保符合施工要求。電氣設備與接地支線的連接采取焊接方式。考慮到接地網焊接面積大，質量要求高，該變電站采用埋弧焊（焊接質量好、速度快），并且進行焊接工藝評定。擬定焊接工藝細則卡同時進行驗證性試驗。

表2#8194；接地網焊接檢驗項目

焊前檢驗檢查原材料（100%合格）；檢查施焊技術要求（不得漏項）；檢查埋弧焊機（合格）、使用塑性好的焊條；檢查焊工資格（持證上崗）；檢查焊接環境（禁止在雨天、5級以上的大風天施焊）

焊中檢驗控制焊接順序；控制焊接溫度和變形；控制表面缺陷（嚴禁夾渣、裂紋、氣孔出現）

焊后檢驗肉眼觀察焊縫表面，確保無裂紋、氣孔等；用檢驗尺測量焊縫余高；用樣板和量具測量變形；檢測焊縫是否過于集中

八、接地裝置施工驗收

一是檢查整個接地網外露部分，確認連接可靠，接地線符合規格要求，防腐層合格，所需標志齊全明顯。二是避雷針安裝位置和高度依據設計要求安裝，防雷范圍符合要求。三是供連接臨時接地線用的連接板的數量和位置符合設計要求。四是工頻接地電阻值符合設計規定，雨后禁止立即測量接地電阻。五是隱蔽工程符合設計要求。

參考文獻：

[1]劉京麗，張曄.變電站接地網防腐措施的經濟性比較[J].新疆電力技術，2010，（2）.

[2]王厚余.變電所的系統接地和雜散電流[J].建筑電氣，2007，（9）.

[3]姚良鑄.110kV變電站立體接地網設計問題分析[J].中國電氣，2002，（11）.

[4]邢光熹.土壤測試[J].土壤學進展，1987，（4）.

（責任編輯：孫晴）