特高壓GIS變電站接地設(shè)計(jì)影響因素研究

趙海洋　婁曉丹

摘要： 目前，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，特高壓 GIS 變電站逐漸投入使用，在變電站容量不斷增加的背景下，短路電流也一直呈現(xiàn)上升的趨 勢，在接地設(shè)計(jì)工作中，提升變電站散流能力與接地性能有著非常重要的作用。因?yàn)槎搪冯娏魃婕暗降娜氲胤绞捷^多，對(duì)不同的入地方式而言， 對(duì)接地網(wǎng) 性能所產(chǎn)生的影響也有著顯著的差異。通過 CDEGS 軟件可以完成對(duì)特高壓 GIS 變電站接地系統(tǒng)模型的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上對(duì)短路電流不同入地方式進(jìn)行深 入分析，可以為整個(gè)特高壓 GIS 變電站設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞： 特高壓 GIS 變電站;接地設(shè)計(jì);影響因素;分析

現(xiàn)如今，基于新時(shí)期發(fā)展背景下，隨著人們生活水平的提升，對(duì)電力 系統(tǒng)提出了更高的使用需求，各電壓等級(jí)變電站逐漸投入使用，如今的變 電站設(shè)計(jì)方式在原來的基礎(chǔ)上發(fā)生了很大改變，將設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在了大容量 傳輸以及特高壓等方面，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)實(shí)現(xiàn)了非常廣泛的應(yīng)用，? 系統(tǒng)短路故障電流也一直呈現(xiàn)出上升的趨勢。在一定范圍內(nèi)的接地網(wǎng)中，? 要想在最短的時(shí)間內(nèi)疏散電流，保證人員安全與設(shè)備穩(wěn)定性，就必須采取 措施來降低變電站接地系統(tǒng)的阻值， 在特高壓 GIS 變電站接地設(shè)計(jì)工作中，需要對(duì)其中的影響因素進(jìn)行明確。

1、短路電流入地方式對(duì)地電位產(chǎn)生的影響

1.1 不同入地方式影響

針對(duì)于變電站短路電流而言，可以將變壓器中性點(diǎn)統(tǒng)一入地，變壓器 中性點(diǎn)是在接地網(wǎng)的核心位置，所以，在集中入地的過程中，短路電流會(huì) 經(jīng)過核心點(diǎn)進(jìn)入到接地網(wǎng)。另外，當(dāng)經(jīng)過金屬構(gòu)架時(shí)， 短路電流可以通過 分散的形式入地， 將金屬架構(gòu)與接地網(wǎng)之間進(jìn)行連接， 這時(shí)短路電流在經(jīng) 過金屬構(gòu)件之后， 可以通過多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行入地。對(duì)于不同的短路電流來說，可通過不同的形式入地，具體如下圖 1 所示。

通過使用 CDETS 軟件完成對(duì)接地網(wǎng)的建模工作， 在這一過程中不考慮 短引下線對(duì)地網(wǎng)散流產(chǎn)生的影響，當(dāng)采取不同的接地方式時(shí)，分別對(duì)接地 性能產(chǎn)生的不同影響進(jìn)行判定。在對(duì)變壓器中性點(diǎn)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，短路電 流集中入地，其電位升變化狀況如下圖 2 所示。

當(dāng)短路電流經(jīng)過變壓器金屬構(gòu)件時(shí)候，以多種方式入地，對(duì)于每一個(gè) 入地點(diǎn)而言，最終相當(dāng)于一個(gè)并聯(lián)電阻，各個(gè)點(diǎn)的電流相加等于總短路電流，具體如下圖 3 所示。

對(duì)以上兩種不同的入地方式進(jìn)行對(duì)比分析，從對(duì)接地網(wǎng)地電位升降方 面所產(chǎn)生的影響分析，短路電流分散入地方式所產(chǎn)生的影響比較小，但是 對(duì)于抑制地網(wǎng)內(nèi)不等電位產(chǎn)生的影響比較大，可以使網(wǎng)內(nèi)的不等電位進(jìn)行 降低。在對(duì)特高壓 GIS 變電站進(jìn)行應(yīng)用時(shí)， 故障電流采取提前分流的形式，通過多點(diǎn)與輔助接地網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)有效連接，這種方式可以在很大程度上提升接地網(wǎng)的散流能力，從而也就提升了接地網(wǎng)的使用性能。

1.2 地網(wǎng)材料影響

根據(jù)《電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)內(nèi)容可知，目前在接地網(wǎng) 中，鍍鋅扁鋼材料被廣泛應(yīng)用。但是，因?yàn)槭艿戒摬牧媳旧砥帘涡阅艿挠?響，在一定程度上提升了磁導(dǎo)率。對(duì)于特高壓 GIS 變電站而言，占地面積 較小，額定電流較大，對(duì)各設(shè)備進(jìn)行布置時(shí)，呈現(xiàn)出了非常明顯的緊湊性 特點(diǎn)，接地網(wǎng)內(nèi)也存在明顯的不等電位現(xiàn)象。銅屬于一種非常重要的接地 材料，通過對(duì)該材料的應(yīng)用，可以對(duì)網(wǎng)內(nèi)存在的電位不平衡問題進(jìn)行合理 解決。在對(duì)以上兩種材料進(jìn)行對(duì)比分析之后，其分析結(jié)果如下表 1 所示。

在對(duì)接地網(wǎng)材料進(jìn)行選擇時(shí)，如果是采用了銅材料，那么短路電流無 論是應(yīng)用集中入地還是分散入地的形式，其網(wǎng)內(nèi)電位差都不會(huì)特別大。主 要是因?yàn)殂~材料本身的磁導(dǎo)率就非常低，在應(yīng)用過程中一般不會(huì)對(duì)電流產(chǎn) 生抑制作用，可以保證網(wǎng)孔內(nèi)不等電位均衡性。

2、垂直接地極對(duì)降阻率產(chǎn)生的影響

2.1 垂直接地極布置位置的影響

關(guān)于垂直接地極方面，當(dāng)對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行布置時(shí)，其布置結(jié)果如下圖 4 所示。在入地電流為 1000A 的情況下，沒有加入垂直接地極，這時(shí)接地網(wǎng) 接地的電阻為 0.45938Ω。在對(duì)不同位置進(jìn)行明確之后， 將垂直接地極打入 到不同的位置，最終所顯示的降阻效果如下圖 5 所示。

結(jié)合下圖 5 中所顯示的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，按照由遠(yuǎn)到近的順序，與 地網(wǎng)中心點(diǎn)的距離排序?yàn)?1→2→3→4→5→6，從降阻效果方面進(jìn)行分析， 又高到低的順序?yàn)?1→2→3→4→5→6，由此可以看出，將阻率的變化與地 網(wǎng)中心距離變化之間呈正比例關(guān)系。因此，在對(duì)降低地網(wǎng)接地電阻的過程 中，可以不斷提升垂直接地極，將垂直接地極所布置的位置設(shè)置在水平接 地網(wǎng)的邊緣，通過這種方式可以在一定程度上降低水平地網(wǎng)之間形成的屏蔽作用，從而也就提升了垂直接地體的降阻效果。

2.2 垂直接地極數(shù)量影響

在對(duì)接地模型進(jìn)行構(gòu)建的過程中，保證接地網(wǎng)參數(shù)與土壤結(jié)構(gòu)固定不 變，在水平接地網(wǎng)周邊完成不同數(shù)量與不同長度垂直接地極的布置工作， 并進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算， 保證垂直接地極距離之間的均等性， 并且均勻分布在水 平接地網(wǎng)的周邊。在計(jì)算過程中采用 CDEGS 軟件， 主要是對(duì)垂直接地?cái)?shù)量 與長度，對(duì)降阻率產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入分析，具體如下圖 6 所示。

結(jié)合上圖 6 中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，其中 N 指的是垂直接地極的根數(shù)， L 指的是垂直接地極的長度。由圖中的內(nèi)容可知，在現(xiàn)有的水平接地網(wǎng)當(dāng) 中，加入垂直接地極，如果能對(duì)垂直接地極的根數(shù)進(jìn)行明確時(shí)，那么隨著 垂直接地極長度的不斷提升，降阻率也會(huì)因此增加，在長度到了一定數(shù)值 的基礎(chǔ)上，那么變化的趨勢就會(huì)逐漸呈現(xiàn)出一種飽和的狀態(tài)。垂直接地極 的降阻率會(huì)跟隨垂直接地極根數(shù)的上升而增加，并且增加變化情況也會(huì)達(dá) 到一定的飽和狀態(tài)。

3、結(jié)語：

綜上所述，在對(duì)特高壓 GIS 變電站進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，其整體占地面積比較 小，電氣設(shè)備在布置方面呈現(xiàn)出了緊湊性的特點(diǎn)，為了保證變電站在運(yùn)行 過程中可以滿足一定的安全性，本文主要針對(duì)兩種比較常見的影響進(jìn)行了 進(jìn)行了分析。其中，分散入地方式相比集中入地方式， 可以有效降低對(duì)地 網(wǎng)產(chǎn)生的影響以及提升地網(wǎng)的通流水平。

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