1000kV特高壓變電站接地系統設計分析

王詩璇　李鑫

摘要：1000kV特高壓變電站的電能容量大、電壓等級高，一旦發生接地故障，瞬間的短路電流非常大，容易損壞特高壓變電站的各種電氣設備，甚至造成巨大的經濟損失。為了確保1000kV特高壓變電站的安全、穩定運行，必須高度重視其接地系統設計，采用科學合理的方式方法，優化和完善1000kV特高壓變電站接地系統。本文分析了1000kV特高壓變電站短路電流情況，闡述了1000kV特高壓變電站接地系統設計，以供參考。

關鍵詞：1000kV特高壓變電站;接地系統;設計

1 建設特高壓電網具有的社會效益

1.1實現自主創新

創新能力是一個國家科技事業發展的決定性因素，是國家競爭力的核心，是強國富民的重要基礎，是國家安全的重要保證;要把推動自主創新擺在全部科技工作的突出位置，把提高自主創新能力作為推動結構調整、轉變經濟增長方式和提高國家競爭力的中心環節;要大力增強科技創新能力，大力增強核心競爭力，不斷探索和走出一條既適應現代經濟和科技發展要求，又適合我國國情的新型工業化道路。建設特高壓電網，通過科技進步和自主創新推動電力產業的技術升級，實現電網的集約化發展，同時帶動相關產業發展，是電力工業落實科學發展觀的重大舉措。抓住我國電網快速發展的有利時機，依托特高壓輸電這一重大技術，借助上千億的市場規模，通過組織技術攻關，實施試驗示范工程，對部分關鍵技術采用技術引進、消化完善后，將大大提高我國輸電技術與裝備的自主創新能力，大大提升其國際競爭力。

1.2節約土地資源

近年來，站址、輸電走廊越來越緊張，輸變電工程建設拆遷等電網建設本體以外的費用大幅增長。1條交流1000千伏特高壓線路的傳輸功率相當于4～5條交流500千伏超高壓線路的傳輸能力，從土地資源的利用效率來看，特高壓單位走廊輸送能力約為同類型500千伏線路的3倍，可以顯著減少輸電線回路數，節約寶貴的土地資源。此外，在西部地區建設大規模煤電基地，可以利用西部較為豐富的土地資源，替代東部寶貴的土地資源，實現產業布局在全國范圍內的優化，提高土地資源的集約利用程度。

1.3有利于煤炭資源的集約化開發和利用

目前，我國煤炭資源采出率低，煤質差，煤炭入洗率有待提高。同時還存在著煤炭產業集中度低，產業鏈條短等問題。建設特高壓電網有利于解決煤炭行業目前存在的問題：首先是在褐煤資源豐富的地區，采取煤電一體化的開發方式，可以有效利用褐煤資源;其次是為大型煤電基地的發展提供必需的支撐。

2 特高壓變電站短路電流分析

由于特高壓變電站的電能容量大、電壓等級高，接地系統一旦發生故障，所引起的瞬間短路電流非常大。有專家認為，需要進一步的提高變電站系統的地電位。我國特高壓變電站主要采用光纜通信線路，并在此基礎上盡量使用瀝青混凝土鋪設地面，以此提高接觸電壓。正常工作中電纜線路絕緣層的耐受值為2kv，實驗表明，二次電纜接地時會提升40%的地電位，即使電纜線路絕緣層的耐受值將達到5kv，因此可將變電站系統原來承受的2kv提升到5kv，由于處在承受的最大電壓下，必須高度警惕通信線路對變電站系統的影響，以防造成電位升過高的問題。特高壓變電站接地電阻和短路電流的關系密切，經過對晉東南變電站線路實驗分析可知，當變電站接地電阻減小，其短路電流的分流系數會增大，即其入地短路電流越多。短路電流和接地電阻呈反比關系，所以接地電阻和入地電流是決定變電站系統地電位升的兩大因素。因此在分析特壓變電站短路電流時必須重視裕度問題。

3 1000kV特高壓變電站接地系統設計

3.1 水平接地網

1000kV特高壓變電站水平接地網要盡量埋設在凍土層下面，均布布設導體，埋設深度要超過1m，導體間隔15m，根據實驗表面，1000kV特高壓變電站的地電位升<5kV，最佳地電位升3943V，可確保變電站系統中各種電氣設備的安全運行。跨步電壓最大不能超過520V，滿足基本的人身安全要求，單位由于高阻層安全限值460V遠遠小于接觸電壓，為了保障工作人員的生命安全，需在1000kV特高壓變電站系統中設置厚度約6cm高阻層。

3.2 垂直接地極

1000kV特高壓變電站接地系統設計要考慮到當地土壤的導電性，通過合理設置垂直接地極，可有效降低變電站的接地電阻，減少1000kV特高壓變電站接觸電阻，通過設置深垂直接地極，可明顯降低跨步電壓和接觸電壓，發揮地表均壓的效果。由于1000kV特高壓變電站整體占地面積非常大，而垂直接地極長度相對比較小，因此在某些區域的降阻效果較差。同時，如果不斷增加垂直接地極長度，接地極對于降低接觸電阻的效果越來越不明顯，垂直接地極設置要充分考慮到經濟性因素，在水平接地網每條邊設置兩根垂直接地極，四個角區域分別設置一根，在變電站合適位置鋪設高阻層。

3.3 接地系統優化設計

1000kV特高壓變電站接地系統優化設計，調整接地導體布置，使跨步電壓和接觸電壓最小，優化接地網壓縮比。在實際應用中，凍土層在一定程度上會影響1000kV特高壓變電站接地網的安全性，融凍季節和冰凍季節的土壤電阻值是不同的，結合不同季節土壤電阻值變化情況，綜合得到1000kV特高壓變電站接地系統優化設計方案。在融凍季節，接地系統跨步電壓95.4V，接觸電壓926V，接地電阻0.075歐姆，計算得出最優壓縮比為0.63，如果按照融凍季節進行接地系統優化，跨步電壓為92.5V，接觸電壓為700V，接地電阻為0.075歐姆，當逐漸進入冰凍季節，跨步電壓為105V，接觸電壓730V，接地電阻0.08歐姆，因此進入冰凍季節后，1000kV特高壓變電站的跨步電壓、接觸電壓和接地電阻不斷增加。綜合考慮，1000kV特高壓變電站接地系統設計應綜合融凍季節和冰凍季節實際情況，按照最優壓縮比優化接地網布置，改善接地系統的安全性。

3.4 二次電纜屏蔽層接地

1000kV特高壓變電站發生短路故障，接地網不同區域導體之間的電位差較大，而這個電位差進入地網通過耦合影響二次電纜線路的安全運行，為了保障二次系統安全，應高度重視1000kV特高壓變電站接地系統短路。由于接地系統中電位的不均勻分布，一旦發生短路故障，電纜線路兩端電位不一致，電流路過電纜屏蔽層，若電流過大很容易將電纜燒毀，并且如果二次電纜芯皮電位差超出絕緣耐壓，很容易導致電纜絕緣層被擊穿。1000kV特高壓變電站二次電纜屏蔽層接地，由于兩端接地電位差明顯低于單端接地電位差，考慮到電纜絕緣耐受電壓，因此電纜屏蔽層盡量采用雙端接地方式。另外，為了避免電纜屏蔽層流過的電流過大，確保電纜安全，和電纜線路相互平行設置一個銅條，發揮排流線的作用，將電纜屏蔽層電流及時分流。

4 結束語

1000kV特高壓變電站接地系統設計對于保障整個變電站系統的安全正常運行有著非常重要的顯示意義。結合1000kV特高壓變電站短路電流情況，合理設置水平接地網和接地極，優化接地系統設計，做好二次電纜屏蔽層接地，提高接地電阻值，減少特高壓變電站短路故障損失，推動我國電力系統快速發展。

參考文獻：

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