變電站接地網特性參數測量之地電位升高測試

張瑞平

摘 ?要：變電站接地網對保障一、二次設備和人員的安全具有重要作用。目前很多地方對變電站接地網的安全評價仍僅用接地阻抗一個標準，地電位升高作為一項重要的安全指標在現行接地裝置特性參數測量導則中卻未被提及。因此，本文通過分析論證著重闡述地電位升高測試的重要性，提出地電位升高測試方法，對于接地網安全性評價具有重要意義。

關鍵詞：地電位升高;接地阻抗;優化方案

1導言

變電站接地網作為變電站重要組成部分，在系統發生接地故障時能夠快速有效地泄放故障電流，改善場區地表地電位分布，保障一、二次設備和人員的安全。現行標準《接地裝置特性參數測量導則》DL/T475-2017規定了變電站特性參數的測試項目有電氣完整性測試、接地阻抗測試、場區地表電位梯度分布測試以及接觸電位差和跨步電位差的測試。而地電位升高作為接地網安全指標的重要參數，規范卻對其并未提及，且目前很多地方對變電站接地網的安全評價仍僅用接地阻抗一個標準。因此，本文通過分析論證著重闡述地電位升高測試的重要性，提出地電位升高測試方法，對于接地網安全性評價具有重要意義。

2地電位升高的影響

地電位升高即變電站接地故障電流經接地網流入大地時，接地網與大地零電位點之間的電位差。當變電站發生接地短路故障時，利用接地網對其泄放、分流以此控制故障點地電位的升高，因此，接地網是否安全起決定性作用的是電位而不是阻抗。

變電站接地網的地電位升高與二次系統的安全性直接相關。系統發生接地故障時接地網中流動的電流，將在二次電纜的芯線一屏蔽層之間，或二次設備的信號線或電源線與地之間產生電位差。當電位差超過二次電纜或二次設備絕緣的工頻耐受電壓時，二次電纜或設備將會發生絕緣破壞。因此，必須將地電位升高控制在二次系統安全值內。

清華大學中對二次電纜和二次設備的工頻伏秒特性的試驗中被測試電纜的3s絕緣耐受電壓均高于8.5kV而微機保護裝置的實際耐受電壓約為2100V。因此，從安全角度出發，二次系統的絕緣耐受電壓可取2kV。

二次系統在短路時承受的地電位升高，不僅取決于入地短路電流和接地阻抗，還決定于二次電纜的接地方式。當二次電纜的屏蔽層采用單端接地時，接地故障時電纜屏蔽層中沒有電流流過，二次電纜芯線上的感應電位很小，地電位升高即為二次電纜和二次設備承受的電位差。當二次電纜屏蔽層采用雙端接地時，接地故障電流注入接地網時會有部分電流從電纜的屏蔽層中流過，將會在二次電纜的芯線上感應出較高的電位，使作用在二次電纜的芯—屏蔽層和二次設備上的電位差減小。

大量的計算表明，對于不同布置方式的二次電纜及不同位置接地故障點，雙端接地電纜上感應的芯—皮電位通常不到地網電位升高的20%。甚至對于土壤電阻率為500Ω·m，邊長大于100m的接地網，即使在二次電纜屏蔽層接地點附近發生接地故障時，芯—皮電位小于地網電位升高的40%。目前，變電站已經實現保護在一次設備區就近設置，變電站內的二次電纜大大縮短，如果二次電纜的長度小于接地網邊長的一半，那么即使在最嚴酷的條件下，芯—屏蔽層電位差也小于40%，甚至更小。因此，采用二次電纜屏蔽層雙端接地，可以將地電位升高放寬至2/0.4kV即5kV。雖然當發生短路時地電位升高達到5kV，但真正作用在二次電纜的芯—屏蔽層之間和二次設備上的電位差只有2kV，滿足二次系統安全性的要求。

現行設計規范規定，變電站接地阻抗Z≤2000/I，式中I為計算用的流經接地裝置的入地短路電流。現實情況是，對于接地阻抗一味守舊以0.5Ω為指標，只要不滿足就進行降阻，這樣勢必造成人力、物力、財力和時間上的浪費，而對于站外大面積的擴網降阻，在實際運行時并未起到應有的作用，反而給日后接地網的運行維護帶來不利的影響。把地電位升高作為接地網安全性評價的參考指標，將使運行人員對接地網的安全性心知肚明，勢必對盲目降阻起到有效遏制。

3地電位升高的測試方法

地電位升高測試法即對系統注入異頻電流，模擬接地故障，通過測量二次電纜芯線與屏蔽層的電位差來判斷接地網安全性的方法。可在變電站全站停電檢修試驗期間進行，且在試驗前應先斷開主變壓器中低壓側開關，具體測試方法如下：

（1）按下圖將異頻測試電流源一個接線端子接主變壓器高壓側套管A（或B、C）相，另一端接主變壓器中性點接地引下線，確保接線牢固可靠;

（2）利用接地線掛接主變高壓側A（或B、C）相導線，人為設置站內接地故障，確保接地良好;

（3）選取距離設置故障點最近的二次接線端子箱內電源線和信號線，將選頻電壓表兩端子分別于二次電纜屏蔽層和二次電纜芯線緊密可靠連接（電源線和信號線分別測試一次）;

（4）啟動異頻升流裝置，施加電流I試頻率宜在40Hz-60Hz，電流值宜在10A-20A。分別讀取電源線和信號線芯-皮電壓;

（5）利用接地線掛接主變高壓側A（或B、C）相導線，人為設置站外接地故障，確保接地良好，重復（3）、（4）步;

（6）取以上4組測試電壓最大值U試max，則最大單相接地故障電流Imax引起的最大地電位升高U升max=U試max（Imax/I試）;

（7）當二次電纜屏蔽層采用單端接地時，最大地電位升高應滿足U升max≤2000V;當二次電纜屏蔽層采用雙端接地時，最大地電位升高應滿足U升max≤5000V。

參考文獻

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