毕业论文-发变电站接地安全设计(4)

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第3章 发变电站接地网设计

3.1 概述

发变电站接地的主要目的是为了保障系统能够安全可靠运行，以及保障人身和设备的 安全，随着电力系统电压等级和不断提高和系统容量的不断增大，接地故障电流和发变电 站接地网的面积也不断增大，要确保为身和设备安全，维护电力系统的可靠运行，需要改 变仅强调降低接地电阻的传统观念，树立主要考虑地面电位梯度分布所带来的危害这一新 概念。实际上，整个接地网的接地电阻与人体或设备不同部位可能遭到的最高电压之间 不存在简单的关系，它们主要与接地网结构尺寸、土壤特性和流经接地网的电流相关。在 土壤电阻率较低且接地网面积很大的情况下，虽然接地电阻可能达到较低的数值，但是若 接地装置设计不合理，在发生接地故障时，地面上仍可能出现很高的电位梯度，会给运行 人员带来危险。

在高土壤电阻率地区且地网面积受到限制的情况下，要使接地电阻满足规程要求是十 分困难的，即使通过大量的投入接地电阻满足了要求，也不能完全无危险，甚至处于技术 经济均不合理的境地。但是，只要合理设计，在不过分注重低接地电阻的情况下，仍然能 够设计出满足安全要求的地网。应当说，将发变电站内外的接触电位差、跨步电位差和转 移电位差限制在安全值以内，仍是确保人身和设备安全的根本所在。

要考虑地面电位梯度带来的危险就不可避免地需要计算地表面的电位分布。但在过去 的接地设计计算中，采用仅适合于简单接地极布置的近似公式或经验公式来计算地面任意 一点的电位，是难以实现的，特别是对手复杂形状的地网，就更是如此。随着计算机技术 的发展，从 20 世纪 70 年代开始，国内外不少专家学者，将计算机的数值模拟方法引入到 接地计算中，为解决地面电位分布的计算问题，提供了有效方法。

3.2 发变电站地网设计的总原则

表征发变电站地网的主要电气参数有：接地电阻、接触电位差、跨步电位差、接地电 位升和转移电位差。在进行发变电站接地设计时，必须认真贯彻执行国家的有关方针和法 规，认真总结经验。根据电气设备的类型和系统的运行方式、接地的性质以及地质构造等 特点，因地制宜，力求做到技术先进合理，经济节约。进行接地设计时主要考虑以下问题

3.2.1 对接地电阻的要求

发变电站地网的接地电阻主要是根据工作接地的要求决定，即要保证在接地故障时， 流经地网的入地故障电流 I 在地网上产生的接地电位升不会对人身和设备安全造

成威胁。

1. 大接地短路电流系统

运行经验证明，大接地短路电流系统，包括 110kV 及以上有效接地系统和 63kV 低电阻接地系统，当接地电位升IR 2000V 时，人身和设备是安全的，所以我国现行接地 规程规，对于有效接地和低电阻接地系统中地网的接地电阻 R 由下式确定，即

式中：I 为经地网向地中流散的入地故障电流，该值应采用考虑系统 5~10 年发展规划 的最大运行方式下，短路发生在站内或站外时的最大单相短路周期分量，并根据实际接线 中的分流系数来确定，取最大值。

当地网的接地电阻不满足(2-1)式的要求时，可通过技术经济比较增大接地电阻，但不得大于 5?，且应当采取措施防止转移电位；考虑短路电流非周期分量的影响，接地电位 升不应引起所内 3~10kV 阀式避雷器动作；并须验算接触和跨步电位差。

2. 小接地短路电流系统

对于小接地短路电流系统，包括 366kV 不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统来说，由于单相接地故障允许存在 2h，所以接地电位升 IR 的允许值大为降低，对于高压 与发变电站电力生产低压电气装置共用的接地装置，应满足

但不应大于 4?。

高压电气装置的接地装置，应满足

即使入地故障电流较小，R 也不宜超过 10?。

3. 高土壤电阻率地区

在高土壤电阻率地区，要把接地装置的接地电阻做到上述要求的值，在技术上难以实 现或经济上极不合理，允许将接地电阻值适当提高。在大接地短路电流系统中允许提高到 R 5 ；而在小接地短路电流系统中允许提高到R 30 。但是，在这种情况下，应采 取均压、隔离等措施，将接触电位差、跨步电位差限制在保证人身和设备安全所允许的范 围内，并抑制转移电位差所带来的危害。 3.2.2 接触电位差和跨步电位差允许值

如第 l 章中所介绍的那样，人体能承受的接触电压和跨步电压与人体电阻、通过人体 的电流值及持续时间、电流流经人体的途径、地表电阻率等因素有关。

根据中华人民共和国电力行业标准 DL/T621-1997，在大接地短路电流系统发生单相 接地或同点两相接地时，发电厂，变电所电气设备接地的接触电压和跨步电压不应超过下列数值：

式中： f 为人脚所站地表面的土壤电阻率，??m；t 为接地短路持续时间，s。 而在小接地短路电流系统中，由于单相接地故障允许的持续时间在 2h 以内，因此， 接触电位差和跨步电位差的允许值为

不难看出，提高接触电位差和跨步电位差允许值最有效的办法就是增大地表的土壤电阻率，如采用碎石或沥青混凝土地面等办法。

3.3 地网的设计步骤和方法

发变电站地网的接地参数(地网竣工后的实测值)是否符合接地规程的要求，技术经济 指标是否合理，取决于地网设计方法的正确性。只要按正确的步骤和方法来设计地网，是 能够获得接地参数满足规程要求、技术经济指标合理的地网的。这一节中，将讨论地网设计的步骤和方法。

3.3.1 调查土壤特性

土壤电阻率是决定地网参数的重要参数。根据土坡类型及土壤中所含水分的性质和含 水量的多少，土壤电阻率的变化范围很大，由于实际的大地结构比较复杂，同一土壤在不 同地点用利电阻率会有所不同，所以土壤电阻率的确定必须进行实测。在发变电站站址选 定后，物探法进行地质结构调查时，要收集站区内土壤在水平方向和垂直方向的变化情况， 同时，利用电探法测出站区(包括站区周围)的土壤电阻率的分布情况，并重视站区土壤电阻率随季节的变化情况，然后，经过对实测数据的分析处理，以便获得设计时所需要的土 壤电阻率。除此以外，还应该调查站区土壤对普通钢、镀锌钢等金属材料的腐蚀情况，测 出对金属材料的腐蚀速度，为地网设计选择正确的金属材料和截面提供依据。有关土壤电 阻率的实测方法和实测数据分析处理将在第 5 章中详细介绍。 3.3.2 入地故障电流的计算

入地故障电流是指系统发生接地短路时经地网向地中流散并引起地网电位升高的那 部分电流。在输电线路有避雷线和系统中性点直接接地的情况下，当系统发生接地短路时， 短路点的全部短路电流中，一部分电流由与地网连接的避雷线为回路流通，另一部分电流 经地网流回系统的中性点，而剩下的那部分电流才经地网向地中流散，因此，入地故障电 流并不等于故障点的全部短路电流。入地故障电流经地网流散时，它不仅影响着接地电位 升、接触电位差、跨步电位差以及转移电位差、局部电位差的大小，而且还影响着接地引 线、均压导体截面的选择，因此，在接地设计中，无论是从安全的角度考虑，还是从经济的角度考虑都要求准确地计算入地故障电流。

短路故障发生在站内

在故障点的全部短路电流Imax 中，由发变电站提供的那部分电流In 可以经地 网直接流回电源的中性点，不会在地网的接地电阻上形成压降，而由于避雷线的存在，由系统提供的短路电流Is( Imax In )中的一部分会经“避雷线—杆塔”接地系统返回系 统，也不会在地网的接地电阻上形成压降。

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