变电所接地技术与接地装置

(大准铁路公司供电段，内蒙古 薛家湾 010300)
摘 要：文章介绍了变电所接地方面的一些基本概念以及对合格接地网应有的认识，对一般接地方法进行了分析和探讨，提出了一些安全、可靠、切实可行的做法，以利于变电所的安全运行。
关键词：变电所；接地；跨步电压；接触电压
中图分类号：TM862  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)12—0088—01

在电力系统中，为了保证人身安全和电气设备的正常运行，必须设有接地装置。其中与土壤直接接触的金属物体称为接地体或接地极，连接接地体和设备接地部分的导线称为接地线。接地线和接地体组成接地装置。接地有保护接地和工作接地。为保证人身安全，防止触电事故而进行的接地，叫做保护接地。工作接地指的是为了保证电气设备在正常或故障情况下，能可靠的工作所必需的接地，如变压器中性点接地和避雷器接地等。

接地网作为变电所交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的作用。由于接地网作为隐性工程容易被人忽视，往往只注意最后的接地电阻的测量结果。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故时有发生，因此，接地问题越来越受到重视。
1 关于接地电阻的问题

在《电力设备接地设计规程》（SDJ8-79）中对接地电阻有具体的规定，一般＜0.5Ω。在高土壤电阻率地区，当接地装酌要求做到规定的接地电阻在技术经济上不合理时，大接地短路电流系统接地电阻允许达到5Ω，但应采取措施，如验算接触电势、跨步电压等。根据规程规定，主要是以发生接地故障时，接地电位的升高不超过2 000V进行控制，再以接地电阻＜0.5Ω和5Ω进行要求。人们普遍认为，110kV变电所中，接地电阻值＜0.5Ω认为合格，＞0.5Ω就是不合格，不管短路电流有多大都不必采取措施，这是不合理的。

接地的实质是控制变电所发生接地短路时，故障点电位的升高，接地主要是为了设备及人身的安全，起作用的是电位而不是电阻，接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数，但不是唯一的。

随着电力系统容量的不断增大，一般情况下，单相短路电流值较大，在有效接地系统中单相接地时的短路电流一般都超过4kA，从安全方面讲，不管在什么情况下，都应该验算地网的接触电势和跨步电压。

当系统发生接地故障时，产生的接地短路电流经三种途径流入系统接地中性点：经架空地线；经设备接地引下线、地网流入所内变压器中性点；经地网入地后通过大地流回系统中性点，对地网接地电阻起决定作用的是短路电流。所以正确考虑和计算各部分短路电流值，对合理设计地网有很大的影响。

110kV以上的变电所，线路架空地线都直接与变电所内出线架构相连。当发生接地短路时，很大一部分短路电流经架空地线分流，因此，在计算时应考虑该部分分流。发生接地故障时，总的短路电流是一定的，只要增大架空地线的分流电流，就可减少入地短路电流，因此，降低架空地线的阻抗也是安全接地的一种方法。架空地线采用良导体，正确利用架空地线系统分流将会使地网更为有利。

入地短路电流是总的接地短路电流减去架空地线的分流，再减去流经变压器中性点的电流，计算下来，入地短路电流值相对比较小，由于接地电阻值R≤2 000/I所以接地电阻相应的允许值就比较大，对于一个给定的地网，其接地电阻基本确定：

R≈0.5P/S
式中：P——土壤电阻率；
    S——接地网面积；
    R——接地电阻。
    从公式中可以看出，对实际的接地网面积减少有很大的影响。
2 关于接地装置的设计问题
2.1 土壤电阻率的测量工程

土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料，建议提高测量精度。设计采用《设计手册》中提供的计算平均电阻率的方法减少误差。
2.2 接地网布置根据接地电阻的估算公式

R=0.5P/S

地网面积确定后，其接地电阻也就基本一定，因此，在地网布置设计时，应充分利用变电所的全部可利用的面积，如果面积不增加，接地电阻是很难减小的。
2.3 垂直接地极的作用

在110kV变电所中，一般采用水平接地线为主，带有垂直接地极的复合型地网。在独立避雷针、避雷器的引下线处应敷设垂直接地极，加强集中接地，方孔地网纵横向均压带相互交错。
2.4 接地网的腐蚀

接地网的腐蚀状况在80年代及以前的设计中，很少考虑到地网的腐蚀问题，由于地网腐蚀引起的事故屡有发生，如接地引下线断开使高压运行的设备处于无接地状态，地下主网腐蚀断裂使地网分割成几块，发生接地时使二次设备烧坏。另外，由于地网属隐蔽工程,埋于地下不易检查、修复，所以应当加大对地网腐蚀的调查研究，有利于系统的安全运行。对于一般的变电所地网的设计年限不应小于30年，对于重要枢纽变电所地网寿命应按50年考虑。
3 关于地网材料

常选扁钢和圆钢两种，采用热镀锌材料。地网的敷设深度易采用0.6m敷设深度对接地电阻的影响：目前，采用的地网是以水平接地线为主边缘带有垂直接地极的复合型地网。冬季垂直接地极大部分伸于下层非冻结土壤中，这时土壤结构可以等效为两层电阻率不同的土壤结构，有研究表明，对于处于双层土壤介质中的垂直电极，其各部分的散流密度与周围介质的电阻率成反比，除了在电极尖端处。因此，在季节性冻土地区，采用这种带有垂直接地极的复合型地网也将主要取决于地网的非冻结土壤。接地电阻应满足一年四季变化的要求，实际上这很难做到，所以要合理的确定地网的埋设深度。
4 接触电压与跨步电压

人站在发生接地故障的设备旁边（相距0.8m），手触及设备外壳，人的手和脚所接触的两点间呈现的电位差，称为接触电压。

人在接地短路点周围行走，两脚之间（跨距0.8m）的电位差，称为跨步电压。

人体受电击时，常常是在离设备较远处接触到被接地的与接地网同电位的设备外壳支架、操动机构、金属遮拦等物件。当人工接地网地面上局部地区的接触电势和跨步电压超过规定值，因地形、地质条件的限制扩大接地网的面积有困难，全面增设均压带又不经济时，可采用下列措施：在经常维护的通道、操动机构四周、保护网附近局部增设1～2m网孔的水平均压带，可直接降低大地表面电位梯度；铺设砾石地面或沥青地面，提高地表面电阻率，以降低人身承受的电压，也可将沥青混凝土重点使用。
5 降低接触电压和跨步电压的方法

接地体形状的选择 最好采用以水平接地体为主的人工接地网，使水平接地体成为闭合环形。同时，在环形网络内部加设相互平行的均压带，均压带的距离一般为4～5mm为宜。

在一般情况接地体的埋设深度＞0.6m，为降低接触电压和跨步电压，要求水平接地体局部埋设深度＞1m，并应铺设50～80cm厚的沥青碎石地面，宽度超出接地装置2m左右。
6 关于降阻剂的使用

近年来降阻剂在电力系统中得到了广泛的使用。接地装置的作用是对接地故障电流的扩散，起主要作用的是大地的散流性，而不是地网接触的局部的土壤电阻率的降低，而降阻剂的主要作用是降低了地网接触的局部土壤电阻率，是降低了地网与土壤的接触电阻，不是降低地网本身的接触电阻。
7 接地引下线设计应注意的几个问题

接地引下线应就近入地，并以最短的距离与地中的主网相连，不应于电缆沟中的通长扁钢连接，因为其敷设于电缆沟内壁表面的混凝土上，不起散流作用。发生短路时,易造成局部电位升高，引起电缆绝缘破坏等。带有二次回路的电气设备，为了减小接地引下线的阻抗，保证与主网可靠连接，应采用两根截面相同的都能满足热稳定和腐蚀要求的接地线，在不同的部位与主网相连。另外还要加强主控室及弱电系统与地网连接的可靠性，不能够使用钢筋混凝土电杆中的预应力钢筋作为主要引下线。
8 结论 

变电所的接地技术与接地装置应结合实际情况来进行，在具体的过程中应重点考虑地网的布置、敷设深度、腐蚀及热稳定校验等方面。降低接地电阻、降低接触电势和跨步电压等是合格地网的主要因素。只有这样，才能确保人身及设备的安全, 才能保障变电所安全、正常的运行。

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