变电站接地装置存在的问题及其解决措施

1、目前变电站接地装置存在的主要问题
　　《交流电气装置的接地》规程（下简称《规程》）中规定：有效接地系统中变电站电气装置保护接地的接地电阻R≤（2000/I）Ω,当I＞4KA时，为保证接地网电位不高于2KV，则R≤0.5Ω。如若接地装置的接地电阻过大，接地装置的地电位就会抬高，因此要求接地网电位低于2KV。事实上对于大接地短路电流系统，随着电力系统容量的增大，流经接地网的入地短路电流大大增加，可能高达10KA以上，即使接地电阻在0.5Ω，接地电压也高达5KV以上。在这种情况下，如接地网的均压、分流和限流措施不好，当系统发生单相接地故障时，就会造成电网的局部地带跨步电压和接触电压过大，可能发生人身电击伤害事故。在变电站接地装置局部腐蚀、导体截面不等、土壤电阻率不均匀、设备接地引下线过长等情况下，以及在故障短路电流作用下，都将导致接地网中出现高的电位差。
　　1.1、电网的扩大造成原接地引下线热容量不足
　　目前兖矿峄化公司运行的为35KV和110KV变电站，大多数接地网主网采用25mm×4mm或40mm×4mm的扁钢，接地引下线采用直径8mm或10mm的圆钢。随着短路容量的不断增加，已很难满足热稳定的要求。《规程》中推荐，钢接地线的截面积应满足：
　　Sg ≥ Ig / C
　　式中：Sg----接地线的最小截面积，㎜2 ；
　　 Ig----流过接地线的短路电流稳定值，A（根据系统5~10年的发展计划，按系统最大运行方式确定） ；
　　 te----短路的等效持续时间，S ；
　　 C----接地线材料的热稳定系数，钢材为70；
　　 根据上式计算出，兖矿峄化公司110KV变电站接地网最大短路电流为8.960KA，短路时间t的取值应考虑短路的发生至后备保护动作的时间。目前，兖矿峄化公司110KV变电站接地网，整定时间为2S。计算结果表明，兖矿峄化公司110KV变电站接地网满足短路热稳定要求的接地线截面积最小应为181 ㎜2 ，而兖矿峄化公司110KV变电站接地引下线为8mm的圆钢，即接地线截面积为50.2 ㎜2 ，远小于短路热稳定的要求。当系统发生短路时，接地引下线将承受全部的入地短路电流，这样，接地引下线以较小的截面积承受全部短路电流，无疑是地网的一个薄弱环节，尤其是接地引下线入地的一段，由于土壤的腐蚀，截面积会逐渐减小。当事故发生时可能将接地引下线烧断，危及设备的安全运行，导致事故扩大。因此对运行多年的变电站在所接入的系统容量增大时，有必要校核其接地网的接地引下线短路容量。
　　1.2、接地装置防腐措施不力
　　由于接地体直接埋入土壤中，土壤的盐碱作用使接地装置逐渐氧化锈蚀，由于设计时接地网未作任何防腐处理，致使接地网腐蚀严重，有的变电站接地网几乎不能安全运行。目前，兖矿峄化公司运行的110KV变电站和35KV变电站接地装置都有不同程度的腐蚀，特别是建成于1980年的35KV变电站，接地网扁钢选用截面积太小，又未采防腐措施，接地网已运行近30年，近期又接入了1#（6000KW）、2#（12000KW）热电机组等短路容量较大的系统，一旦出现过电压或短路情况，其二次设备的安全运行会受到严重影响。
　　1.3、接地装置施工质量问题
　　 由于接地网是变电站中的隐蔽工程，质检部门若把关不严，施工单位就有可能不按设计要求进行施工。其中，焊接接头不良或未做防腐处理等问题都会给今后的设备运行留下事故隐患。
　　2、改进接地装置采取的措施
　　以上问题的存在，严重威胁着电力系统得安全运行，须尽快加以解决。从改造方式上可大致分为全面改造和局部加强两种方式。发表论文。全面改造就是对整个接地网进行重新设计和敷设；局部加强就是增大接地引下线截面积或在接地网中增加均压带和接地极。发表论文。
　　2.1、降低接地电阻保持整个地网电位均衡
　　变电站接地网干线均应采用外缘闭合、内部敷设方孔型均压带的型式。特别是故障电流高度集中的区域，应采用加强的接地装置，即在周围加装垂直接地极和水平地埋线。采取的措施：一是尽量降低接地电阻值，利用建筑基础深的优势，在挖建筑基础时把接地网打在基础以下0.2m处（基本能与地下水接触），降低接地电阻值；二是要有效地解决均衡电位问题，减少接触电势、跨步电势和转移电势，克服故障大电流作用下电网可能形成的高电位差。具体做法是：
　　1、均压：在高压配电装置地面下设置水平接地网，使其外缘闭合。内部敷设均压带，并利用建筑物的钢筋与地网可靠连接，形成通路。这是一种十分有效的均压措施。由于均压带的存在，配电装置区域内的电位分布比单独接地体和简单的环路接地体要均匀的多，所以接触电压和跨步电压的数值大为降低，实现了均衡电位接地。
　　2、分流：除新规定的带二次的设备接地需2根引下线分别与主网连接外，对可能通过大故障电流的设备，如主变的中性点、避雷器底座等设备均用2根接地引下线与电网的不同电位连接，以保证故障时短路电流通畅。尽量缩短接地引下线的长度，避免在大故障电流时形成高电位，对二次设备造成威胁。
　　3、为防止高压配电装置接地点的高电位经二次电缆进入主控室，造成直流和二次回路损坏，并减小接地故障点与主控室接地环网间的电位差，可采取下列措施：
　　①在故障电流集中的变压器中性点等处采用加强接地装置。即在周围加装垂直接地极和水平地埋线，降低地电位。
　　②在高压配电装置的接地网与变压器中性点之间，变压器中性点与主控制室接地网之间，增加若干条直接连接的接地线。发表论文。
　　　　③敷设与二次电缆平行的均压接地扁铁，均压接地扁铁两端需与电缆进入的配电箱及设备接地线端可靠连接，电缆隧道和电缆沟可敷设几条和电缆平行走向的接地扁铁，直埋式电缆必须要用电缆管，电缆管的一端和配电箱及设备的接地线可靠焊接，另一端与主接地网连接。
　　2.2、重新校核接地引下线的截面积
　　目前运行的变电站接地引下线的截面积小于主网干线的截面积是不合理的，通过前述对接地引下线受入地短路电流影响的分析，地网导体的分支最大只承受入地短路电流的50%，所以接地引下线除满足热稳定要求外，其截面积至少应是主网干线截面积的2倍。另外，接地引下线应有良好的导电性能，在大故障电流的作用下不产生明显的电位差，接地引下线要有足够的截面积，而且其长度尽可能地短，，对可能通过较大故障电流的部位应用2根以上的接地引下线与地网的不同部位连接，保证故障电流由更多的途径。
　　由于系统容量增大，早期设计的变电站有的接地引下线截面积已不能满足热稳定的要求，需按系统短路电流进行热容量的验算，增大接地引下线的截面积。
　　2.3、接地极截面的选择
　　通过对变电站的地网开挖检查来看，圆钢的腐蚀截面要小于扁钢。因为在相同的的导电截面积下，圆钢的表面积要小于扁钢，即在同样潮湿的土壤中，同样截面积的圆钢与土壤接触的面积要小于扁钢，受土壤的腐蚀程度要小于扁钢。在接地网的设计、施工、技术改造中建议使用圆钢。
　　2.4、 要对接地装置采取行之有效的防腐措施
　　设计部门首先应考虑接地线的防腐问题，根据地质情况适当地增大接地线截面积。根据兖矿峄化公司地处盐碱地的特点，其接地装置应进行热镀锌或热镀锡。接地线与接地极或接地极之间的焊接点，应作防腐处理，涂防腐剂或沥青等防腐材料。为更好地防腐，提高接地网使用年限，还可考虑接地网外包炭素粉（加热后形成炭素复钢体）等措施。
　　3、总结
　　针对企业供电系统存在的问题，本文提出也几种针对性的改进措施，经在现场检验，运行效果良好。

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