谈变电站交流电气设备的接地

为了保证变电站的设备使用者的人身安全和电气设备的安全, 变电站内各种电压等级和各种用途的交流电气设备应该统一使用一个总的接地装置进行安全可靠的接地。为了实现电气设备安全可靠的接地, 接地装置必须符合接地电阻、接触电压和跨步电压的安全允许值。

1 变电站交流电气设备接地装置的基本情况

变电站内各种电压等级和各种用途的电气设备, 应该统一使用一个总的接地装置进行安全可靠的接地。这个总的接地装置包括自然接地极和人工铺设的接地网, 并需要校验其热稳定性。

自然接地极是指直接埋入水下和土壤中的各种自然接地体。

人工铺设的接地网以水平接地极为主, 接地极的外缘各角一般做成圆弧形, 圆弧的半径一般大于均压带间距的一半, 水平接地极的外缘应该闭合。

人工接地网的埋设深度一般应大于0.6m, 同时, 接地网内应采用等间距或不等间距布置方式铺设水平均压带。

季节变化会对土壤产生干燥或冻结等的影响, 因此, 人工接地网的接地电阻值应校验在四季中都能满足安全要求。

当接地装置的接地电阻值不能满足安全要求时, 可采取外引接地、深井接地、水下接地、人工降阻等技术措施, 因地制宜、经济合理地降低接地电阻值, 从而满足安全允许值的要求。

2 变电站交流电气装置接地装置的接地电阻安全要求

2.1 直接接地和小电阻接地系统中变电站电气装置安全接地的接地电阻要求

(1) 接地装置的接地电阻值应符合下式要求

其中:R为接地装置的最大接地电阻, Ω;

I为流经接地装置的最大入地短路电流, A。

公式1中的流经接地装置的入地短路电流, 是指在接地装置内、外短路时, 流经接地装置入地最大短路电流的对称分量最大值, 在计算时应以5～10年后的系统最大运行方式考虑确定。同时应该考虑电网系统中各接地中性点之间的短路电流分配和电网系统中避雷线分走的接地短路电流。

对于避雷线分走的接地短路电流, 可按人工接地网内部和外部发生短路进行讨论:

(1) 人工接地网内部短路时, 最大入地短路电流为

其中:Imax为最大单相接地短路电流, A;Ik为流经变电站接地中性点的最大接地短路电流, A;Ke1为人工接地网内部接地短路时避雷线的工频分流系数, 根据经验估算, 可取Ke1=0.5。

(2) 人工接地网外部短路时, 最大入地短路电流为

其中:Ik为流经变电站接地中性点的最大接地短路电流, A;Ke2为人工接地网外部接地短路时避雷线的工频分流系数, 根据经验估算, 可取Ke2=1。

最大入地短路电流应采用公式2、公式3中的较大值。

(2) 如果接地装置的接地电阻值达不到公式1的要求时, 在接地电阻值不大于5Ω的前提下, 可以采用技术经济比较, 经济合理地增大接地电阻的安全允许值。

(3) 接地装置还需要满足以下要求:

(1) 接地装置的接地电阻满足安全允许值后, 还需要计算接触电压和跨步电压是否满足安全要求。

(2) 应该采取可靠的隔离措施, 防止将人工接地网的高电位引向站外或将低电位引向站内的电气设备和设施。

2.2 不接地、大电阻接地和经消弧线圈接地系统中变电站电气装置安全接地的接地电阻要求

(1) 高压电气设备的接地装置的接地电阻要求

其中:R为接地装置的最大接地电阻, Ω;

I为接地故障电流, A。

一般情况下, 接地装置的最大接地电阻不大于10Ω。

(2) 高压电气设备和站用低压电气设备共用的接地装置的接地电阻要求

其中:R为接地装置的最大接地电阻, Ω;

I为接地故障电流, A。

一般情况下, 接地装置的最大接地电阻不大于4Ω。

(3) 经消弧线圈接地的电网系统, 公式4、公式5中的接地故障电流应分两种情况确定: (1) 没有装设消弧线圈的电气设备的接地装置, 接地故障电流等于断开电网系统最大一台消弧线圈或最长一条线路被切除时的最大可能残余电流值。

(2) 装设消弧线圈的电气装置的接地装置, 接地故障电流等于接在同一接地装置中的整个系统各消弧线圈额定电流总和的1.25倍。

(4) 对于高土壤电阻率地区, 接地电阻值一般应小于30Ω, 而且应保证接触电压和跨步电压满足安全要求。

3 变电站电气装置接地装置的接触电压、跨步电压安全要求

3.1 电网系统发生接地故障时, 接地装置的电位、接触电压、跨步电压的计算公式

(1) 接地装置的电位计算公式为

其中:Ug为接地装置的电位, V;

I为流经接地装置的入地短路电流, A;

R为接地装置的接地电阻, Ω。

(2) 人工接地网内的地表面最大接触电压计算公式为

其中:Utmax为最大接触电压, V;

Ktmax为最大接触电压系数。

(3) 人工接地网外的地表面最大跨步电压计算公式为

式中:Usmax为最大跨步电压, V;

Ksmax为最大跨步电压系数。

3.2 接地装置的接触电压的安全要求

(1) 对于6kV～35kV小电阻接地系统和110kV及以上直接接地系统, 在系统发生单相接地或同点两相接地时, 变电站接地装置的接触电压的安全要求

其中:Ut为接地装置的接触电压, V;

Ρf为人脚站立处地表面的土壤电阻率, Ω·m;

t为接地短路 (故障) 电流的持续时间, s。

(2) 对于3kV～66kV不接地系统、大电阻接地系统和经消弧线圈接地系统, 在发生单相接地故障后, 一般不立即跳闸切除接地故障, 因此, 变电站接地装置的接触电压的安全要求

其中:Ut为接地装置的接触电压, V;

Ρf为人脚站立处地表面的土壤电阻率, Ω·m;

3.3 接地装置的跨步电压的安全要求

(1) 对于6kV～35kV小电阻接地系统和110kV及以上直接接地系统, 在系统发生单相接地或同点两相接地时, 变电站接地装置的跨步电压的安全要求

其中:Us为接地装置的跨步电压, V;

Ρf为人脚站立处地表面的土壤电阻率, Ω·m;

t为接地短路 (故障) 电流的持续时间, s。

(2) 对于3kV～66kV不接地系统、大电阻接地系统和经消弧线圈接地系统, 在发生单相接地故障后, 一般不立即跳闸切除接地故障因此, 变电站接地装置的跨步电压的安全要求

其中:Us为接地装置的跨步电压, V;

Ρf为人脚站立处地表面的土壤电阻率Ω·m;

(3) 当接地装置计算出的最大接触压和跨步电压超过安全要求时, 就表明该接地装置不满足安全要求。如果是由于变电站所处的地表土壤电阻率过低造成的, 可以通过在地表面铺设高电阻率材料, 人工增大人脚站立处地表面的土壤电阻率。

(4) 当变电站地处条件特别恶劣的环境时应该适当降低接触电压和跨步电压的安全允许值。

4 结语

本文介绍了变电站交流电气设备的接地装置的基本情况, 并对接地装置的三大电气安全指标:接地电阻、接触电压和跨步电压的计算和安全要求进行重点讨论。

摘要：变电站内装设有大量的变电、输电和配电的交流电气设备, 为了保证这些电气设备正常工作和安全防护, 必须将这些电气设备安全可靠地接地。本文简要介绍交流电气设备的接地装置的基本情况, 并着重讨论了接地装置的安全技术指标要求。

关键词：接地装置,变电站,交流电气设备,接地电阻,接触电压,跨步电压

参考文献

[1] DL/T621-1997.交流电气装置的接地.

[2] DL/5091-1999.水力发电厂接地设计技术导则.

[3] 舒廉甫.发电厂、变电站过电压保护及接地设计[M].中国电力出版社, 2009.