民用建筑变电所接地设计探讨

民用建筑变电所接地设计探讨

孟祥栋李晓龙

濮阳中油工程管理有限公司河南省濮阳市457000

摘要：随着社会经济的发展，我国的建筑行业有了很大进展，民用建筑越来越多。本文通过比较建筑内10/0.4kV变电所变压器中性点接地方式，对变电所接地设计中变电所环形接地干线截面选择、杂散电流、4极开关选用等常见问题进行分析，提出解决办法。

关键词：民用建筑；变压器中性点；接地方式；直接接地

引言

随着电力事业的快速发展，电力系统中对接地装置的要求越来越严格，变电所接地系统直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。然而由于接地网设计考虑不全面、施工不精细、测试不准确等原因，近年来，发生了多起地网引起的事故，有的不仅烧毁了一次设备，而且还通过二次控制电缆窜入主控室，造成了事故扩大，故接地网对电力系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。

1变电所接地设计常见问题

变电所接地做法多种多样，主要存在以下几个方面问题：①无论变压器中性点采用何种接地方式，变电所环形接地干线均采用40mm×4mm镀锌扁钢。②变压器金属外壳接地保护导体（PE）截面不明确。③低压配电系统正常运行时，接地导体中存在杂散电流。④变压器中性点直接接地，变压器低压主断路器与母联断路器采用3极开关。

2正确分析短路电流

在高土壤电阻率地区，当要求接地装置做到规定的接地电阻在技术经济上很不合理时，大接地短路电流系统接地电阻可以为R≤5Ω，但应采取相应措施，如防止高电位外引、均压设计、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2kV进行控制，其次以接地电阻不大于0.5Ω和5Ω进行设计。实际中，人们往往认为，接地电阻测量值小于0.5Ω即为合格，大于0.5Ω就是不合格，而没有认清其背后的机理，忽视短路电流的大小，这是不恰当的。接地的实质是控制变电所发生接地短路时，故障点地电位的升高，因此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，但不是唯一的参数。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，从安全运行的角度出发，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，必要时应采取防止高电位外引的隔离措施。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。①经架空地线-杆塔系统；②经设备接地引下线、地网流入本站内变压器中性点；③经地网入地后通过大地流回系统中性点。而对地网接地电阻起决定性作用的只是入地短路电流，所以，正确地考虑和计算各部分短路电流值，对合理地设计地网有着很大的影响。对于有效接地系统110kV以上变电所，线路架空地线都直接与变电站出线架构相连。当发生接地短路时，很大一部分短路电流经架空地线系统分流，在计算时，应考虑该部分分流作用。发生接地故障时，总的短路电流是一定的，增大架空地线的分流电流，入地短路电流就相应减小，因此，降低架空地线的阻抗也是接地设计需要考虑的重要方面。架空地线采用优良导体，正确利用架空地线系统分流，将使地网的设计条件更为有利。经分析可知，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。

3变压器中性点直接接地

变压器与低压配电柜采用四芯母排，变压器金属外壳与低压配电柜PE母排未直接连接。当电气装置发生单相接地故障时，故障电流沿设备金属外壳、环形接地干线至系统接地点，接地故障回路阻抗大，不利于保护电器动作。为了减少接地故障回路阻抗，变压器与低压配电柜连接采用五芯母排，其中变压器金属外壳通过PE母排连接低压配电柜PE母排。在变电所设计中，对于一、二级负荷，低压配电系统经常采用两台变电器一组组成单母线分段接线方式。变压器主断路器以及母联断路器均采用4极断路器，目的是保证两台变压器低压侧中性点不会通过保护接地线（PE）形成回路，中性线上的电流就不会从两台变压器中性点接地处通过保护接地线（PE）形成回路，保护接地线不会产生分流。

4接地网施工安装

由于部分施工单位的技术水平较差，在工程监理水平有限的情况下，难以保证接地网的施工质量，如虚焊、断开、主网未留活动检查点，甚至设备接地引下线都未接到主网干线上。另外，施工单位将总体布置图当作竣工图给运行单位，未标出施工过程中改动的地方。为防止上述违规事件的发生，接地网的检查、试验应由专业人员认真进行通电检查，做好中间验收和竣工验收，发现不规范的地方，及时要求施工队返工，这样才能保证工程质量。施工时，还应注意以下问题：①主网干线上的镀锌扁钢应竖直放置，减少锈蚀速度。②控制室的接地应形成环网，主干线穿过控制室时，应从两侧往楼上引接地线，且楼房的基石钢筋应与接地主干线连接，以改善接地效果。③穿墙套管的接地应设在室外，且每组的接地线都应引至主干线，以提高运行人员和室内二次设备的安全性。④一次设备的接地线不得往电缆沟内的接地扁钢上连接，也不应悬空穿越电缆沟。⑤接地网水平接地极铺设后，回填土时，接地网下要用干净的原土，不得将脏土或碎石填到下部。

5变压器中性点在总配电屏内一点接地

1）不应在变压器的中性点或发电机的星形点直接对地连接；2）变压器的中性点或发电机的星形点之间相互连接的导体应绝缘，且不得将其与用电设备连接；3）电源中性点间相互连接的导体与PE之间，应只一点连接，并应设置在总配电屏内；4）对装置的PE导体可另外增设接地。从变压器中性点引出的PEN线必须对地绝缘，变压器金属外壳与低压配电柜PE母线可通过五芯母排中PE母排连接或连接至环形接地干线，但环形接地干线截面应按预期的最大短路电流选择。变压器外壳连接至环形接地干线时，接地干线最小截面选择按下式计算：

式中：S——PE导体截面积，mm2；I———预期接地故障电流或短路电流有效值，A；t———保护电器自动切断时的动作时间，s；k———按导体材料和绝缘材料的初始温度和最终温度决定系数，按GB/T50065-2011附录G规定取值。示例：10kV高压侧系统短路容量200MVA，变压器SC（B）9-10/0.4kVD，yn11变压器负序及零序阻抗等于正序阻抗，变压器低压侧出线5m，接地故障切除时间t=0.6s。

6接地网阻抗的测试

接地网施工完后，必须准确测试接地电阻值，以验证设计计算的准确程度，为运行单位提供确切的接地网参数。由于接地网的特性，随土壤的成分和物理状态，以及随接地极的延伸范围和形状而变化，还随季节变化。测试接地电阻时，接地棒离变电所较远，其间的土壤情况可能很复杂，有分层或埋有金属物等现象，引起电阻值测试不准确，或与设计计算值相差较远。因此，测试接地网的接地电阻值时应在相似气侯和湿度条件下进行。

结语

变电所接地设计中应结合低压配电系统的接地形式选择变压器中性点接地方式：①变压器中性点直接接地的TN系统，从变电所可引出的只有TN-S系统。为防止系统正常运行时接地导体中存在杂散电流，变压器低压主开关和母联开关均采用4极断路器。②变压器中性点在低压配电柜内一点接地的TN系统，从变电所可同时引出TN-C、TN-S、TT系统和TN-C-S系统。③变压器金属外壳接地方式不同，变电所内环形接地干线截面选择不同。

参考文献：

［1］王厚余.低压电气装置的设计安装和检验［M］.第3版.北京：中国电力出版社，2012.

［2］王厚余．建筑物电气装置600问［M］．北京：中国电力出版社，2013．

［3］凌智敏.一点接地及四极开关［J］.建筑电气，2016，35（2）：8-17.