预装式变电站接地系统设计研究

预装式变电站接地系统设计研究

徐晶张浩

山东五洲电气股份有限公司山东潍坊261061

摘要：随着经济和电力行业的快速发展，电力系统发展的也越来越快，由于接地电流的不断增大，很多安全事故也随之开始发生，给变电站的正常运行造成了很大的影响。变电站的接地系统一直都是一个错综复杂的问题，但它对于整个电力系统而言又十分重要。所以为了能将接地系统在变电站中正确有效地运用，需要对预装式变电站接地系统的设计进行相关的研究，防止安全运行问题的发生。

关键词：预装式；变电站；接地系统；设计研究

引言

变电站接地关键是为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全[1]。按其作用分类，主要有工作接地、保护接地、防雷接地等。工作接地，目的在于保证电气设备在正常或发生故障的情况下能可靠工作，一般通过电气设备的中性点来实现。保护接地，用于保证工作人员的人身安全，通常将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地。防雷接地，主要用于防止雷击和过电压对电气设备及人身造成伤害，变电站的避雷针、避雷线和避雷器均需接地。

1变电站接地系统工作原理和作用

1.1变电站接地系统作用

变电站接地系统主要作用为提升工作安全性，这一作用体现在设备保护、人员保护、用电质量等多个方面。设备方面，变电站各类设备均带有较强的电荷，且大量应用金属，属于电荷的良性导体，富集的带电粒子很可能快速向电气设备处集中，导致设备过负载、烧毁，如雷击事故等。人员保护的作用与此类似，人体并非良性导体，但在带电粒子快速富集后，因人与大体或者存在连接，形成了闭路导电系统，有可能遭受电击。用电质量方面，过度富集的电荷会导致线路出现较大线损、电火花，即便进行输配电补偿，也依然难以保证电压水平。借助接地系统，带电粒子被导入地下，上述问题得到避免。

1.2变电站接地系统工作原理

变电站以及其主要构件在工作中会持续、稳定产生电磁场，其周围的带电粒子在不同电极（正、负电极）的影响下，则会持续在变电站周边富集。与此同时，雷电等自然因素也会持续导致带电粒子数目的增加，并在变电站等磁场区域富集，大大增加了变电站设备、人员的面临的安全风险，这是接地系统得到重视和应用的基本原因。接地系统主要由具有良好导电性能的构件组成，以拓扑学原理来看，该系统主要由四个部分组成，即大地、接地电极、接地线和被接地体，接地电极多选取铜或者铜合金材料，应用金属接地线与被接地体连接在一起，将过负荷电流导入地下，实现变电站保护。

2预装变电站接地

2.1预装站接地施工

主接地网在场地平整时开挖敷设，施工过程、技术要求、工艺以及质量控制和常规变电站相同。敷设时土建与电气施工单位密切配合，土建施工时按照接地图纸预留接地引线，引出处露出地面300mm，露出主变基础面500mm。舱内电气设备接地和舱体内部接地在预制舱生产过程中同时完成，预制舱运至现场后通过扁钢与室外接地网相连。所有接地体焊接尽可能保持最大接触面且焊接牢固，搭接长度不低于扁钢宽度的2倍，冷却后至少涂1遍防腐富锌底漆和1遍沥青漆。

2.2预装站接地设计

预装变电站，它的设计往往具有一定的规划性，在加工方面需要由工厂统一进行处理并且可以在一定程度上实现装配式的建设，预装式变电站在不久的未来会成为变电站的主要发展方向。预装式变电站与一般变电站相比，它的建设周期时间比较短，并且占地面积较小。预装式变电站主接地网设计和一般的变电站相比，它在进行预制舱的相关设计时，在其底部一共焊接了4个接地点。这4个接地点都与大地深处相连接，它们之间相连的位置部位主要依靠螺栓来进行彼此的连接。为了达到预制舱内二次等电位接地网系统，并且可以通过铜缆和舱外主接地网中的一点进行相应的连接。防雷接地作为变电站舱体重要的防雷装置，它在结构上充分利用钢结构的屋顶作为它传送电流的接收器。而在避雷针、避雷器的应用中使用完全独立的接地线接入全站地网。

2.3控制接地参数

接地参数，包括接地电极埋深、间距等，这些参数是指导接地系统建设的核心指标，以一般性要求为基础。接地系统参数的设定，还应考虑变电站周围环境，如西北地区变电站，空气湿度小，导电能力差，可适当增接地电极的埋深、间距等参数，技术上的要求也相对较低。而东部、东南部地区，空气湿度大，如果不能做好接地处理，地表部分电荷可能无法被完全导入地下，造成安全隐患。此外，还要保证接地地极埋在冻土层以下，对土质条件不理想的区域，处理电解电极周围的土壤，对于保证其低电阻率也有一定价值。

2.4成本分析

成本分析主要针对接地材料用量，常规变电站和预装变电站详细对比见表2，表中单价为估算价。预装式变电站相对于常规变电站来说，占地面积减少59%。占地面积大大减小，相应地主接地网材料用量也有所降低，由于无主控楼和配电楼，因而无需设置屋顶避雷带及支持卡，共计节省成本3.18万。集中接地装置减少7组用量，成本降低2.1万，土方开挖成本降低0.37万。综上，预装变电站接地可降低成本约5.65万。

2.5施工期限

一般变电站的施工项目包括：主接地网、设备接地和户外接地。在主控的楼架工作基本完成之后可以继续进行一系列后续的施工，所以接地施工的工作必然会与主控楼的施工完成进度和设备安装所消耗的时间挂钩。但如果就预装变电站本身而言，设备的安装、调试等一系列工作都可以在工厂内进行自主完成。现场工作一般较为简单，消耗时间比较短，可以有效地缩短施工周期。

2.6建设接地网格

传统的变电站接地系统均为整体式，该设计有助于实现范围化的安全防护，但弊端在于重点不明确，无法为系统提供足够有效的防护。如变电站的线路、变压器以及其他设备，其电荷强度必然存在差异，带电粒子的富集也不会是平均的，整个变电站范围内的危险程度不同。以此为视角提出接地网格式降阻优化计划，该技术强调结合变电站工作态势以及主要电气设备分布情况，将整个防护范围划分为3个等级，即1级（电荷极易富集）、2级（电荷容易富集）、3级（电荷不易富集）。1即区域如架空线路、裸露的金属结构等，二级如各类电气设备，三级如普通的工作机械、办公室等。于1级等级区域建立小网格，在整体防护框架下，利用纯度高的铜单质进行接地连接，并做环状设计，使该区域电荷能够在传导过程中免受高阻抗的困扰，有效导入地下，2级区域进行普通建设，强调规范进行电荷传导，3级区域不进行额外建设。该系统可以实现电荷的逐级传导，降低地面设备、人员受到的安全威胁。

结语

预装变电站接地设计必须要和具体的现实情况相结合，最重要的是维护设备的正常运作和人身的安全，与一般的变电站相比较，预装变电站成本较低，它的舱内设备接地都可以在工厂内自主完成，接地所消耗的时间也比较短。接地系统还可以有更高层次的优化，能够使施工质量得到有效的保证，增强接地项目的经济性并保证工作的正常运行。

参考文献：

[1]孔祥勇.500kV变电站接地网优化设计模型研究[D].沈阳：东北大学硕士论文，2011.

[2]熊信银，唐巍.电气工程概论[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3]侯昌明，黄世立.新型预装式变电站的探索和应用[J].电气开关，2013（01）：92-95.

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[5]孙建龙，鲁东海.基于预制舱的配送式智能变电站设计[J].江苏电机工程，2014（05）：43-47.