变电站电气一次主接地网的设计研究.pdf

2023.01电子乐园079Electrical voltage 电气电压1 引言变电站的电气运行安全对整个电力系统的稳定运行起着非常重要的作用，其中接地网的连接起着至关重要的作用。接地网的连接和应用可以为电气设备提供一定的参考。当电力系统发生故障时，接地网能迅速发挥作用，及时排出故障电流。接地网的性能会严重影响到工人的人身安全，也会影响到电气设备的安全运行。其中，电气一次接地网工程在变电站中占有重要地位。在该项目建设中，要注重最大限度地控制和降低建设成本，减少工程量，降低施工安全风险，使项目顺利建设和投入运营。为实现这一目标，需要重视电气一次接地网的合理设计，根据基本设计要求采取有效措施，增强设计的科学性和有效性，减少工程量和安全风险，促进电气一次接地网工程的建设和发展，增强其运行效益，更好地为电力客户提供服务。2 变电站电气一次主接地网设计概述在变电站电气一次接地的具体设计过程中，应充分考虑变电站电气一次接地网的施工技术、投资、安全等方面。变电站电气一次接地网工程的设计是该工程的关键。因此，变电站的设计人员应做好电气一次接地网的设计工作，保证变电站电气一次接地网设计的合理性、可靠性和创新性，使变电站能够安全、顺利地运行。变电站电气一次接地网设计的基本要求包括。（1）由于用电需求的不断增加，变电站的建设必须具有先进性、时代性和先进性。（2）变电站电气一次接地网的设计必须考虑全局，以安全、经济、有效的方式处理好电气一次接地网的建设与生产之间的矛盾，以及近期与后续发展的关系。（3）从实际出发，选择合适的标准，采用可行、先进的电气一次接地网技术理念，选用合格的材料和设备。变电站一次电气接地网的设计原则包括。（1）接地设计能保证电力系统运行和故障时电气设备和人员的安全，技术先进，经济合理。（2）变电站内的电气设备和动力装置应按规定接地。（3）一次接地网设计时，应因地制宜，设计方案、接地导体（导线）的选用和接地极材料的选用。（4）对于土壤电阻率高、腐蚀性强的土壤特性，应进行技术经济比较和安全评价，以降低工程造价。3 变电站电气一次主接地网设计存在的问题随着变电站电压等级的升高和变压器容量的增大，系统的短路电流增大，因此接地网的进线电流增大。通过对正在变电站电气一次主接地网的设计研究文/聂友良摘 要：对于整个电力系统来说，良好的变电站建设可以提高整个电力系统的运行性能。因此，相关电力公司的施工人员需要在变电站设计时提高电气施工水平，制定合理的方案，以保证整个电力系统的正常运行。对于变电站的设计来说，涉及的内容和范围非常广泛，这使得电网的设计过程更加复杂。由于传统设计人员对这一新的电网技术缺乏深入的了解，无法掌握全面的设计方案和技术，在一定程度上阻碍了变电站安装工程的顺利实施。本文主要分析了变电站一次电气接地网的研究与设计，并就如何做好设计提出了有效的措施，以期能够为相关人员提供参考，促进我国变电站电气一次主接地网设计工作在未来能够得到更好的发展。关键词：变电站；电气施工；一次主接地网；设计电子乐园2023.01080电气电压 Electrical voltage运行的变电站接地网的调查分析，以及对变电站接地网改造的分析，在电气一次主电网的设计中容易出现以下问题。（1）新建变电站的初步选址没有充分分析变电站的土壤结构和土壤性质，导致投资增加，接地网腐蚀严重，工业加速发展地区土壤腐蚀估计不足。（2）变电站工程设计初期，未对接地网安全状况进行评估，施工过程中接地电阻测量是同时进行的，没有估算材料浪费，经济效益较差。（3）土壤电阻率测量不准确，不符合规范要求。在实际测量过程中，主要采用 2-3 个测点，导致测试方法单一，接地网设计数据的准确性得不到保证。此外，电力系统的容量正处于不断增加的阶段，系统的短路程度也较以前有所提高，这就导致变电站一次线路对二次线路的影响问题日益严重。（4）接地网中水平、垂直接地体等接头的焊接质量不高，焊接容易出现松动。长期使用后，受外界因素影响，接地网容易出现开路现象。如果采用铜和钢混合的接地网，铜和钢同时放置在土壤中，两者连接，会产生电偶效应，会加速钢在土壤中的腐蚀速度，接地效果不理想。（5）由于接地网直接埋在地下土壤中，会对接地网的材料造成明显的腐蚀，腐蚀接地网中的化学成分，产生氧化。埋在地下的接地网如果不采取适当的防腐措施处理，就会对接地网造成严重的腐蚀，同时也会影响电力系统的安全稳定，导致地下网络电缆的烧毁和事故的发生。4 变电站电气一次主接地网设计优化策略当前随着电力事业的不断发展，电容量也在不断增加，其中流经地网的电流也在不断发展，接地网的施工能够充分保证变电站安全稳定运行，施工技术也就显得尤为重要，需要十分重视对接地网的设计。变电站接地网作为电力系统中故障电流或雷电电流的放电通道，为电气设备和二次设备的可靠运行提供零电位参考点，稳定电位，防止故障时产生危险电压。是维护电力系统安全可靠运行，保证操作人员和设备安全的重要措施。随着现代大电网向超高压、大容量、远距离方向发展，接地故障电流和变电站接地网面积不断增加。生产经营部门要求变电站接地网既能满足当前系统安全稳定运行的需要，又能适应系统的长远发展。4.1 防雷设计一般来说，良好的电气一次接地网具有较强的保护作用，可以减少变电站发生雷击的可能性。由于变电站与接地网之间的连接装置的特殊性，它极易受到雷电干扰。对于一些电力公司来说，他们会选择采用传统的防雷方式，即在接地网入口位置设置一些防雷装置，同时在变电站侧面设置防雷导线，为防雷装置提供保护。虽然这些措施可以保护变电站免受雷击，但仍然没有达到完全的保护效果。因此，电力企业技术人员在进行防雷设计时，应对防雷装置的中性点进行有效接地，并在变电站母线、出线、低压侧安装避雷器，使变电站设备处于避雷器的保护范围内。同时，应在适当区域设置独立避雷针（或框架避雷针），使其与主接地网可靠连接，并验证防雷范围是否覆盖全站。只有这样，才能提高电气一次接地网的整体防雷效果，充分发挥其全部性能优势。4.2 接地导体（线）设计接地导体是一次接地网不可缺少的组成部分，包括水平接地极和接地引线。接地电极截面的选择是接地设计中的一个重要因素。在设计接地导体时，需要进行热稳定性验证。选择合适的接地导体截面，既要满足流过接地导体的故障电流，又要满足接地导体的腐蚀要求。在设计过程中，应根据规范的要求，结合短路电流的计算，接地电流的大小，以及故障短路时间和接地材料来确定接地导体的截面。在设计工作中，要综合分析各种影响因素的影响，根据主接地网的分布情况，优化接地导体栅极的尺寸，提高接地网的安全性，优化接地材料，保证阶跃电位差和接触电位差不超过允用值，保证变电站主接地网设计的科学合理。4.3 勘测设计在电气一次接地网的现场设计过程中，主要内容是勘察设计。同时，设计人员在进行勘测的同时，还需要设计电网的敷设方案。对于接地网的设计，由于变电站的环境因素复杂，不同的地质条件和因素会阻碍接地网的设计，因此设计人员有必要在施工初期对施工环境和地质条件进行分析，以便设计出完善的方案。一般来说，一些电力公司在勘测设计过程中主要关注的是所涉及的电阻率分布，主要是通过提高接地网电阻率的稳定性来延长变电站的使用寿命。然而，由于电网安装在地下，其电阻率会受到土壤的影响，使得设计人员在测量过程中难以测量准确的电阻率。因此，电力企业相关人员必须遵循变电站接地网的设计规则，减少土壤对电阻率的影响，以便为后期接地网的设计安装提供方便。降低电阻率的方法主要有以下几个方面：不同的土壤结构对电阻率的影响是不同的。因此，相关人员可以将接地网安装区域的土壤替换为含砂量高的砂土，这将为后期设计人员的工作提供一定的便利；不同土层深度对接地网电阻率的影响也不同。因此，设计人员应在施工区域内选择合适的土壤深度进行电阻率调查，以便为后期接地网的设计和安装提供一定的信息依据；在勘察设计过程中，相关人员可以利用2023.01电子乐园081Electrical voltage 电气电压化学原理对土壤内部的某些元素进行化学反应，也可以降低土壤的电阻率；如果以上三种措施均不能有效降低土壤电阻率，施工人员可采用外接法，即在土壤中插入规定的金属导线，以分流土壤电阻率，也可达到降低土壤电阻率的效果。4.4 技术设计变电站接地网是变电站设备的重要组成部分。作为隐蔽工程，它不仅为变电所内各种电气设备提供一个共同的参考地，更重要的是在系统接地故障或变电所遭雷击时，能迅速释放故障电流或雷击电流，从而改善变电所地电位的分布，保证一次、二次设备和人员在故障情况下的安全，是保证变电站安全运行不可缺少的重要组成部分。因此，对于变电站接地网的设计，需要做到以下两点：计算出变电站故障时的进线电流分布，可以利用功率仿真软件（如 PSD-BPA）进行计算，准确计算出各出线和接地变压器提供的短路电流，达到准确计算故障电流分布的目的。接地网特征参数的计算是基于 CDEGS 软件，以整个变电所区域为研究对象，计算变电所发生单相接地短路故障时，接地网的工频电位增加、场最大电位差、阶跃电压、接触电压等特征参数的分布；计算实际接地系统发生单相接地短路故障时，变电站接地网接地导体电位上升是否满足二次设备的安全要求。计算变电站内步进电压 US 和接触电压 UT 的分布，将试验结果与步进电压 US 和接触电压 UT 的极限值进行比较，判断变电站内步进电压 US 和 UT 的分布，分析评价地面产生的接触电压和步进电压是否满足人身安全要求。通过以上计算，可以准确反映变电站接地网设计的全过程，接地电阻值能够满足要求。4.5 优化接地材料为了更好地提高变电站接地网的设计水平，有必要对接地网材料进行优化，改变以往的选材方式，满足当前变电站的运行需求。在此过程中，可以选择热镀锌圆钢或热镀锌扁钢作为水平接地电极材料，而可以选择镀锌钢管或镀锌角钢作为垂直接地电极材料（若是全户内站需要采用紫铜排作为水平接地极、铜覆钢棒作为垂直接地极的材料），以保证扩散速度和接地网的安全性。在选择接地网材料时，必须考虑其热稳定性和腐蚀程度，以保证其机械强度能满足不同的使用要求。4.6 降低接地电阻在进行变电站设计的过程中，很容易受到站址面积的限制。同时，不同土壤环境所面临的设计要求也存在一定差异。因此，在设计接地网时，要尽可能将接地电阻限制在一定水平，增加地下电流，实现变电站的安全稳定运行。降低接地电阻的方法很多，需要根据土壤特性、周围自然环境、土壤腐蚀性等因素采取不同的降阻措施。对于土壤电阻率高、周边2km范围内无水源的地区，可在接地网中应用柔性降阻剂；对于一般土壤电阻率但接地电阻高于要求值的情况，可在深井和斜井中加入离子接地电极，或将深井和斜井结合使用，降低接地电阻。对于地电位升高引起跨步电势、接触电势超过允许值，采用均压地坪的方法抵消接触电势带来的接触危险，采用全站铺设碎石防止跨步电势的电压差。从而提高接地网络设计的合理性。4.7 防腐蚀技术实现防腐技术的实施首先需要了解和分析土壤参数，以确定该地区的土壤是否具有极高的腐蚀效果。检测内容包括土壤酸度、矿化度、微生物类型、土壤含水量、气密性等。发现气密性低、含水率高时，应做好土壤压实工作。当发现土壤微生物、酸度、盐度综合含量较高时，有必要对土壤中的相关参数进行调整。其次，对于接地网和接地线本身的处理，主要的处理内容包括接地线和接地网的连接焊接区域。由于材料不同，这一区域会形成一次电池效应，增加了电网的腐蚀速率。采用的方法是用沥青等材料包裹。最后，对于整个接地线及相关设施的检查，特别是接地线与地面的接触位置，应采用沥青等材料，以提高该区域的空气隔离效果，以防止接地线在自然环境的影响下加速腐蚀。5 结束语综上所述，随着社会科学技术的不断创新，变电站电气一次主接地网在变电站运行过程中起着至关重要的作用，在变电站运行中相关技术也得到了一定程度的升级和创新。然而，变电站电气一次主接地网设备的故障也是电网运行中的一个重要问题。因此，及时有效地解决变电站电气一次主接地网运行中存在的问题，实现变电站安全、正常、高效运行，是现阶段促进电力工业可持续发展的重要内容。此外，还要充分做好设计、验收和维护工作，在进行初期设计施工之前，需要对接地网周围的环境进行勘测，保证各项设备运行的安全和有效，充分采用各种措施做好接地网的设计施工工作。作者单位：广东顺德电力设计院有限公司