周边地理条件在变电站降阻改造中的应用

2015-02-24黄丽芬

电力安全技术 2015年12期

关键词：电位差跨步电阻

黄丽芬

(福建水口发电集团有限公司，福建福州 350004)

周边地理条件在变电站降阻改造中的应用

黄丽芬

(福建水口发电集团有限公司，福建福州 350004)

变电站接地系统的接地电阻是影响变电设备运行安全与人身安全的重要参数，但其降阻措施常受到各种因素的制约。结合自然接地体和敷设水下接地网的降阻改造工程实例，对周边地理条件在变电站降阻改造中的应用进行讨论，分析了该方法的优越性，并提出了注意事项。

变电站；接地电阻；降阻；自然接地体；水下接地网

0 引言

变电站的接地系统是保障作业人员人身安全和电气设备可靠运行的重要设施。近年来，随着变电站微机保护和综合自动化设备的广泛投入和使用，接地系统越来越受到人们的重视，对接地保护也提出了更高的要求。然而，变电站的接地网存在设计不合理、接地电阻超标等问题，如何合理有效、经济、长久地解决这个问题，对保障电力系统的安全可靠运行，具有十分重要的理论意义和工程价值。

1 变电站常用降阻措施分析比较

目前，变电站常用的降阻措施主要有：外延接地降阻法、深井接地法、填充电阻率较低的物质或降阻剂、利用自然接地体、敷设水下接地网等。

(1) 外延接地降阻法符合常规工序且施工简单，但受征地较难、占地面积过大、手续繁多等问题的制约，在实际降阻改造工程中往往难以实施。

(2) 深井接地法可以把平面地网做成立体地网，且接地电阻不受季节影响，但其施工复杂、难度大、费用高、风险大，收效不一定显著，因此除了在接地网向水平方向无法外延的情况下，一般不轻易采用。

(3) 填充电阻率较低的物质或采用降阻剂法(投资少)，因其施工简单曾经大受欢迎，但由于某些降阻剂对钢材具有腐蚀作用，长期使用将对接地网造成腐蚀。

(4) 利用自然接地体和敷设水下接地网法具有省工、省料、接地电阻稳定、安全可靠性高等突出优点，可将变电站周边现有的地理条件有效运用到降阻改造工程中，但此方法需认真勘察变电站周边的地理条件，同时对设计人员的现场经验要求较高。

由此可见，变电站常用的降阻措施往往受到众多条件的制约，并出于安全性、经济性和合理性等因素的考虑，也均存在一定的局限性。因此在实际接地工程中，能否根据现场实际情况从众多降阻方法中选择经济、高效、合理的降阻措施，显得尤为重要。本文介绍一例利用自然接地体和敷设水下接地网法的降阻改造工程实践，讨论周边地理条件在变电站降阻改造中的应用，并对该方法的合理性和优越性进行分析。

2 周边地理条件在变电站降阻改造中的应用

2.1 自然接地体的应用

DL/T621—2011《交流电气装置的接地》规定：“交流电力设备的接地装置，应充分利用直接埋入地中或水中的自然接地体。自然接地体是指直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备等。”因此在变电站的接地工程中，尤其是对于用地紧张的城市变电站，在大规模外延接地实施受到严重制约的情况下，根据现场实际情况，充分发挥变电站周边地理条件的优势，因地制宜，合理利用自然接地体是降低变电站接地电阻、节约钢材以及达到均衡接地电位的有效措施。

以南方某110kV变电站的降阻改造工程为例进行讨论分析。该110kV变电站地处城市郊区，其接地电阻设计值R≤0.5 Ω，建成后实测R=1.2 Ω，严重超标。由于该变电站占地面积较小，仅靠站内地网将接地电阻降到合格值几乎无法实现，因此需对其采取其他的降阻措施。经过现场勘察，发现变电站周边不具备大面积铺设外延地网的条件，但在变电站前方的公路旁埋设有金属自来水管道，且该供水系统分布范围较广，在接地有效长度范围内，其附近无可燃或爆炸性介质的金属管道，因此可考虑利用该自然接地体以达到降低变电站接地电阻的目的。其具体做法为：在主接地网的2个不同位置，分别用60mm×6 mm的镀铜扁钢将站内主接地网与站外自来水管道相连，并在合适位置分别挖设2个接地测试井，方便日后单独测量。

经计算，接地网与之并联后可将变电站的接地电阻降至0.5 Ω以下，改造后实测接地电阻为0.36 Ω，满足接地电阻设计要求。同时，对于110kV及110kV以上电压等级的有效接地系统，还应对改造后的接地网进行安全性校核。考虑到自然接地体上方一般不会装设电气设备，故不再考虑接触电位差问题，而只对其跨步电位差进行校验。

根据式(1)确定所连接的自然接地体跨步电位差的目标值：

式(1)适用于110kV及110kV以上电压等级的有效接地系统和6-35 kV低电阻接地系统。式中：Us—跨步电位差目标值，V；ρf—脚站立处地表面的土壤电阻率，Ω·m；t—接地短路(故障)电流持续时间，s。

经计算，得Us=326 V。

将所连接的自然接地体简化为矩形地网，可按DL/T621—2011附录中的方法，计算其最大跨步电位差，可得Usmax=83.6 V，远小于跨步电位差所允许的326 V，所以对行人是安全的。该处自来水管道埋设较深，周边无可燃或爆炸性介质的金属管道，采取自然接地体对原地网进行改造后，不仅能有效降低接地电阻，还能有效防止变电站发生接地短路时的高电位外引，满足了安全性要求。

2.2 敷设水下接地网

接地工程中，如果变电站附近有池塘、水库、江、河、小溪等，便可通过铺设水下、水底或者岸边接地网，以达到降阻目的。

以另一起110kV变电站的降阻改造为例进行讨论分析。该变电站位于低山丘陵区，其接地电阻设计的目标值R≤0.5 Ω，建成后虽经多次地网改造，但都未达到预期目的，其接地电阻值仍高达2.5 Ω，严重超标。根据现场调研，变电站周围不具备外延接地、深井接地的条件，也未发现可利用的自然接地体；但变电站北侧自西向东有1条小河，且小河正好位于北侧接地网外框附近。由于此河流与原接地网相距较近，且不存在征地问题，因此可充分利用现有地理条件，在小河中铺设水平接地体，再与变电站主接地网并接，从而达到降低接地电阻目的。

通过理论计算，在河中铺设适当长度的水下地网并与原地网并接后，可将接地电阻降至0.5 Ω以下。改造后实测接地电阻为0.42 Ω，符合设计要求。同理，对该水下接地网的跨步电位差进行校验，可知水下地网的跨步电位差Us应不大于196 V,而计算得到最大跨步电位差Usmax=74 V，满足了安全性要求。