电力系统接地技术讲座

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1、电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 Ph D DissertationPh D DissertationPh D Dissertation 接地设计技术接地设计技术 何金良 曾嵘 张波何金良 曾嵘 张波 清华大学 电机工程与应用电子技术系 电力系统安全国家重点实验室电磁环境技术研究室 清华大学 电机工程与应用电子技术系 电力系统安全国家重点实验室电磁环境技术研究室 62784709 13601024327 email hejl 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 报告提纲报告提纲 接地研究的意义接地研究的意义 接地安全指标接地安全指标 土壤模型分析土壤模型分析 接地

2、系统科学设计及安全性分析接地系统科学设计及安全性分析 高土壤电阻率地区降阻技术高土壤电阻率地区降阻技术 垂直接地极改善接地系统安全性能垂直接地极改善接地系统安全性能 接地导体材料接地导体材料 杆塔接地装置杆塔接地装置 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 1 接地的重要性1 接地的重要性 变电站接地系统是维护电力 系统安全可靠运行 保障运 行人员和电气设备安全的根 本保证和重要措施 变电站接地系统是维护电力 系统安全可靠运行 保障运 行人员和电气设备安全的根 本保证和重要措施 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 1 接地的重要性1 接地的重要性 工作接地 保护接地 防

3、雷接地 工作接地 保护接地 防雷接地 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 1 接地的重要性1 接地的重要性 设备安全设备安全 接地电阻满足要求 确保地电位升接地电阻满足要求 确保地电位升IR 2000V 保证设备 安全 保证设备 安全 人身安全人身安全 满足接触电压和跨步电压的要求 保证人身安全满足接触电压和跨步电压的要求 保证人身安全 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 接地系统引起的系统事故接地系统引起的系统事故 每次接地事故产生的直接经济损失大约在数十万元 到几千万元 每次接地事故产生的直接经济损失大约在数十万元 到几千万元 而由于电力系统事故造成的停电所带来

4、的间接经 济损失则更大 而由于电力系统事故造成的停电所带来的间接经 济损失则更大 1999年山西大同年山西大同110kV变电站接地事故造成主变烧 毁 变电站接地事故造成主变烧 毁 1994年年1月月1日 四川华莹山发电厂因接地故障造 成发电机 变压器严重烧坏的恶性事故 日 四川华莹山发电厂因接地故障造 成发电机 变压器严重烧坏的恶性事故 1986年广西合山电厂由于地网缺陷而引起接地事 故 损失达 年广西合山电厂由于地网缺陷而引起接地事 故 损失达2000万元万元 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 接地系统引起的系统事故接地系统引起的系统事故 接地事故示例 接地事故示例 1996

5、年年12月月4日 山东烟台日 山东烟台220kV福山变电站 福山变电站 1主变由于主变由于 110kV侧中性点接地不良 在侧中性点接地不良 在110kV幸山线幸山线A相同期相同期PT发 生污闪时 大电流窜入二次 造成直流电源消失 保护拒 动 引发全站停电事故 二次设备损坏 发 生污闪时 大电流窜入二次 造成直流电源消失 保护拒 动 引发全站停电事故 二次设备损坏 1991年浙江电网一个年浙江电网一个110kV变电站发生了变电站发生了35kV开关站短路 接地 由于接地装置存在问题 使一次系统故障扩大到二 次系统 造成全所失电 一 二次设备大量损坏 开关站短路 接地 由于接地装置存在问题 使一次系

6、统故障扩大到二 次系统 造成全所失电 一 二次设备大量损坏 湖北潜江变电站接地电阻高达湖北潜江变电站接地电阻高达1 5 86年年4月月25日发生的 接地事故造成 日发生的 接地事故造成35kV设备多处放电 燃烧 并发展为相间 短路 同时高压窜入用电系统 通讯系统及保护回路 造 成失火及大量设备损坏 引起 设备多处放电 燃烧 并发展为相间 短路 同时高压窜入用电系统 通讯系统及保护回路 造 成失火及大量设备损坏 引起110kV 9 0MVA主变烧 坏 事故损失达 主变烧 坏 事故损失达3000万元 万元 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 接地引起的事故的原因接地引起的事故的原因

7、设备 设备 控制室 短路 二次电缆 电缆外皮 芯 线 地网 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 当前接地技术面临的问题当前接地技术面临的问题 系统容量的不断增大 接地故障电流增加系统容量的不断增大 接地故障电流增加 1000kV特高压系统短路电流已达到了特高压系统短路电流已达到了70kA 短路电流超过了断路器的开端能力短路电流超过了断路器的开端能力 63kA 变电站地质条件很差变电站地质条件很差 电压等级增加 接地网面积增大电压等级增加 接地网面积增大 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 过去过去 现在现在 接地系统设计程式化 过于简单接地系统设计程式化 过于简单

8、设计简单 具有盲目性 接地系统设计还处于经验设 计阶段 简单公式 设计简单 具有盲目性 接地系统设计还处于经验设 计阶段 简单公式 均匀网格均匀网格 发变电站地网降阻没有良方 具有盲目性发变电站地网降阻没有良方 具有盲目性 扩大地网面积及采用降阻剂 但有时效果并不明显扩大地网面积及采用降阻剂 但有时效果并不明显 对降低接触电压 跨步电压重视程度不够对降低接触电压 跨步电压重视程度不够 接地系统的设计 施工 验收的过程中均以接地电阻 为主要目标 而对站址地表的接触电压 跨步电压只 是简单校核 接地系统的设计 施工 验收的过程中均以接地电阻 为主要目标 而对站址地表的接触电压 跨步电压只 是简单校

9、核 研究方法和手段研究方法和手段 S R e 2 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 研究方法和手段研究方法和手段 现在现在 未来未来 随着计算机技术的发展 接地系统的设计应根据土 壤地质结构 采用多层土壤结构模型 分析接地系 统的接地电阻 地电位升 接触电压和跨步电压 随着计算机技术的发展 接地系统的设计应根据土 壤地质结构 采用多层土壤结构模型 分析接地系 统的接地电阻 地电位升 接触电压和跨步电压 根据地质结构的实际情况 因地制宜进行接地系统 设计 经济有效地降低接地电阻 接触电压和跨步 电压 根据地质结构的实际情况 因地制宜进行接地系统 设计 经济有效地降低接地电阻 接触

10、电压和跨步 电压 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 报告提纲报告提纲 接地研究的意义接地研究的意义 接地安全指标接地安全指标 土壤模型分析土壤模型分析 接地系统科学设计及安全性分析接地系统科学设计及安全性分析 高土壤电阻率地区降阻技术高土壤电阻率地区降阻技术 垂直接地极改善接地系统安全性能垂直接地极改善接地系统安全性能 接地导体材料接地导体材料 杆塔接地装置杆塔接地装置 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 发变电站接地系统的安全指标发变电站接地系统的安全指标 国内外接地设计标准的比较国内外接地设计标准的比较 我国接地标准注重设备安全 明确要求接地电阻满足我国接地标

11、准注重设备安全 明确要求接地电阻满足 IR 2000 如果达不到要求 则要满足接触电压和跨步电 压的要求 如果达不到要求 则要满足接触电压和跨步电 压的要求 IEEE std80 2000则更注重人身安全的要求 只要求接触电 压和跨步电压满足人身安全的要求 则更注重人身安全的要求 只要求接触电 压和跨步电压满足人身安全的要求 IEEE标准更注重人身安全 对变电所接地系统只提对接触 电压和跨步电压的要求 而我国接地标准更多的考虑的是 设备安全 更关注的是接地电阻 标准更注重人身安全 对变电所接地系统只提对接触 电压和跨步电压的要求 而我国接地标准更多的考虑的是 设备安全 更关注的是接地电阻 电力

12、系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 发变电站接地系统的安全指标发变电站接地系统的安全指标 安全可靠的发变电站接地系统 设计是关键安全可靠的发变电站接地系统 设计是关键 安全指标安全指标 允许地电位升高允许地电位升高IR 接地电阻接地电阻 IEEE接地标准没有该指标 安全吗 接地标准没有该指标 安全吗 现在现在IR 2000V 难达到 取多少合适 难达到 取多少合适 二次电缆双端接地 至少可提高到多少 二次电缆双端接地 至少可提高到多少 接触电压 难满足接触电压 难满足 接触电压与接地电阻成正比 间接提出了对接地电阻 的要求 接触电压与接地电阻成正比 间接提出了对接地电阻 的要求 跨步

13、电压 敷高阻层就能满足要求跨步电压 敷高阻层就能满足要求 转移电势转移电势 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 接地系统的安全指标 接触电压和跨步电压与接地电阻的关系分析接触电压和跨步电压与接地电阻的关系分析 接触电压和接地电阻具有线性关系接触电压和接地电阻具有线性关系 高电阻率地区并不能仅依靠在地表敷设高阻层就将 接触电压和跨步电压的允许值提高到人体的允许值 高电阻率地区并不能仅依靠在地表敷设高阻层就将 接触电压和跨步电压的允许值提高到人体的允许值 要求确保人身安全最终还需要 通过适当降低接地电阻来实现 要求确保人身安全最终还需要 通过适当降低接地电阻来实现 0 100 150

14、 200 250 30 0 40 80 120 160 等间距 不等间距 电阻率为 50 m UT V R 唐山唐山 220kV 赵店子变电站按满足接触电压和 跨步电压的设计结果 赵店子变电站按满足接触电压和 跨步电压的设计结果 入地短路电流为入地短路电流为 31 25kA 正常水平地网接 地电阻 正常水平地网接 地电阻 1 5 增加增加 17 根根 80m 深垂直接地极接地电阻为深垂直接地极接地电阻为 0 43 最大接触电压 最大接触电压 625V 地表接触电压和跨步电压的极限值地表接触电压和跨步电压的极限值 262V 和和 406V 因此地表必须敷设高阻层 因此地表必须敷设高阻层 FT U

15、IRU 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 接地系统的安全指标接地系统的安全指标 决定接地系统地电位升的因素除了人身安全外 还包 括二次电缆及二次设备的绝缘耐受电压 决定接地系统地电位升的因素除了人身安全外 还包 括二次电缆及二次设备的绝缘耐受电压 二次电缆及二次设备抗干扰能力测试二次电缆及二次设备抗干扰能力测试 二次电缆 应主要考虑固体绝缘和爬电距离二次电缆 应主要考虑固体绝缘和爬电距离 二次设备 电气间隙 爬电距离和固体绝缘强度二次设备 电气间隙 爬电距离和固体绝缘强度 10种二次电缆 种二次电缆 14种二次设备种二次设备 3s耐压超过耐压超过6kV 电力系统接地设计技术讲座

16、电力系统接地设计技术讲座 二次设备及二次电缆允许的地电位升二次设备及二次电缆允许的地电位升 如果电力系统能在如果电力系统能在3s内切除故障考虑 从控制电缆的 绝缘特性来看 允许地电位升高 内切除故障考虑 从控制电缆的 绝缘特性来看 允许地电位升高15kV是可能的是可能的 电磁型 机械型 电动型继电器的绝缘耐受电压较 高 可以承受 电磁型 机械型 电动型继电器的绝缘耐受电压较 高 可以承受5kV的地电位升的地电位升 目前正在大量采用的光电型和电子型继电器的绝缘水 平弱 绝缘耐受电压低 一般只有 目前正在大量采用的光电型和电子型继电器的绝缘水 平弱 绝缘耐受电压低 一般只有2 5kV 微机保护装置的绝缘强度比较弱 国标规定的工频绝 缘耐压电压要求为 微机保护装置的绝缘强度比较弱 国标规定的工频绝 缘耐压电压要求为2kV 接地系统的安全指标接地系统的安全指标 电力系统接地设计技术讲座电力系统接地设计技术讲座 二次电缆双端接地时的芯皮电位差及屏蔽层电流二次电缆双端接地时的芯皮电位差及屏蔽层电流 二次电缆芯皮电位差随土壤电阻率增加呈指数规律减小二次电缆芯皮电位差随土壤电阻率增加呈指数规律减小 随