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1、1电力接地网存在问题浅析及解决方案变电综合室 郭锋摘要：电力系统的接地问题是一个貌似简单，而实际上确是非常复杂又至关重要的问题，它直接关系到人身和设备的安全。特别是近年来随着电力市场的发展，电网规模不断扩大，接地短路电流也越来越大，再加上各种微机监控设备的普遍应用，这就对接地提出了更高的要求。文中分析了电力接地网现存在的问题，并提出了自己理解到的改进意见。近年来，随着电力系统的发展，接地短路电流越来越大，接地网的问题也越来越突出，由于接地网的问题发生了多次事故或造成事故扩大。毕业工作两年来，通过对山东和北京两地多座变电站接地网情况调查之后，发现其确实存在一些问题，并严重影响着电力系统的安全运行
2、。一、电力接地网现状存在问题1.设备接地与主地网的连通问题运行多年的老变电站接地网和设备引下线多为小截面圆钢，故此次检查的对象也多为此类变电站，发现接地网存在的最大问题不是接地网的各项技术指标问题，而是变电站内电气设备与接地网的连接有问题，大多为设备接地与接地网不通，或连接不良。在进行认真的调查分析后，发现设备接地与地网不通主要由以下原因造成：1.1 设备接地引下线在地下与主地网焊接不良，焊接头焊口长度不够，且大多为点焊，由于长期腐蚀，焊口处开路。1.2 接地网水平接地体的接头处焊接不符合要求，长期腐蚀造成开路。21.3 变电站扩建时没有对地网做相应的扩建，而是把新上的设备接地线接到就近的电缆
3、沟内接地带上。由于电缆沟内阴暗潮湿，最容易发生腐蚀，一点电缆沟内接地带焊头腐蚀断开，串在上面的设备接地就失去了与接地网的连接。1.4 设备接地引下线截面小，经过长时间腐蚀，从地面附近锈断。1.5 有些设备接地引下线与设备外壳用螺栓连接，经过长时间的锈蚀，在连接处形成了电气上的开路。接地装置的锈蚀是普遍存在的问题，就变电站的地网来说，最容易发生腐蚀的是设备的接地引下线，由于腐蚀造成其截面满足不了接地短路电流热稳定需要。另外，电缆沟内的接地带也容易发生锈蚀，尤其是各焊接头位置，如果其上面串接设备的接地引下线，则会造成若干设备或设备单元失去接地。2.接地引下线及接地体的的截面偏小由于接地体或设备的接
4、地引下线截面偏小，不满足短路电流热稳定的要求，在发生接地短路时，接地引下线往往会被烧断，设备外廓带上较高的反击过电压，有时会向低压二次回路反击，使事故扩大。造成设备接地引下线或主接地体截面不满足要求的原因：2.1 设计时只考虑当时系统的短路电流，没有考虑到电网的以后迅速发展，接地短路电流迅速增大，以至于现在设备的接地线已不满足接地短路电流热稳定的要求。2.2 设计时只考虑接地线的截面能满足一段时间内的接地短路电流热稳定要求，没有在寿命期内做腐蚀校验。经过长时间的腐蚀，接地线和接地体不满足接地短路电流热稳定要求。32.3 一些变电站是经过若干次扩建而成，对在扩建时紧考虑了新增部分接地网或设备接地
5、引下线，而对原来的网和原来的设备引下线没有及时进行改造，以至于一个变电站内只有部分设备的接地线和部分接地网复合要求。这在不断扩建的变电站中存在较多。2.4 对接地问题重视程度不够，如一些设计没有进行接地短路电流的热稳定校验，而且套用图纸，或是本着减少投资的前提出发，选用截面较小的接地线。这在 6080 年代建成的变电站存在较多。2.5 不按图纸施工，接地工程时一个隐蔽工程，一旦施工完结就无从检查，所以有的承包商偷工减料，不按图纸施工，在建设时就会留下隐患。3.水平接地体的埋深不足在对接地装置的全面检查时，发现一些变电站的接地网水平接地体埋深不符合要求，此问题多出现在一些偏远的简易变电站。标准规
6、定水平接地体要埋深 0.8m 以下，通过一些改造工程开挖发现许多水平接地体不满足要求，有些竟不足 0.3m。由于水平接地体埋深不足，可能造成以下后果。3.1 接地电阻受季节、土壤干湿影响较大，造成接地装置的接地电阻不稳定。3.2 接地网的均压不好，在发生设备接地短路故障时，地面的跨步电压较大，对巡视人员构成威胁。3.3 容易发生锈蚀。因上层土壤的含氧浓度高，容易发生吸氧腐蚀。这也是水平接地体发生腐蚀的主要原因。4.工频接地电阻超标发生工频接地电阻超标，主要有两个方面的原因。一是先天性的缺陷，由于各种条件限制，在变电站建成时接地电阻就超标。这些情况一般发生在4土壤电阻率较高的山区变电站，改造起来
7、往往难度很大；二是后天原因造成，比如由于腐蚀或外力使部分接地网和主网断开。上述问题的存在，均严重威胁着电力系统的安全运行，如不尽快加以解决将会出现地网扩大事故。近几年部分单位已开始实施地网改造工程，从改造方式上看，大致可分为全面改造型和局部加强型两种方式。所谓全面改造型就是对整个地网重新设计，重新敷设；加强型改造即仅对接地引线线增大截面或对水平接地网增加几条均压带。二、电力接地网的改进意见1.接地网截面选择接地装置的截面选择要满足热稳定的要求，验算热稳定关键使确定短路电流的作用时间，此问题应该结合保护的可靠性、施工情况、经济情况进行综合考虑。新规程（DL/T621-1997）规定有效接地系统接
8、地装置热稳定校验时间应该按照如下条件选取：1）变电站继电保护装置配置有 2 套速动主保护、近接地后备保护、断路器失灵保护和自动重合闸时，取主保护动作时间、断路器失灵保护动作时间和断路器开断时间之和；2）变电站继电保护装置配置有 1 套速动主保护、近或远（或远近结合的）后备保护和自动重合闸时，取第一级后备保护的动作时间和断路器开断时间之和；3）低电阻接地、不接地或消弧线圈接地和高电阻接地系统接地装置热稳定校验时间取 2s，即第一后备保护动作时间。5从实际情况看，圆钢的腐蚀截面要小于扁钢。由于在相同截面下，圆钢的表面积要小于扁钢，所以土壤对相同截面的圆钢的腐蚀程度要比扁钢小。并且，从施工角度来说，
9、圆钢易于机械加工，可向任何方向转变角度，相对而言扁钢受局限。铜质材料本身热稳定系数较高，可选择截面较小的材料，但其成本偏高，不提倡使用，建议在设计和施工中采用圆钢。2.设备接地引下线截面与主网干线截面的配合老变电站接地引下线截面一般小于主接地网干线截面。在发生短路故障时，流过接地引下线的电流是全部故障电流，而地网干线有分流作用，流过接地引下线的电流是主接地网的 2 倍，较小的截面承受全部的故障电流，成为地网中的一个薄弱环节。我国大部分的地网事故，往往是短路电流先将接地引下线烧断，从而导致故障扩大。新规程（DL/T621-1997）中明确规定：在未考虑腐蚀时，接地装置接地极的截面不宜小于连接至接
10、地装置的接地线截面的 75。在考虑腐蚀的情况下，接地装置接地极的截面不宜小于连接至接地装置的接地线截面。3.设备接地引下线的连接老站内大部分设备的接地引下线引到电缆沟内的扁铁上。电缆沟扁铁只有几点与主网连接，在短路故障时，短路电流经电缆沟接地体流向主网，如果故障点距主网干线连接点较远，故障点的电压就会变得很高，对二次回路构成威胁。故不能将设备接地引下线连接到电缆沟内的接地扁铁上。电缆沟内的接地带应多处与地网主干线连接，沟内电缆支架与接地带连接应可靠，这样可以沿途分流，避免大电流集中及电缆两端出现高电位差。另外，接地引下线通过传动部分更不可取，传动部分的接触面积具有分散性，不能保证有效的传导故障
11、电流。而且传动部分经常有人操作，故障电6流经过时会危及操作人员的人身安全。严禁使用预制水泥杆的钢筋作为接地引下线。对利用预制水泥杆内钢筋作为接地引下线的情况，由于内部钢筋焊接情况以及钢筋的材质不易检查，简易采用专门的接地引下线。4.防腐处理从安全、经济方面考虑，接地网应根据不同部位腐蚀特点采用必要的防腐措施，新敷设的接地网要特别注意接地体的防腐能力，钢材本身要做防腐处理，如热镀锌；焊接处应在去掉焊渣后，涂厚度为 2mm 左右的沥青以及要定期除锈，刷防锈漆和黑漆进行防腐处理。电缆沟相对湿度大，构成电化学腐蚀条件，故电缆沟内的扁铁除采用镀锌防腐外，还应从降低电缆沟湿度出发缓解腐蚀。防腐的另一项措施
12、是水平接地线回填土要夯实。5.新旧地网的连接对于新旧地网的并联问题可从两个方面考虑，一方面，由于电力系统接地技术理论可知，当变电站占地面积为 A，若该面积内全部铺满钢材，即地网构成一面积为 A 的金属板时，其接地电阻可达最小值；反之，把水平接地体减少到只剩一个地网轮廓的外框时，其接地电阻将达最大值。而新旧地网并联相当与向金属板地网靠近，故其接地电阻应为减少趋势；另一方面，两根均压带并联后，因互相屏蔽的缘故，总的电阻不是单根的 1/2，而要大一些，其利用系数仍为 0.9，并联后的总电阻接近单根的 1/2。从以上两方面看出，新旧地网应该并联。故建议地网改造同时保留原有地网，而且新地网在地中要紧紧贴
13、靠老接地干线敷设焊接。6.工频电阻控制地网处理是一系统工程，不能只盯住接地电阻，误以为只要降低接地电7阻就万事大吉。有时硬要接地电阻降到 2000/I 或是 0.5 非常困难，从技术经济角度看也极不合理。设计、处理地网时要正常理解和运用规程，合理制订设计方案。在做好防止电位转移工作、验算接触电压和跨步电压并采取均压措施后，接地电阻可取一适当值，最大不能超过 5 。另外，对变电站主地网采用换土方式来降低土壤电阻率，工作量太大，不宜实施；在接地极附近局部换土或敷设降阻剂，实质是加大了接地极的截面积，降阻效果很差。深孔接地可降低接地电阻，但要注意，孔一定要钻到渗水层或泥层，因未到深层低土壤电阻率土壤
14、时，孔深接地效果不明显。需特别指出的是，上下层土壤电阻率相差越大，效果越明显。钻孔过深和地网向周边扩展太远时，由于接地材料自身存在一定电阻，效果也不明显。具体实施时综合考虑各种因素。三、施工注意事项实施接地网改造时，必须按图纸施工。独立避雷针 5m 范围内及站内人行通道均采用碎石或沥青混凝土做均压处理。独立避雷针与主接地网中距离不小于 0.3 倍避雷针接地电阻,且不小于 3m，与电气设备接地部分、架构接地部分的距离应大于 0.2 倍独立避雷针接地电阻与 0.1 倍避雷针校验点高度之和，且不小于 5m。接地扁钢之间焊接要保证足够的搭接面积，严禁点焊，必要时可以在焊接处搭接一根相当于扁钢截面的圆钢
15、，圆钢长度要大于直径的 12 倍，在折弯处禁止采用高温加热处理，因为高温加热后，钢铁的有效截面发生变化，不能保证足够的通流量，易形成薄弱环节。此外，禁止设备接地引下线串接，以防止某处地线断开时，造成后面串8接设备失地。为防止电位转移，引起危害，建议站内所有水管、气管都用塑料绝缘管，通信设施的电源加装隔离变压器。最后，为避免遗留事故隐患，地网回填土之前必须经专业人员验收，验收资料及改造图纸存档待查。参 考 文 献（1）DL/T 621-1997,交流电气装置的接地，中华人民共和国电力工业部发布，1998-01-01 实施。（2） 电力工程电气设计手册 （电气一次部分） ，水利水电部西北电力设计院编制。（3）DL/T 620-1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合。
