变电站接地设计

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1、变电站接地设计目的：1. 接地电阻计算。2. 接地导体（接地极）截面计算。3. 规范对接地网敷设要求的掌握。4. PE线截面计算。5. 为后续接地计算软件计算应用储备知识。前置条件：1. 最大接地故障不对称电流值计算。参考规范：1. GB 50059-201135110kV变电站设计规范2. DL/T 5218-2012220kV750kV变电站设计技术规程3. GB/T 50064-2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范4. GB/T 50065-2011交流电气装置的接地设计规范5. GB/T 51096-2015风力发电场设计规范6. GB 50797-2012光伏发电站设计

2、规范7. DL/T 1364-2014光伏发电站防雷技术规程1. 概述电力系统、装置或设备应按规定接地。接地按功能可分为系统接地、保护接 地、雷电保护接地和防静电接地。发电厂和变电站内，不同用途和不同额定电压 的电气装置或设备，除另有规定外应使用一个总的接地网。接地网的接地电阻应 符合其中最小值的要求。交流电气装置的接地设计，应遵循规定的设计步骤。设计方案、接地导体（线） 和接地极材质的选用等，应因地制宜。土壤情况比较复杂地区的重要发电厂和变 电站的接地网，宜经经济技术比较后确定设计方案。备注：重要发电厂和变电站指：330kV及以上发电厂和变电站、全户内变电站、220kV枢 纽变电站、66kV

3、及以上城市变电站、紧凑型变电站及腐蚀严重地区的110kV发电厂和变电 站。变电站交流电气装置的接地设计，应符合现行国家标准交流电气装置的接 地设计规范（GB/T 50065-2011）的有关规定；变电站建筑物的接地，应根据负 载性质确定，并应符合现行国家标准建筑物防雷设计规范GB50057中有关第 二类或第三类防雷建筑物接地的规定。风力发电场升压站和光伏发电站的升压站接地设计要求，与变电站的接地设 计要求基本相同。2. 接地网设计的要求2.1 一般要求（1）设计人员应掌握工程地点的地形地貌、土壤的种类和分层状况，并应实 测或搜集站址土壤及江、河、湖泊等的水的电阻率、地质电测部门提供的地层土 壤

4、电阻率分布资料和关于土壤腐蚀性能的数据，应充分了解站址处较大范围土壤 的不均匀程度。（2）设计人员应根据有关建筑物的布置、结构、钢筋配置情况，确定可利用 作为接地网的自然接地极。（3）设计人员应根据当前和远景的最大运行方式下一次系统电气接线、母 线连接的送电线路状况、故障时系统的电抗与电阻比值等，确定设计水平年的最 大接地故障不对称电流有效值。备注：设计水平年1520年。（4）设计人员应计算确定流过设备外壳接地导体（线）和经接地网入地的最 大接地故障不对称电流有效值。(5) 接地网的尺寸及结构应根据站址土壤结构和其电阻率，以及要求的接 地网的接地电阻值初步拟定，并宜通过数值计算获得接地网的接地

5、电阻值和地电 位升高，且将其与要求的限值比较，并通过修正接地网设计使其满足要求。(6) 设计人员应通过计算获得地表面的接触电位差和跨步电位差分布，并 应将最大接触电位差和最大跨步电位差与允许值加以比较。不满足要求时，应采 取降低措施或采取提高允许值的措施。(7) 接地导体(线)和接地极的材质和相应的截面，应计及设计使用年限内 土壤对其的腐蚀，通过热稳定校验确定。(8) 设计人员应根据实测结果校验设计。当不满足要求时，应补充与完善或 增加防护措施。2.2接地电阻与均压要求2.2.1 保护接地要求的变电站接地网的接地电阻，应符合下列要求：(1) 有效接地系统和低电阻接地系统，应符合下列要求：1)

6、接地网的接地电阻宜符合下列公式的要求，且保护接地接至变电站接 地网的站用变压器的低压应采用 TN 系统，低压电气装置应采用(含建筑物钢 筋的)保护总等电位联结系统：RW 2000/1(2.2.1-1)G式中：R采用季节变化的最大接地电阻(Q)；I 计算用经接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值G(A)，应按交流电气装置的接地设计规范(GB/T 50065- 2011)附录 B 确定。I应采用设计水平年系统最大运行方式下在接地网内、外发生接地故障G时，经接地网流入地中并计及直流分量的最大接地故障电流有效值。对其计算 时，还应计算系统中各接地中性点间的故障电流分配，以及避雷线中分走的接 地故障电

7、流。2) 当接地网的接地电阻不符合式(2.2.1-1)的要求时，可通过技术经济 比较适当增大接地电阻。在符合GB/T 50065-2011第4.3.3条的规定时，接地 网地电位升高可提高至5kV。必要时，经专门计算，且采取的措施可确保人身和设备安全可靠时，接地网地电位升高还可进一步提高。（2）不接地、谐振接地、谐振-低电阻接地和高电阻接地系统，应符合下列要 求：1）接地网的接地电阻应符合下列公式的要求，但不应大于4Q ，且保120护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压侧电气装置，应采用（含建筑物 钢筋的）保护总等电位联结系统：2.2.1-2)式中：R采用季节变化的最大接地电阻（Q）；I 计算

8、用的接地网入地对称电流（A）。g2）谐振接地系统中，计算发电厂和变电站接地网的入地对称电流时，对 于装有自动跟综补偿消弧装置（含非自动调节的消弧线圈）的发电厂和变电站电气装置的接地网，计算电流等于接在同一接地网中同一系统各自动跟综补偿 消弧装置额定电流总和的1.25倍；对于不装自动跟综补偿消弧装置的发电厂和变电站电气装置的接地网，计算电流等于系统中断开最大一套自动跟综补偿消 弧装置或系统中最长线路被切除时的最大可能残余电流值。2.2.2 确定变电站接地网的型式和布置时，应符合下列要求：（1）llOkV及以上有效接地系统和6kV35kV低电阻接地系统发生单相接地或同点两相接地时，变电站接地网的接

9、触电位差和跨步电位差不应超过由下列公式计算所得的数值：2.2.2-1)口174 + 0.17 p CU =t口 174 + 0.7p CU =ss2.2.2-2);ts式中：U 接触电位差允许值（V）；tU 跨步电位差允许值（V）；sP 地表层的电阻率（Qm）；sCs 表层衰减系数，按本规范附录C的规定确定;t 接地故障电流持续时间，与接地装置热稳定校验的接地故障等效持 s续时间t取相同值(s)。e(2) 6kV66kV不接地、谐振接地和高电阻接地的系统，发生单相接地故障后, 当不迅速切除故障时，发电厂和变电站接地装置的接触电位差和跨步电位 差不应超过下列公式计算所得的数值：U 二50 + 0

10、.05p C(2.2.2-3)ts sU = 50 + 0.2p C(22.2一4)ss s(3) 接触电位差和跨步电位差可按规范GB/T 50065-2011附录D的规定计算。 备注：GIS接触电位差要求见具有气体绝缘金属封闭开关设备变电站的接地说明部分。2.3接地网的设计2.3.1变电站水平接地网应符合下列要求：(1) 水平接地网应利用直接埋入地中或水中的自然接地极，变电站接地网除 应利用自然接地极外，还应敷设人工接地极。(2) 当利用自然接地极和引外接地装置时，应采用不少于2根导线在不同地 点与水平接地网相连接。(3) 变电站的接地网，应与110kV及以上架空线路的地线直接相连，并应有

11、便于分开的连接点。6kV66kV架空线路的地线不得直接和变电站配电 装置架构相连。变电站接地网应在地下与架空线路地线的接地装置相连 接，连接线埋在地中的长度不应小于15m。备注：此条与GB/T 500064 5.4.9冲突，以后者为准，如下：5.4.9 线路的避雷线引接到发电厂或变电站应符合下列要求：1 110kV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架构上，在 土壤电阻率大于1000Qm的地区，并应装设集中接地装置；2 35kV和66kV配电装置，在土壤电阻率不大于500Q m的地区，可将 线路的避雷线引接到出线门型架构上，应装设集中接地装置；3 35kV和66kV配电装置，在土壤电

12、阻率大于500Qm的地区，避雷线 应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护，可 采用独立避雷针，也可在线路终端杆塔上装设避雷针。(4) 在高土壤电阻率地区，可采取下列降低接地电阻的措施：1）在变电站 2000m 以内有较低电阻率的土壤时，敷设引外接地极；当地 下较深处的土壤电阻率较低时，可采用井式、深钻式接地极或采用爆破 式接地技术。2）填充电阻率较低的物质或降阻剂，但应确保填充材料不会加速接地极的 腐蚀和其自身的热稳定。3）敷设水下接地网。水力发电厂可在水库、上游围堰、施工导流隧洞、尾 水渠、下游河道或附近的水源中的最低水位以下区域敷设人工接地极。（5）在永冻土地区

13、可采用下列措施：1）将接地网敷设在溶化地带或溶化地带的水池或水坑中；2）可敷设深钻式接地极，或充分利用井管或其他深埋在地下的金属构件作 接地极，还应敷设深垂直接地极，其深度应保证深入冻土层下面的土壤 至少 5m；3）在房屋溶化盘内敷设接地网；4）在接地极周围人工处理土壤，降低冻结温度和土壤电阻率。（6）在季节冻土或季节干旱地区可采用下列措施：1）季节冻土层或季节干旱形成的高电阻率层的厚度较浅时，可将接地网埋 在高电阻率层下0.2m。2）已采用多根深钻式接地极降低接地电阻时，可将水平接地网正常埋设。3）季节性的高电阻率层厚度较深时，可将水平接地网正常埋设，在接地网 周围及内部接地极交叉节点布置短

14、垂直接地极，其长度宜深入季节高电 阻率层下面 2m。2.3.2 变电站接地网除应利用自然接地极外，应敷设以水平接地极为主的人工 接地网，并应符合下列要求：（1）人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小 于均压带间距的1/2，接地网内应敷设水平均压带，接地网的埋设深度 不宜小于0. 8m。备注：光伏发电站防雷规程：接地体的埋设深度不应小于0.5m,在冻土地区 应敷设在冻土层以下。（2）接地网均压带可采用等间距或不等间距布置。(3) 35k V及以上变电站接地网边缘经常有人出入的走道处，应铺设沥青路面 或在地下装设2条与接地网相连的均压带。在现场有操作需要的设备 处，应铺设沥

15、青、绝缘水泥或鹅卵石。(4) 6kV和10kV变电站和配电站，当采用建筑物的基础作接地极，且接地电 阻满足规定值时，可不另设人工接地。2.3.3 有效接地和低电阻接地系统中变电站接地网在发生接地故障后地电位升 高超过2000V时，接地网及有关电气装置应符合下列要求：(1) 保护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压侧，应采用TN系统， 且低压电气装置应采用(含建筑物钢筋的)保护等电位联结接地系统。(2) 应采用扁铜(或铜绞线)与二次电缆屏蔽层并联敷设。扁铜应至少在两 端就近与接地网连接。当接地网为钢材时，尚应防止铜、钢连接产生腐 蚀。扁铜较长时，应多点与接地网连接。二次电缆屏蔽层两端应就近与 扁铜连接。扁铜的截面应满足热稳定的要求。(3) 应评估计入短路电流非周期分量的接地网电位升高条件下，发电厂、变 电站内6kV或10kV金属氧化物避雷器吸收能量的安全性。(4) 可能将接地网的高电位引向站外或将低电位引向站内的设备，应采取下 列防止转移电位引起危害的隔离措施：1) 站用变压器向站外低压电气装置供电时，其0.4kV绕组的短时 (lmin)交流耐受电压应比站接地网地电位升高40%。