第一章概述

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，變電站一次設(shè)備二次保護(hù)對(duì)接地裝置的要求在不斷提高。接地裝置是確保電力設(shè)備安全運(yùn)行及其工作人員人身安全的重要設(shè)備。電力系統(tǒng)中對(duì)接地裝置的要求越來越嚴(yán)格，變電所接地系統(tǒng)直接關(guān)系到變電所的正常運(yùn)行，更涉及到人身與設(shè)備的安全。然而由于接地網(wǎng)設(shè)計(jì)考慮不全面、施工不精細(xì)、測試不準(zhǔn)確等原因，近年來，發(fā)生了多起地網(wǎng)引起的事故，有的不僅燒毀了一次設(shè)備，而且還通過二次控制電纜竄入主控室，造成了事故擴(kuò)大，故接地網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到非常重要的作用。變電所的接地好壞直接關(guān)系到設(shè)備和人身的安全，因而愈來愈受到人們的重視，因變電所的接地網(wǎng)不但要滿足工頻短路電流的要求，還要滿足雷電沖擊電流的要求，以前由于接地網(wǎng)的缺陷，曾發(fā)生了不少事故，其原因既有地網(wǎng)接地電阻方面問題，又有地網(wǎng)均壓方面的問題。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，變電所內(nèi)微機(jī)保護(hù)綜合自動(dòng)化裝置的大量應(yīng)用、這些弱電元件對(duì)接地網(wǎng)的要求更高，地電位的干擾對(duì)監(jiān)控和自動(dòng)化裝置的影響不得不引起人們的重視，因此，為了保證變電所接地網(wǎng)的可靠性，必須對(duì)接地網(wǎng)存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)今后在接地設(shè)計(jì)與改造方面應(yīng)該注意的問題進(jìn)行深入探討。第二章變電所接地網(wǎng)存在的問題及改造2.1變電所接地網(wǎng)存在的問題2.1.1接地網(wǎng)均壓問題1、在接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)只注意了工頻接地電阻而忽略了地網(wǎng)的均壓和散流問題，所以有些運(yùn)行多年變電所接地網(wǎng)的均壓不好，特別是橫向電位分布不均，電位梯度較大。2、對(duì)于有些變電所接地設(shè)計(jì)，設(shè)備到哪里，水平接地帶立連到哪里，或只用長孔地網(wǎng)而很少用方孔地網(wǎng)，再加上敷設(shè)接地網(wǎng)的施工單位存在偷工減料，不按圖施工等問題，造成接地網(wǎng)很不完善。3、接地網(wǎng)在施工中水平接地極埋深大部分不足，有的甚至浮在地表面，因此，由于地網(wǎng)均壓不好，一旦發(fā)生接地短路就有可能引起局部電位升高產(chǎn)生高壓向控制和保護(hù)電纜反擊，使低壓元件燒壞。2.1.2接地網(wǎng)與設(shè)備連接問題1、設(shè)備的接地引下線截面偏小或在地下與地網(wǎng)的連接處經(jīng)過長時(shí)間腐蝕造成被銹蝕斷；設(shè)備沒有明顯的接地引下線，而是通過混凝土構(gòu)架的內(nèi)部的鋼筋接地，而混凝土構(gòu)架的內(nèi)部鋼筋不是在上部就是在下部開路；設(shè)備接地短路時(shí)因滿足不了短路電流的熱穩(wěn)定而被熔斷。2、在廠區(qū)擴(kuò)建時(shí)沒有擴(kuò)建新的地網(wǎng)，而是把新增設(shè)備的接地通過電纜溝內(nèi)的接地帶與原地網(wǎng)連接，而電纜溝內(nèi)的接地帶又連接不可靠或長期運(yùn)行在潮濕和有腐蝕氣體的環(huán)境中，因腐蝕而造成開路；3、通過螺絲連接的接地線經(jīng)過長期的銹蝕或松動(dòng)造成電氣上的開路；由于設(shè)備的接地與地網(wǎng)通常發(fā)生在設(shè)備的接地短路時(shí)，設(shè)備外殼所帶高壓容易讓低壓二次回路反擊，燒壞二次電纜元件和元器件，使二次保護(hù)和控制失靈，使故障線路不能及時(shí)切除，使事故擴(kuò)大，在使用微機(jī)保護(hù)和綜合的場所會(huì)造成嚴(yán)重的地電位干擾而使微機(jī)保護(hù)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)失靈，造成保護(hù)的吳動(dòng)或拒動(dòng)，而使事故擴(kuò)大。設(shè)備外殼所帶較高的接觸電勢還將威脅運(yùn)行人員的安全。防雷設(shè)備的接地不良，要么會(huì)影響防雷設(shè)備的正常動(dòng)作，要么會(huì)在雷電流入地時(shí)產(chǎn)生較高的反擊過電壓危及設(shè)備和人身安全。2.1.3接地網(wǎng)的腐蝕問題腐蝕的原因歸納起來有以下幾種：1、接地網(wǎng)的水平接地體預(yù)埋深不夠，按相關(guān)國標(biāo)和行業(yè)規(guī)定水平接地體的埋深至少應(yīng)達(dá)到0.6m，而在實(shí)際工程中發(fā)現(xiàn)有的水平接地體的埋深不夠，有的甚至浮在地表，由于上層土壤含氧量高，加速了接地體的氧化，且上層土壤易受氣候的影響，接地電阻值不穩(wěn)定。2、在擴(kuò)建時(shí)，不擴(kuò)建地網(wǎng)把電纜溝內(nèi)的均壓帶作為設(shè)備接地的主要干線，由于電纜溝內(nèi)的均壓帶長期運(yùn)行在陰暗潮濕的環(huán)境中，特別是有些電纜溝長期積水，再加上未能定期的進(jìn)行防腐維護(hù)，這就加速連接地的腐蝕，是造成設(shè)備或設(shè)備單元失地的主要原因；3、在施工過程沖地網(wǎng)接頭焊接質(zhì)量差，有虛焊假焊或氣泡存在;4、丘陵地區(qū)的變電所，風(fēng)化石或沙石土壤透氣性好，土壤中含氧量高，加速了接地體的腐蝕；5、有害氣體腐蝕，以及對(duì)設(shè)備接地引下線和接頭沒有采取防腐保護(hù)措施或沒有定期進(jìn)行維護(hù)。2.1.4接地網(wǎng)接地電阻問題水平接地體或接地裝置埋深不夠，、工頻接地電阻普遍滿足不了R≤2000I的要求，且未采取任何均壓和隔離措施,這在多年運(yùn)行的變電站中尤其突出.其主要原因有:1、在原設(shè)計(jì)時(shí)電網(wǎng)容量較小,當(dāng)隨著電網(wǎng)的發(fā)展,電網(wǎng)容量迅速增大接地短路電流也迅速增大,接地網(wǎng)沒有隨之進(jìn)行相應(yīng)的降阻改造；2、接地網(wǎng)在施工時(shí)沒有按要求鋪設(shè)足夠的水平和垂直接地體；3、接地體在地下經(jīng)過長期的腐蝕，在接地體表面產(chǎn)生了一層鐵銹層，影響了接地體與周圍土壤的有效接觸，使接觸電阻增大；4、變電所擴(kuò)建時(shí)沒有對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)建。2.2變電所接地網(wǎng)改進(jìn)措施1、對(duì)于運(yùn)行10年以上的接地網(wǎng)，宜用工頻大電流法進(jìn)行接地電阻、地面電位分布、設(shè)備接觸電壓試驗(yàn)和設(shè)備與地網(wǎng)的連通情況試驗(yàn)；對(duì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有問題的地網(wǎng)，應(yīng)進(jìn)行開挖檢查，檢查接地網(wǎng)的埋深，銹蝕和焊接頭的連接情況，要重點(diǎn)檢查設(shè)備接地引下線與地網(wǎng)的連接，因?yàn)檫@些地方由于腐蝕電位差的存在，最易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，2、對(duì)設(shè)備接地引下線及地網(wǎng)水平接地體的截面進(jìn)行熱穩(wěn)定校核，不滿足要求的要及時(shí)進(jìn)行整改。35KV及以上電壓等級(jí)的設(shè)備接地線要用明線引下，不能通過混凝土構(gòu)架接地，對(duì)充油設(shè)備，主設(shè)備要進(jìn)行雙接地，雙接地要從設(shè)備的兩邊引下，并與地網(wǎng)不同點(diǎn)相連，以加強(qiáng)設(shè)備連接的可靠性和改善散流情況。3、在設(shè)計(jì)新的地網(wǎng)和改造老地網(wǎng)時(shí)，宜考慮電網(wǎng)以后5―10年的發(fā)展，留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地。接地網(wǎng)的使用壽命應(yīng)大于地面設(shè)備的使用壽命，因地面電氣設(shè)備可能更新得較快，而接地網(wǎng)不存在更新的問題。4、接地網(wǎng)的水平接地體預(yù)埋深度應(yīng)達(dá)60CM以下，有些特殊的地方預(yù)埋深度應(yīng)達(dá)0.8M或1M以下，用細(xì)土回填并分層夯實(shí)，嚴(yán)禁用砂石或建筑垃圾回填。5、設(shè)備接地引下線和電纜溝內(nèi)的均壓帶要定期進(jìn)行防腐處理和維護(hù)。6、在電纜附近輔設(shè)與電纜溝平行的水平接地體，每隔6―8M與電纜溝內(nèi)的接地帶連接一次，以保證電纜溝內(nèi)的均壓帶接地和均壓的可靠性。7、在主變中性點(diǎn)、油開關(guān)、避雷器和構(gòu)架避雷針的接地處和地網(wǎng)的各交叉點(diǎn)設(shè)置垂直接地極加強(qiáng)集中接地，改善地網(wǎng)的沖擊特性。8、變電所擴(kuò)建時(shí)要把接地網(wǎng)一并考慮在內(nèi)，擴(kuò)建的地網(wǎng)與原地網(wǎng)應(yīng)多點(diǎn)可靠連接，不能簡單地接進(jìn)電纜溝的接地帶了事。地網(wǎng)的各焊接頭焊口質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)焊口要進(jìn)行相應(yīng)的防腐處理。2.3接地網(wǎng)接地設(shè)計(jì)與改造1、在接地設(shè)計(jì)時(shí)一定要勘測了解變電所處在位置的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和土壤電阻率，土壤電阻率ρ值是接地設(shè)計(jì)和計(jì)算的重要參數(shù)，在接地裝置設(shè)計(jì)之前應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行勘測，因大多數(shù)情況下土壤都是不均勻土壤，即土壤的電阻率沿水平和垂直方向不均勻分布，這時(shí)就需要在水平方向上多測一些點(diǎn)以測出沿水平方向上的不同分布，同時(shí)還要測出不同深度的土壤電阻率，如采用四極測量法?？筛淖儾煌臏y試距離α。即可算出不同深度的土壤電阻率。因?yàn)闇y試結(jié)果基本上保持著0.75α深層土壤電阻率的關(guān)系，對(duì)于新建變電所可在變電所接地裝置布置地點(diǎn)進(jìn)行測量，對(duì)于老站改造可在旁邊類似的土質(zhì)地方測試。而實(shí)際中卻發(fā)現(xiàn)，有些在原地網(wǎng)上面測試時(shí)，結(jié)果測試值嚴(yán)重偏小，這是因?yàn)槿缭诮拥匮b置上方測量，則因下方有接地體的影響而使結(jié)果偏小，這樣就會(huì)使接地設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大的偏差。測試一定要到現(xiàn)場實(shí)測，不要憑資料介紹的土質(zhì)進(jìn)行估算，因?yàn)橥瑯油临|(zhì)在南方和北方相差甚遠(yuǎn)，如不現(xiàn)場實(shí)測則會(huì)由于取值和實(shí)際值相差較大而達(dá)不到設(shè)計(jì)目的。2、根據(jù)變電所的規(guī)模，應(yīng)用電網(wǎng)的接地短路電流來計(jì)算通過接地網(wǎng)的入地短路電流值，從而確定接地網(wǎng)的接地電阻值和接地線熱容量。關(guān)于流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，因?yàn)檫@個(gè)電流直接關(guān)系到接地電阻，接地線的熱穩(wěn)定計(jì)算及設(shè)備接觸電壓和跨步電壓的計(jì)算。所以正確計(jì)算流經(jīng)變電所接地裝置的電流非常重要。計(jì)算流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，采用在接地裝置內(nèi)、外短路時(shí)經(jīng)接地裝置流入地中的最大短路電流對(duì)稱分量的最大值，該電流應(yīng)按510年發(fā)展后的系統(tǒng)最大運(yùn)行方式確定，并考慮系統(tǒng)各中性點(diǎn)的短路電流分配，以及避雷線的分流。計(jì)算時(shí)首先應(yīng)按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式時(shí)的短路阻抗算出在單相接地短路電流值，然后根據(jù)內(nèi)、外短路電流計(jì)算流過接地裝置的電流I=（Imax-IN）（I-Ke1）I=In（I－Ke2）式中I流經(jīng)接地裝置的陸地電流。A；Imax接地短路時(shí)的最大接地短路電流。A；In發(fā)生最大接地短路時(shí)，流經(jīng)發(fā)電廠、變電所接地中性點(diǎn)的最大接地短路電流。A；Ke1廠或所內(nèi)外短路時(shí)、避雷線的工頻分流系數(shù)；3、對(duì)接地網(wǎng)的均壓主要考慮接地網(wǎng)地面的電位分布要均勻，跨步電壓要合格，關(guān)于接地裝置的跨步電壓和設(shè)備接觸電壓，接地裝置的地面跨步電壓UK和設(shè)備接觸電壓Uj是接地裝置的主要參數(shù)，它直接關(guān)系到人身和設(shè)備的安全，特別是在采用外延接地時(shí)，必須保證外延部分的跨步電壓UK在安全值以下，只有這樣才能保證在接地裝置流過大的接地短路電流時(shí)不會(huì)造成人身安全事故，因而在接地設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該認(rèn)真計(jì)算校核這兩個(gè)參數(shù)，在工程完工后還要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。但是在工程實(shí)際中發(fā)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)人員只是按下式進(jìn)行Uj=174＋0.17ρfUK=174＋0.7ρf式中：Uj接觸電位差。V；ρf地表土壤電阻率。ΩmUk跨步電位差。V；t接地短路故障電流持續(xù)時(shí)間4、變電所接地裝置的工頻接地電阻應(yīng)符合的要求，如若達(dá)不到該要求，在做充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后可適當(dāng)放寬，但要采取嚴(yán)格的均壓、隔離措施。降低變電所接地裝置的工頻接地電阻的措施可以采用：1）外延接地降阻法；2）深井式接地極降阻法；3）降阻劑法；4）水下地網(wǎng)法；5）等離子接地極降阻法。在實(shí)際工程中究竟采用何種方法降阻，要根據(jù)具體的情況、現(xiàn)場地質(zhì)、地勢情況，并做認(rèn)真的技術(shù)分析后，采用切實(shí)可行的降阻措施。要充分利用自然接地體和接地裝置所在處的有利地形條件達(dá)到用較少的投資來獲得最好的降阻效果。對(duì)位于山區(qū)、丘陵地區(qū)一邊開挖、一邊回填的變電所，為了達(dá)到接地網(wǎng)與大地的快速親合，可在回填前在底層先鋪一層地網(wǎng)加強(qiáng)與大地融合，然后在上層再鋪一層均壓網(wǎng)與設(shè)備連接。5、關(guān)于接地裝置的防腐措施，應(yīng)首先調(diào)查勘測接地裝置所在處土壤對(duì)鋼接地體的腐蝕率和酸堿度，先進(jìn)行接地體的腐蝕壽命計(jì)算，熱穩(wěn)定計(jì)算，接地裝置的使用壽命應(yīng)大于地面設(shè)備的使用壽命，即在壽命內(nèi)接地體的截面都要滿足接地短路電流熱穩(wěn)定的要求。防止接地體腐蝕的措施有：1）高效膨潤土降阻防腐劑法；2）陰極保護(hù)法。高效膨潤土降阻劑法具有降阻、防腐和穩(wěn)定接地參數(shù)等多項(xiàng)功能，適用于既需要降阻又需要防腐的場所；陰極保護(hù)法主要是保護(hù)接地體免遭腐蝕。第三章低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)接地系統(tǒng)與接地接零3.1低壓配電系統(tǒng)的接地在三相四線制中接地和接零是一個(gè)概念，而在三相五線制中，系統(tǒng)接地和接零是分離的。變壓器中性點(diǎn)N線直接接變壓器的接地網(wǎng)上，是功能性接地。在電氣裝置外露金屬部分如外殼接地，是通過PE線直接接到接地網(wǎng)和接地極上，為保護(hù)接地。保護(hù)線與中性線從某點(diǎn)分開就不允許有任何聯(lián)系，其目的有以下兩點(diǎn)：其一是為了使漏電電流動(dòng)作保護(hù)能正確動(dòng)作；其二是為了使保護(hù)線上沒有電流流過，以保證把保護(hù)線乃至設(shè)備外露可導(dǎo)電部分的電位限制在較低水平，以利安全。至于中性線也應(yīng)采取與相線絕緣水平相同導(dǎo)線，是為了避免系統(tǒng)的雜散電流對(duì)中性線產(chǎn)生影響，以保證漏電電流動(dòng)作保護(hù)裝置正確動(dòng)作，同時(shí)也有利于人身安全（同時(shí)即使在三相平衡條件下，由于三次倍數(shù)以上的諧波影響中性線上仍有相當(dāng)大的電流流過，因此也是伴隨著電壓存在。）這就是設(shè)計(jì)中，保護(hù)線和中性線分開，就不允許有任何聯(lián)系的原因。3.1.1低壓配電系統(tǒng)接地的形式低壓配電系統(tǒng)接地形式主要有TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)及IT系統(tǒng)，現(xiàn)就其分類及應(yīng)用闡述如下：TN系統(tǒng)：電源中有一點(diǎn)（通常是中性點(diǎn)）直接接地，負(fù)荷側(cè)的建筑物電氣裝置的外露導(dǎo)電部分，通過保護(hù)線（即PE線包括PEN線）與接地點(diǎn)連接的系統(tǒng)。我國低壓配電網(wǎng)中大多數(shù)采用TN系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，電路或設(shè)備要達(dá)到運(yùn)行要求，變壓器低壓中性點(diǎn)就應(yīng)該接地，該接地稱為工作接地或配電系統(tǒng)接地。工作接地的作用是保持系統(tǒng)電位的穩(wěn)定性，既減輕低壓系統(tǒng)由高壓竄入低壓等原因所產(chǎn)生過電壓的危險(xiǎn)性，主要保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行。在這里，由于N線與PE線是連通的，都經(jīng)主接地線連至主接地體。而N線與PE線分開后一般就不再合并，特別是裝有漏電保護(hù)開關(guān)的線路中。按照中性線（N）與保護(hù)線組合情況，TN系統(tǒng)分為以下三種情況：TN-S系統(tǒng)，保護(hù)線與中性線分開（如圖（1））。TN-C系統(tǒng)，保護(hù)線與中性線共用一線（如圖（2））。TN-C-S系統(tǒng)，一部分保護(hù)線與中性線合一（如圖（3））。2TT系統(tǒng)：電源有一點(diǎn)（通常是中性點(diǎn)）直接接地，裝置外露導(dǎo)電部分接至電氣上與電源接地?zé)o關(guān)的接地板的系統(tǒng)。3、IT系統(tǒng)：是電源與接地絕緣或通過阻抗連接。而裝置的外露導(dǎo)電部分則接地的系統(tǒng)。3.1.2各種接地形式的配電系統(tǒng)應(yīng)用