變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)摘 要 接地網(wǎng)等間距布置存在地電位分布不均勻的問(wèn)題。在 建 220 kV 新塘變電站采用了不等間距布置，即從地網(wǎng)邊緣到中心，均壓導(dǎo) 體間距按負(fù)指數(shù)規(guī)律增加。運(yùn)用 GPC 接地參數(shù)計(jì)算程序?qū)煞N方法進(jìn)行分析 和計(jì)算，結(jié)果表明接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)能顯著地改善導(dǎo)體的泄漏電流密度分布，使 土壤表面的電位分布均勻，提高安全水平，節(jié)省鋼材和施工費(fèi)用。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增加，流經(jīng)地網(wǎng)的入地短路電流也愈來(lái)愈大，因 此要確保人身和設(shè)備的安全，維護(hù)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，不僅要強(qiáng)調(diào)降低接地電 阻，還要考慮地網(wǎng)上表面的電位分布。在以往接地設(shè)計(jì)中，接地網(wǎng)的均壓導(dǎo)體 都按 3 m 5 m 7 m 10 m等間

2、距布置，由于端部和鄰近效應(yīng)，地網(wǎng)的 邊角處泄漏電流遠(yuǎn)大于中心處，使地電位分布很不均勻，邊角網(wǎng)孔電勢(shì)大大高 于中心網(wǎng)孔電勢(shì)，而且這種差值隨地網(wǎng)面積和網(wǎng)孔數(shù)的增加而加大。本文結(jié)合 在建工程 220 kV 新塘變電站的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)，闡釋了接地網(wǎng)不等間距布置的 方法及其合理性。1 接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理性1.1 改善導(dǎo)體的泄漏電流密度分布圖1是面積為190 mx 170 m的新塘變電站接地網(wǎng)，在導(dǎo)體根數(shù)相同的情 況下，分別按10 m等間距布置和平均10 m不等間距布置。沿平行導(dǎo)體 、的泄漏電流密度分布曲線見(jiàn)圖2。從圖中可見(jiàn)，不等間距布置的接地網(wǎng)，邊上導(dǎo)體的泄漏電流密度較等間距布置的接地網(wǎng)平均低15%左右；

3、對(duì)于導(dǎo)體的泄漏電流密度，這兩種布置的接地網(wǎng)幾乎相等（僅相差0.3%）;對(duì)于中部導(dǎo)體、，不等間距布置的接地網(wǎng)的泄漏電流較等間距 布置的接地網(wǎng)分別提高了 9%， 14%和 15%。由此可見(jiàn)，不等間距布置能增大中部 導(dǎo)體的泄漏電流密度分布，相應(yīng)降低了邊緣導(dǎo)體的泄漏電流密度，使得中部導(dǎo) 體能得到更充分的利用。1.2 均勻土壤表面的電位分布由表 1 的計(jì)算結(jié)果可知，不等間距布置的接地網(wǎng)能較大地改善表面電位分 布，其最大與最小網(wǎng)孔電位的相對(duì)差值不超過(guò)0.7%，使各網(wǎng)孔電位大致相等，而等間距地網(wǎng)，其最大與最小網(wǎng)孔電位的相對(duì)差值在12.2%以上。同時(shí)不等間距地網(wǎng)的最大接觸電勢(shì)較等間距地網(wǎng)的最大接觸電勢(shì)降低了6

4、0.1%，極大地提高了接地網(wǎng)的安全水平。表 1 計(jì)算結(jié)果比較布置 最大網(wǎng)孔電位 VmaxkV 最小網(wǎng)孔電位 VminkV 最大接觸電勢(shì) Vjmax /kV接地電阻 R/Q 3/%等間距 5.7095.0810.7990.52312.2不等間距 5.544 5.506 0.315 0.519 0.7注：1） S =（Vmax-Vmin）/Vmin；2）地網(wǎng)面積為190 mx 170 m3）長(zhǎng)方向?qū)w根數(shù)n1=18,寬方向?qū)w根數(shù)n2=20。1.3 節(jié)省大量鋼材和施工費(fèi)用如果按10 m等間距布置的新塘變電站接地網(wǎng)，最大接觸電勢(shì)在邊角網(wǎng) 孔，其值為0.799 kV,但采用不等間距布置時(shí)，保持最大接觸

5、電勢(shì)與該值接 近,這時(shí)可節(jié)省鋼材 31.2%,見(jiàn)表 2。2 接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法在設(shè)計(jì)時(shí)采用嘗試的方法來(lái)確定均壓導(dǎo)體的總根數(shù)和總長(zhǎng)度，即先對(duì)地網(wǎng)長(zhǎng)和寬方向的導(dǎo)體根數(shù)n1和n2進(jìn)行試算，對(duì)于大地網(wǎng)一般可采用均壓導(dǎo)體間 距為10 m左右試算，若接觸電勢(shì)滿足要求，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后再考慮增減 導(dǎo)體的根數(shù)。如圖3所示，當(dāng)確定了 n1和n2后，則地網(wǎng)長(zhǎng)寬方向的分段數(shù)就 確定了：長(zhǎng)方向上導(dǎo)體分段為k仁n 2-1，寬方向上的導(dǎo)體分段為k2=n1-1，然后按下式得出各分段導(dǎo)體的長(zhǎng)度。表 2 使用鋼材量的比較 布置 n1 n2 Vjmax/kV 鋼材長(zhǎng)度 L/m等間距 18 20 0.7996 860不等間距

6、12 14 0.756 4 700Lik=L.Sik ，式中 L地網(wǎng)邊長(zhǎng)（長(zhǎng)方向L=L1，寬方向L=L2），mLik 第 i 段導(dǎo)體長(zhǎng)度， m；Sik Lik占邊長(zhǎng)L的百分?jǐn)?shù)。Sik與i的關(guān)系似一負(fù)指數(shù)曲線，即 Sik=b1 Xe-b2i+b3，式中，b1，b2，b3均為常數(shù)，其確定方法如下：當(dāng)7< k< 14時(shí)，當(dāng)k> 14時(shí)， 對(duì)于任意矩形地網(wǎng)，只要長(zhǎng)、寬方向?qū)w的布置根數(shù)一經(jīng)確定，就可根據(jù)長(zhǎng)、寬方向?qū)w的不同分段k，分別按上述推得的公式布置導(dǎo)體的間距。3 結(jié)論a）采用不等間距布置優(yōu)化設(shè)計(jì)接地網(wǎng)，能夠使地網(wǎng)各網(wǎng)孔電位趨于一致， 從而提高了變電站的安全水平。b）在同樣安全水平下，優(yōu)化設(shè)計(jì)的接地網(wǎng)較常規(guī)布置的接地網(wǎng)，一般能節(jié) 省鋼材量達(dá)38%以上，同時(shí)也減少了相應(yīng)的接地工程投資，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上 較為合理。c）從邊緣到中心均壓導(dǎo)體間距采用按負(fù)指數(shù)規(guī)律增加的新方法來(lái)布置接地 網(wǎng)，其指數(shù)公式的系數(shù)b只與某平行導(dǎo)體根數(shù)（或平行