本發(fā)明涉及接地網(wǎng)的均壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地說是一種變電站接地網(wǎng)的均壓方法。
背景技術(shù)：
：良好的接地系統(tǒng)是保證變電站安全運(yùn)行的必要條件。根據(jù)國內(nèi)相關(guān)接地標(biāo)準(zhǔn)，變電站接地網(wǎng)的工頻接地電阻宜滿足其中I為流入接地網(wǎng)的入地電流。主地網(wǎng)接地電阻滿足該式時(shí)，變電站的地電位升將不超過2kV，一般均能保證設(shè)備及人身安全。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴(kuò)大，變電站各級(jí)電壓母線接地故障電流逐年增長。站內(nèi)設(shè)備發(fā)生單相接地短路時(shí)，短路入地電流也越來越大。加之由于土地資源日趨緊缺，變電站選址困難，目前在建變電站中許多變電站站址土壤電阻率較高，而隨著技術(shù)進(jìn)步變電站面積較以前大大減小了，從而造成近年來很多變電站的接地電阻超出標(biāo)準(zhǔn)要求，需要采取額外的措施進(jìn)行降阻。目前變電站常用的降阻措施有以下幾種：(1)在土壤中填充化學(xué)降阻劑。該方法投入不高，效果明顯，缺點(diǎn)是對(duì)敷設(shè)其中的接地體有一定腐蝕作用，影響接地體壽命；隨著使用年限的增加，化學(xué)物質(zhì)降解可能造成土壤污染，且降阻效果隨運(yùn)行時(shí)間逐漸降解失效。(2)站區(qū)換土。該方法可局部改善土壤性質(zhì)，起到一定降阻效果，但是大范圍土壤性質(zhì)仍無法改變，且造價(jià)高，實(shí)施復(fù)雜。(3)采用等離子接地棒或接地模塊。該方法在難以找到低電阻率土壤或不易開挖的地方，使用離子接地系統(tǒng)較換土經(jīng)濟(jì)，但是也存在土壤污染和降解失效的問題。(4)擴(kuò)大接地網(wǎng)面積。該方法對(duì)降低接地電阻效果很好，但是需要增加征地成本和接地網(wǎng)敷設(shè)成本，實(shí)施困難。(5)外引接地。該方法通過將接地網(wǎng)引到站外，起到擴(kuò)大接地體范圍的作用，但費(fèi)用較直接擴(kuò)大接地網(wǎng)面積省，但是也需要額外的征地，且造成后期運(yùn)行維護(hù)的復(fù)雜。(6)增加長垂直接地極或接地深井。該方法在土壤分布為上層電阻率大、下層電阻率小時(shí)增加了分流，效果明顯，但對(duì)于底層土壤電阻率大的地區(qū)效果不明顯，且增加了投資。(7)爆破接地。該方法通過對(duì)站區(qū)進(jìn)行爆破，改變地質(zhì)結(jié)構(gòu)，減低站區(qū)土壤電阻率，但是可能對(duì)建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)造成較大影響，且實(shí)施困難。綜上，以接地電阻為指標(biāo)控制接地網(wǎng)的安全性評(píng)價(jià)時(shí)，為降低接地電阻將付出較大的成本，且降阻效果受多種因素影響，不易實(shí)現(xiàn)。變電站的地電位的升高(接地電阻)不是直接影響接地安全性的直接因素，直接影響因素是地電位的分布不均，導(dǎo)致空間上電位梯度很大，臨近的兩點(diǎn)間有較大的電位差，該電位差加在人身或設(shè)備上，是對(duì)人身及設(shè)備造成安全威脅的根源。所以標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步規(guī)定，當(dāng)無外引電位、校核變電站內(nèi)的接觸電位差和跨步電位差滿足要求時(shí)，接地網(wǎng)地電位升高可提高到5kV，相當(dāng)于增加了接地電阻的允許值。如滿足這些要求仍有困難時(shí)，經(jīng)專門計(jì)算，且采取的措施可確保人身和設(shè)備安全時(shí)，可適當(dāng)提高接地網(wǎng)地電位升的數(shù)值。但應(yīng)保證3～10kV金屬氧化物避雷器安全——避雷器不應(yīng)動(dòng)作或動(dòng)作后應(yīng)承受被賦與的能量。目前變電站已很少設(shè)置生活區(qū)，不存在外引電位的問題；接地網(wǎng)出現(xiàn)問題的變電站一般為110kV及以上變電站，低壓側(cè)電壓等級(jí)一般高于10kV，且低壓側(cè)出線眾多，因而金屬氧化物避雷器安全一般均能得到保證；故是對(duì)于變電站的接地網(wǎng)安全性評(píng)估來說，能否提高接地電阻的允許值，關(guān)鍵在于找到一種經(jīng)濟(jì)、高效的辦法解決接地電位的分布不均問題，從而降低接觸電壓、跨步電壓，滿足安全性要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種變電站接地網(wǎng)的均壓方法，用于解決接地安全性問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種變電站接地網(wǎng)的均壓方法，其特征在于，它包括以下步驟：(1)測(cè)定擬建變電站土壤電阻率，進(jìn)行接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(2)計(jì)算地電位升的分布情況，在地電位升分布最不均勻的接地網(wǎng)位置增加接地極；(3)確定接地極的參數(shù)，然后將接地極連接到接地網(wǎng)上后重新計(jì)算，直至接觸電壓和跨步電壓達(dá)到設(shè)定值。進(jìn)一步地，所述接地極為螺旋狀結(jié)構(gòu)的金屬件。進(jìn)一步地，設(shè)定接地極的螺旋高度為2～3m。進(jìn)一步地，設(shè)定接地極的螺旋層數(shù)為4層。進(jìn)一步地，設(shè)定接地極的頂角為40°～50°。本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)本發(fā)明提供的接地網(wǎng)均壓方法，在接地網(wǎng)的邊角位置設(shè)置接地極，接地極的設(shè)置可以有效較低地電位的分布不均。進(jìn)而有效降低接觸電壓、跨步電壓，提高接地網(wǎng)的安全性。附圖說明圖1為現(xiàn)有接地網(wǎng)的示意圖；圖2為接地極的俯視示意圖；圖3為接地極的正面示意圖；圖4為在接地網(wǎng)上增加接地極后的入地電流分布圖；圖5為接地極的參數(shù)示意圖；圖6為接地極在接地網(wǎng)中的安裝示意圖；圖7為接地極的三維圖；圖8為現(xiàn)有接地網(wǎng)中的接觸電壓分布圖；圖9為現(xiàn)有接地網(wǎng)中的跨步電壓分布圖；圖10為設(shè)置均壓接地極后的地電位升的變化情況；圖11為設(shè)置均壓接地極后的接觸電壓的變化情況；圖12為設(shè)置均壓接地極后的跨步電壓的變化情況；圖中：1接地網(wǎng)，2接地極，β頂角，m層數(shù)，H高度。具體實(shí)施方式如圖1所示，為典型變電站的接地網(wǎng)，接地網(wǎng)尺寸為60m×50m，埋深0.8m。由于變電站采用多根水平接地體形成網(wǎng)格狀的均壓帶，因而接地網(wǎng)中間地電位分布雖有波動(dòng)，但是波動(dòng)不大；在接地網(wǎng)的邊角處，由于此處是接地網(wǎng)與大地的交界地帶，入地電流將通過接地網(wǎng)流入大地，在此處造成劇烈的地電位變化，如圖8、圖9所示，導(dǎo)致接觸電壓、跨步電壓大大增大，影響接地網(wǎng)的安全性。由于全部入地地電流均需要通過接地網(wǎng)的邊緣流出，造成接地網(wǎng)邊角處的電位分布極為不均，如何合理的增加接地網(wǎng)邊角與土壤的接觸面積，增加入地電流流進(jìn)土壤的范圍，將對(duì)接地網(wǎng)的均壓產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，為此，構(gòu)想出一種均壓接地極2。如圖2、圖3、圖7所示，接地極2由金屬材料成，呈螺旋狀，隨深度的增加幾何半徑逐漸增大。該接地極布置于接地網(wǎng)1邊角處，將有效降低地電位的分布不均，進(jìn)而有效降低接觸電壓、跨步電壓，提高接地網(wǎng)的安全性。該接地極呈現(xiàn)上小、下大的螺旋形結(jié)構(gòu)，影響該接地極的主要參數(shù)有三個(gè)，如圖5所示，分別為：(1)螺旋結(jié)構(gòu)的高度H；(2)螺旋的頂角β；(3)螺旋的層數(shù)m。下面通過仿真計(jì)算研究三個(gè)參數(shù)的選擇對(duì)接地極均壓效果的影響，并確定該接地極的設(shè)計(jì)原則。考慮到接觸電壓、跨步電壓直接反映地電位分布均勻度，又是接地網(wǎng)安全性評(píng)估的重要指標(biāo)，因而以接地極參數(shù)的變化對(duì)接觸電壓、跨步電壓的影響作為分析的判據(jù)。1、螺旋高度H對(duì)均壓效果的影響固定螺旋的頂角β＝45°，螺旋的層數(shù)m＝2，設(shè)置不同的螺旋高度，研究接地網(wǎng)的接觸電壓、跨步電壓的變化如下所示：螺旋高度H(m)23456接觸電壓(V)688.542659.109616.687591.231561.945跨步電壓(V)396.452374.265349.346326.073306.848由圖表可見，隨著螺旋結(jié)構(gòu)的深度增加，接觸電壓和跨步電壓均有所降低，基本成線性變化，接觸電壓平均降低31.6V/m，僅為初始接觸電壓跨步電壓的4.6％，跨步電壓平均降低22.4V/m，僅為初始接觸電壓跨步電壓的5.7％。然而，隨著深度增加，埋設(shè)接地極需要開掘的土方量需要翻倍，且開掘深度越大對(duì)施工要求越高，造成現(xiàn)場(chǎng)施工的復(fù)雜?？紤]到埋設(shè)深度增加對(duì)接地網(wǎng)均壓效果不明顯，且深度過大造成施工復(fù)雜，因而該接地極的高度不宜過深，H＝2-3m即可。2、螺旋頂角β對(duì)均壓效果的影響固定螺旋結(jié)構(gòu)的深度H＝2m，螺旋的層數(shù)m＝2，設(shè)置不同的螺旋頂角β，研究接地網(wǎng)的接觸電壓、跨步電壓變化如下所示：頂角角度(°)2030405060接觸電壓(V)826.39777.459720.163651.559560.396跨步電壓(V)424.992416.559404.197386.461358.457由圖表可見，隨著螺旋結(jié)構(gòu)的頂角角度增加，接觸電壓及跨步電壓均有明顯減小，尤其是接觸電壓減小很快，頂角變化10度，接觸電壓約減低66.5V。但是深度一定時(shí)，隨著頂角的增加，施工時(shí)開挖土方量將急劇增加，考慮施工方便，頂角角度不宜過大。但是，頂角角度較小時(shí)，均勻效果不明顯。綜合以上分析，接地極頂角不宜太小，否則均壓效果不明顯；接地極頂角又不宜過大，否則給施工帶來加大困難。故接地極頂角應(yīng)取β＝40°～50°之間，既能起到良好的均壓效果，又不會(huì)帶來復(fù)雜的施工問題。3、螺旋的層數(shù)m對(duì)均壓效果的影響固定螺旋結(jié)構(gòu)的深度H＝2m，頂角β＝45°，設(shè)置不同的螺旋層數(shù)，研究接地網(wǎng)的接觸電壓、跨步電壓變化如下所示：螺旋層數(shù)(m)23456接觸電壓(V)688.542637.881587.08558.685550.321跨步電壓(V)396.452379.364370.44362.891359.11由圖表可知，隨著螺旋層數(shù)的增加，接觸電壓及跨步電壓均有所降低。但是該降低并不成線性關(guān)系，層數(shù)增加越多，接觸電壓及跨步電壓降低的越緩慢?？紤]到應(yīng)采用較少的接地材料取得較大的效果，故接地極的螺旋層數(shù)不宜過多，取4層左右即可較好的實(shí)現(xiàn)均壓效果。針對(duì)接地極的三個(gè)參數(shù)變化的分析可知，綜合均壓效果及施工便利性、材料節(jié)省性的要求，三個(gè)參數(shù)的確定應(yīng)遵循以下基本原則：(1)均壓效果隨螺旋結(jié)構(gòu)的高度H增加而變好，但變化不大，故高度不宜過高，H＝2m左右即可。(2)均壓效果隨螺旋結(jié)構(gòu)的頂角β增大而明顯變好，但考慮施工便利性，頂角宜在40°～50°左右。(3)均壓效果隨螺旋結(jié)構(gòu)的層數(shù)m增加而變好，但是不是線性變化，層數(shù)越多，均壓效果變化越不明顯，故層數(shù)應(yīng)控制在4層左右即可。接地極的具體應(yīng)用方法如下：(1)測(cè)定擬建變電站土壤電阻率，進(jìn)行接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)計(jì)算出的接觸電壓、跨步電壓不能滿足要求時(shí)，增加接地極。(2)計(jì)算地電位升的分布情況，在地電位升分布最不均勻的地方(接地網(wǎng)的邊角處)增加該接地極。(3)合理確定接地極的參數(shù)，將其連接到接地網(wǎng)后重新計(jì)算，直至滿足規(guī)范要求的接觸電壓、跨步電壓為止。以變電站典型接地網(wǎng)為例(接地網(wǎng)尺寸為60×50m，埋深0.8m)，如圖6所示，在接地網(wǎng)四個(gè)邊角處設(shè)置均壓接地極后，接地網(wǎng)的地電位升、接觸電壓、跨步電壓對(duì)比分別如圖10、圖11和圖12所示。由圖可知，增加均壓接地極后，地網(wǎng)的地電位升有所降低，接觸電壓由增加接地極前的1013.6V降低為547.86V，減少45.9％；跨步電壓由增加接地極前的385.98V降低為294.91V，減少23.6％。均壓接地極的均壓效果十分明顯。在主接地網(wǎng)上增加均壓接地極后，地電位大大改善，接觸電壓及跨步電壓明顯降低，顯著提高了變電站主接地網(wǎng)的安全性。產(chǎn)生如上效果的主要原因?yàn)楹侠淼木鶋航拥貥O設(shè)計(jì)，如圖4所示，具體原因如下：(1)在接地網(wǎng)邊角處增設(shè)該均壓接地極，入地電流在接地網(wǎng)邊緣處除了在水平方向上流入大地(Is)，在垂直方向上還增加了一個(gè)螺旋向下的分量(Ic)，對(duì)水平流出接地網(wǎng)的電流起到分流作用，從而降低水平電流，減小該電流引起的電位分布不均。(2)均壓接地極設(shè)計(jì)為螺旋形，使得入地電流的垂直分量(Ic)沿著螺旋形的路徑逐漸深入大地，在深入過程中與不同深度的土壤充分接觸，盡可能多的通過相應(yīng)深度的土壤散流，相當(dāng)于將多層土壤并聯(lián)起來，降低接地電阻，減少地電位分布不均。(3)均壓接地極上小下大，可盡量減少接地極與主接地網(wǎng)的耦合，縮小主地網(wǎng)和均壓接地極之間的互感，增加均壓接地極的分流作用，降低水平電流，減少地電位分布不均。當(dāng)前第1頁1 2 3