变电所接地设计及存在问题的探讨
摘要：在变电所接地设计中，要从接地电阻与短路电流的关系、装置的比选、装置的防腐、接触电势与跨步电压验算以及埋设深度等方面分析入手，并认真分析有可能存在的各种接地问题;同时，还应综合各方面的特点，从中选择最优方案，并灵活采取多种措施，最终确保变电所的人身和设备安全。
关键词：变电所、接地装置、短路电流、接地电阻
Abstract: in the substation grounding design, want grounding resistance and short circuit current from the relationship between the device than the election, and the device anti-corrosion, contact potential and checking the embedding depth and step voltage aspects analysis, and careful analysis of the possible ground problems; At the same time, it should be comprehensive in all aspects of the features, choose the optimum scheme, and adopted various measures, and eventually to ensure that the person and equipment safety substation.
Keywords: substation, grounding device, short-circuit current, grounding resistance
变电所接地装置具有一次性建设、维护困难等特点。变电所接地工程，是一项非常重要的系统工程，必须加以重视，统筹考虑，分析其原因，把握对变电所接地装置的设计，并解决存在的问题。
1接地装置的设计
变电所的接地是一个看似简单、而实际上却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。下面我们通过对接地装置的设计，提出方案。
1.1正确分析短路电流
通常情况下接地电阻值不大于0.5Ω。在高土壤电阻率地区，当要求接地装置做到规定的接地电阻在技术经济上很不合理时，大接地短路电流系统接地电阻可以为R≤5Ω。根据规定，主要是以发生接地故障时，接地电位的升高不超过2kV进行控制，其次以接地电阻不大于 0.5Ω和5Ω进行设计。实际中，人们往往认为，接地电阻测量值小于0.5Ω即为合格，大于0.5Ω就是不合格，而没有认清机理，忽视短路电流的大小，这是不恰当的。接地的实质是控制变电所发生接地短路时，故障点地电位的升高，因此接地主要是为了设备及人身的安全，起作用的是电位而不是电阻。接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数。随着电力系统容量的不断增大，一般单相短路电流值较大，从安全运行的角度出发，不管在什么情况下，都应该验算地网的接触电势和跨步电压，必要时应采取防止高电位外引的隔离措施。对于有效接地系统110kV以上变电所，线路架空地线都直接与变电站出线架构相连。当发生接地短路时，很大一部分短路电流经架空地线系统分流，在计算时，应考虑该部分分流作用。发生接地故障时，总的短路电流是一定的，增大架空地线的分流电流，入地短路电流就相应减小，因此，降低架空地线的阻抗也是接地设计需要考虑的重要方面。经分析可知，入地短路电流是总的接地短路电流减去架空地线的分流，再减去流经变压器中性点的电流。如此计算，实际入地短路电流值就相对比较小，根据R≤2000/I的要求，接地电阻相应的允许值就比较大，此时按规定值控制，设计自然就容易满足。
1.2接地装置布置方式的比选
在接地设计中，采用的土壤电阻率要准确，否则会造成设计的误差。土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料，由于受到测量设备、方法等条件的限制，土壤电阻率的测量往往不够准确，尤其是地质结构复杂或有不均匀地质结构的地区。为保证电阻率准确性，勘测时可以采用两种以上方法，对所测结果相互对照，提高精度，减小误差。
根据地网接地电阻的估算公式：R≈0.5ρ/s
式中：ρ为土壤电阻率，Ω•m;s为接地网面积，m2;R为地网接地电阻，Ω。ρ一定时，接地电阻基本上由接地网面积决定，地网面积一旦确定，其接地电阻也就基本确定。因此，在地网布置设计时，应充分利用变电所的全部可利用面积，如果地网面积过小，其接地电阻是很难降低的。
在35kV及以上变电所中，一般采用水平接地线为主，带有垂直接地极的复合型地网。垂直接地极对地网的接地电阻值影响并不大，据实验验证，水平地网中附加长2.5m、直径40 mm的垂直接地极若干，其接地电阻仅下降2.8%～8%。但是垂直接地极对冲击电流、雷电流散流作用较好，因此，在地网及独立避雷针、线路避雷线、避雷器的引下线处应敷设垂直接地极，以加强集中接地和散泄雷电流。在变电所地网设计时，条件允许时采用方孔均压网设计更为可靠，利于提高接地安全性，但工程造价及施工难度也相对提高。
2变电所接地网存在问题
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，接地网的问题往往造成事故或使事故扩大。经对多座变电所的调查分析，其接地网主要存在以下一些问题。
2.1接地网的均压问题
通过对若干座变电所接地网的电位分布测试，发现接地网的均压大多不符合要求，特别是横向电位分布，电位梯度大，跨步电压超标。这是由于在接地网设计时把接地电阻作为主要的技术指标，而忽略了地网的均压和散流。由于地网的均压不好，在短路电流或冲击电流入地时就会造成地网的局部电位升高，高压向低压反击烧坏微机控制设备或低压控制回路。
2.2设备的接地与地网之间的连通问题
对于运行中的若干座变电所进行全面检查和试验，发现存在的最大问题不是接地网的各项技术指标，而是变电所内的电气设备与接地网的连接问题，检查发现多处设备接地与接地网不通，或连接不良，这里既有变压器、断路器，也有隔离开关、避雷器等，特别是有一座110kV变电所，发现110kV电压互感器和避雷器间隔的接地与地网不通，在此之前曾多次发生雷击时烧坏断路器、隔离开关和互感器，而避雷器不动作，即使避雷器动作，也同样会出现由于接地不良残压高而损坏设备。造成上述情况的主要原因：
(1)设备的接地引下线与地网焊接不良，焊接头焊口长度不够，且大多为点焊，经过长时间的腐蚀，从焊口处开路。
(2)接地网水平接地体的接头处焊接不符合要求，经过长时间的腐蚀形成开路。
(3)设备接地引下线的截面小，经过长时间的锈蚀，从地下锈断。
(4)有些设备接地引下线与设备外壳用螺丝连接，经过长时间会锈蚀，在连接处由于生锈形成开路。
(5)一些设备通过混凝士基础或构架的内筋接地，而这些基础或内筋在施工时又没有进行可靠的电气连接和试验，从而造成了开路。
2.3接地引下线及接地体的截面偏小满足不了短路电流的热稳定
经检查此现象较为普遍，由于接地体或设备的接地引下线不能满足短路电流热稳定的要求，在发生接地短路时，接地引下线往往被烧断，使设备外壳上有较高的过电压，有时会反击到低压二次回路，使事故扩大。还有是因为设备的接地引下线截面不够，在设备发生接地短路时，高压窜入低压回路，烧坏二次保护、控制电缆，使事故扩大。造成接地引下线或主接地体截面不够的主要原因如下：
(1)设计时只考虑当时电网的短路电流，没有考虑到电网的发展，随着接地短路电流增大，以致于设备的接地线已不能满足热稳定要求。
(2)设计时只考虑接地线的截面能满足接地短路电流热稳定的要求，而没有在寿命期内作腐蚀校核。经过若干年的腐蚀，接地线和接地体已不能满足接地短路电流热稳定的要求。
(3)有些变电所是经过若干次扩建而成的，在扩建时仅考虑了新增部分，而对原来的地网和接地引下线没有及时进行改造，导致在一个变电所内，有部分设备的接地线和地网符合要求，而又有一部分接地线和地网不符合要求。
(4)接地工程是一个隐蔽性工程，施工完不容易检查，所以有的偷工减料，不按图施工，在新建时留下事故隐患。
2.4接地装置的腐蚀问题
接地装置的腐蚀是一个普遍存在的问题，变电所接地网最容易发生腐蚀的是接地引下线。由于腐蚀，接地线不能满足接地短路电流热稳定的要求，或者形成电气上的开路，使设备失去接地。
2.5水平接地体的埋深不满足要求
标准规定水平接地体要埋深0.6m以下，可是有许多水平接地体埋深不足0.3m，有的甚至浮在地表。由于水平接地体埋深不够，往往会造成以下一些不良后果：
(1)接地电阻受季节影响，尤其受土壤干湿度影响较大，由于表层土壤容易干燥，所以造成接地装置的接地电阻不稳定。
(2)由于水平接地体的埋深不够，影响接地网的均压，在发生接地短路时，地面的跨步电压较大，对巡视人员构成威胁。
(3)上层土壤的含氧浓度高，容易发生腐蚀。
2.6接地电阻超标问题
在检查时发现有的变电所接地电阻超标，接地电阻超标主要有两方面的原因，一是由于各种条件的限制，在变电所建成时接地电阻就超标;二是由于腐蚀使接地网部分和主地网断开，使电阻变大。
2.7接地网的运行维护问题
对地面的电气设备，规程都明确规定了大小修周期，即使实行状态检修，也要定期检查和测试设备的各种性能，如不能满足要求就会及时安排大小修。但是由于接地装置常被埋在地下，不便于检查，也很少受到重视，即使试验也仅仅是定期测量接地电阻，这样就使许多接地装置带故障运行，有时直到事故发生后，才引起重视。
参考文献：
[1] 孟祥萍.电力系统分析[M].北京：高等教育出版社，2004.
上一篇：关于城配网方面的维护和事故抢修
下一篇：对变电站继电保护状态检修的分析
