一种变电站主接地网的均压方法技术

一种变电站接地网的均压方法，用于解决接地安全性问题。其特征是，它包括以下步骤：(1)测定拟建变电站土壤电阻率，进行接地网结构设计；(2)计算地电位升的分布情况，在地电位升分布最不均匀的接地网边角位置增加接地极；(3)确定接地极的参数，然后将接地极连接到接地网上后重新计算，直至接触电压和跨步电压达到设定值。本发明专利技术提供的接地网均压方法，在接地网的边角位置设置接地极，接地极的设置可以有效较低地电位的分布不均。进而有效降低接触电压、跨步电压，提高接地网的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及接地网的均压方法
，具体地说是一种变电站接地网的均压方法。
技术介绍
良好的接地系统是保证变电站安全运行的必要条件。根据国内相关接地标准，变电站接地网的工频接地电阻宜满足其中I为流入接地网的入地电流。主地网接地电阻满足该式时，变电站的地电位升将不超过2kV，一般均能保证设备及人身安全。随着经济社会的发展，电力系统规模日益扩大，变电站各级电压母线接地故障电流逐年增长。站内设备发生单相接地短路时，短路入地电流也越来越大。加之由于土地资源日趋紧缺，变电站选址困难，目前在建变电站中许多变电站站址土壤电阻率较高，而随着技术进步变电站面积较以前大大减小了，从而造成近年来很多变电站的接地电阻超出标准要求，需要采取额外的措施进行降阻。目前变电站常用的降阻措施有以下几种：(1)在土壤中填充化学降阻剂。该方法投入不高，效果明显，缺点是对敷设其中的接地体有一定腐蚀作用，影响接地体寿命；随着使用年限的增加，化学物质降解可能造成土壤污染，且降阻效果随运行时间逐渐降解失效。(2)站区换土。该方法可局部改善土壤性质，起到一定降阻效果，但是大范围土壤性质仍无法改变，且造价高，实施复杂。(3)采用等离子接地棒或接地模块。该方法在难以找到低电阻率土壤或不易开挖的地方，使用离子接地系统较换土经济，但是也存在土壤污染和降解失效的问题。(4)扩大接地网面积。该方法对降低接地电阻效果很好，但是需要增加征地成本和接地网敷设成本，实施困难。(5)外引接地。该方法通过将接地网引到站外，起到扩大接地体范围的作用，但费用较直接扩大接地网面积省，但是也需要额外的征地，且造成后期运行维护的复杂。(6)增加长垂直接地极或接地深井。该方法在土壤分布为上层电阻率大、下层电阻率小时增加了分流，效果明显，但对于底层土壤电阻率大的地区效果不明显，且增加了投资。(7)爆破接地。该方法通过对站区进行爆破，改变地质结构，减低站区土壤电阻率，但是可能对建构筑物的基础造成较大影响，且实施困难。综上，以接地电阻为指标控制接地网的安全性评价时，为降低接地电阻将付出较大的成本，且降阻效果受多种因素影响，不易实现。变电站的地电位的升高(接地电阻)不是直接影响接地安全性的直接因素，直接影响因素是地电位的分布不均，导致空间上电位梯度很大，临近的两点间有较大的电位差，该电位差加在人身或设备上，是对人身及设备造成安全威胁的根源。所以标准进一步规定，当无外引电位、校核变电站内的接触电位差和跨步电位差满足要求时，接地网地电位升高可提高到5kV，相当于增加了接地电阻的允许值。如满足这些要求仍有困难时，经专门计算，且采取的措施可确保人身和设备安全时，可适当提高接地网地电位升的数值。但应保证3～10kV金属氧化物避雷器安全——避雷器不应动作或动作后应承受被赋与的能量。目前变电站已很少设置生活区，不存在外引电位的问题；接地网出现问题的变电站一般为110kV及以上变电站，低压侧电压等级一般高于10kV，且低压侧出线众多，因而金属氧化物避雷器安全一般均能得到保证；故是对于变电站的接地网安全性评估来说，能否提高接地电阻的允许值，关键在于找到一种经济、高效的办法解决接地电位的分布不均问题，从而降低接触电压、跨步电压，满足安全性要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种变电站接地网的均压方法，用于解决接地安全性问题。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种变电站接地网的均压方法，其特征在于，它包括以下步骤：(1)测定拟建变电站土壤电阻率，进行接地网结构设计；(2)计算地电位升的分布情况，在地电位升分布最不均匀的接地网位置增加接地极；(3)确定接地极的参数，然后将接地极连接到接地网上后重新计算，直至接触电压和跨步电压达到设定值。进一步地，所述接地极为螺旋状结构的金属件。进一步地，设定接地极的螺旋高度为2～3m。进一步地，设定接地极的螺旋层数为4层。进一步地，设定接地极的顶角为40°～50°。本专利技术的有益效果是：根据本专利技术提供的接地网均压方法，在接地网的边角位置设置接地极，接地极的设置可以有效较低地电位的分布不均。进而有效降低接触电压、跨步电压，提高接地网的安全性。附图说明图1为现有接地网的示意图；图2为接地极的俯视示意图；图3为接地极的正面示意图；图4为在接地网上增加接地极后的入地电流分布图；图5为接地极的参数示意图；图6为接地极在接地网中的安装示意图；图7为接地极的三维图；图8为现有接地网中的接触电压分布图；图9为现有接地网中的跨步电压分布图；图10为设置均压接地极后的地电位升的变化情况；图11为设置均压接地极后的接触电压的变化情况；图12为设置均压接地极后的跨步电压的变化情况；图中：1接地网，2接地极，β顶角，m层数，H高度。具体实施方式如图1所示，为典型变电站的接地网，接地网尺寸为60m×50m，埋深0.8m。由于变电站采用多根水平接地体形成网格状的均压带，因而接地网中间地电位分布虽有波动，但是波动不大；在接地网的边角处，由于此处是接地网与大地的交界地带，入地电流将通过接地网流入大地，在此处造成剧烈的地电位变化，如图8、图9所示，导致接触电压、跨步电压大大增大，影响接地网的安全性。由于全部入地地电流均需要通过接地网的边缘流出，造成接地网边角处的电位分布极为不均，如何合理的增加接地网边角与土壤的接触面积，增加入地电流流进土壤的范围，将对接地网的均压产生至关重要的影响，为此，构想出一种均压接地极2。如图2、图3、图7所示，接地极2由金属材料成，呈螺旋状，随深度的增加几何半径逐渐增大。该接地极布置于接地网1边角处，将有效降低地电位的分布不均，进而有效降低接触电压、跨步电压，提高接地网的安全性。该接地极呈现上小、下大的螺旋形结构，影响该接地极的主要参数有三个，如图5所示，分别为：(1)螺旋结构的高度H；(2)螺旋的顶角β；(3)螺旋的层数m。下面通过仿真计算研究三个参数的选择对接地极均压效果的影响，并确定该接地极的设计原则。考虑到接触电压、跨步电压直接反映地电位分布均匀度，又是接地网安全性评估的重要指标，因而以接地极参数的变化对接触电压、跨步电压的影响作为分析的判据。1、螺旋高度H对均压效果的影响固定螺旋的顶角β＝45°，螺旋的层数m＝2，设置不同的螺旋高度，研究接地网的接触电压、跨步电压的变化如下所示：螺旋高度H(m)23456接触电压(V)688.542659.109616.687591.231561.945跨步电压(V)396.452374.265349.346326.073306.848由图表可见，随着螺旋结构的深度增加，接触电压和跨步电压均有所降低，基本成线性变化，接触电压平均降低31.6V/m，仅为初始接触电压跨步电压的4.6％，跨步电压平均降低22.4V/m，仅为初始接触电压跨步电压的5.7％。然而，随着深度增加，埋设接地极需要开掘的土方量需要翻倍，且开掘深度越大对施工要求越高，造成现场施工的复杂。考虑到埋设深度增加对接地网均压效果不明显，且深度过大造成施工复杂，因而该接地极的高度不宜过深，H＝2-3m即可。2、螺旋顶角β对均压效果的影响固定螺旋结构的深度H＝2m，螺旋的层数m＝2，设置不同的螺旋顶角β，研究接地网的接触电压、跨步电压变化如下所示：顶角角度(°)203本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变电站接地网的均压方法，其特征在于，它包括以下步骤：(1)测定拟建变电站土壤电阻率，进行接地网结构设计；(2)计算地电位升的分布情况，在地电位升分布最不均匀的接地网位置增加接地极；(3)确定接地极的参数，然后将接地极连接到接地网上后重新计算，直至接触电压和跨步电压达到设定值。

【技术特征摘要】
1.一种变电站接地网的均压方法，其特征在于，它包括以下步骤：(1)测定拟建变电站土壤电阻率，进行接地网结构设计；(2)计算地电位升的分布情况，在地电位升分布最不均匀的接地网位置增加接地极；(3)确定接地极的参数，然后将接地极连接到接地网上后重新计算，直至接触电压和跨步电压达到设定值。2.根据权利要求1所述的一种变电站接地网的均...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宜果，魏鑫，于昉，刘海涛，侯源红，李越，兰峰，卢福木，张德坤，张景翯，田燕山，张春辉，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司经济技术研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东;37