光伏电站接地网

光伏电站接地网（共10篇）

光伏电站接地网 篇1

接地电阻值作为电站接地系统的重要技术指标, 是衡量接地系统有效性、安全性的重要参数。准确测量接地网的电阻值, 对接地网安全性评价具有重要意义。为了保证电站的安全、可靠运行, 要求接地电阻值尽量低[1,2]。大型接地网接地电阻的测量, 由于涉及范围大, 地形地貌的影响, 环境干扰源多, 给准确测量带来较大的难度。

1 电站接地网

锦屏一级水电站大坝为305 m高的混凝土双曲拱坝, 总装机容量6×600 MW, 年平均发电量166.2 k W·h。电站出线电压等级为500 k V, 出线回路数4回, 其中3回出线至锦屏500 k V换流站 (到锦屏换流站的直线距离约为81 km) , 预留1回。发电机-变压器组采用单元接线, 500 k V侧采用4/3和双断路器的混合接线方式, 经过550 k V GIL引出至地面。

电站利用雅砻江水、坝前区、大坝迎水面和两岸边坡的低土壤电阻率区域, 综合运用均压、散流、分流和隔离等措施, 降低电站全网接地电阻。锦屏一级水电站接地系统按工程区域可分为引水发电系统和大坝两大接地系统。

(1) 电站进水口接地网通过引水钢管与地下厂房接地网连接, 通过坝前水下接地网与大坝接地网连接。

(2) 主厂房接地网通过母线洞接地网与主变压器室及500 k V GIS洞室接地网连接;通过机组尾水管与尾水调压室接地网连接;通过排风洞与坝后水下接地网连接。

(3) 500 k V GIS接地铜网及主变压器室接地网通过550k V GIL出线洞接地网与地面出线场接地网连接;出线场通过电缆沟与大坝接地网连接。

主厂房、主变洞和尾水调压室三者之间通过母线洞、交通洞和尾水洞等接地导体相互连接, 各部分接地网多重互连。在500 k V GIS开关站、出线场等处设置均压网以减少接触电势和跨步电势, 电气二次采用等电位网, 以减少二次回路干扰。通过各分网的可靠连接, 形成了一个安全有效的接地网。

2 试验原理

接地阻抗是当电流由接地体注入土壤时, 土壤中呈现的阻抗, 包括了接地体与设备间的连线、接地体本身和接地体与土壤间阻抗的总和。其值等于接地网对大地零电位点的电压和流经接地网电流的比值[3]。

被测电站土壤电阻率因测量深度和测量位置不同而不同, 且接地体的深度和结构也不规则。为简化计算, 考虑土壤电阻率为等值均匀分布, 接地体为半球形, 地中电位分布如图1所示。

如不考虑大地回流的影响, 则当一定电流经接地体流入大地时, 接地体的电位即为接地体与无穷远零位面之间的电位差。在接地体周围的电流密度大, 致使电压梯度大。而电流密度的大小与距接地体距离的平方成反比, 因此在一定范围外, 电流密度趋于零, 该处可视作大地的零电位。

三极法测量接地阻抗试验原理如图2所示。三极法是在接地装置较远处打上电流极, 在固定零区内打上电位极, 用补偿法可推导, 零区在接地网与电流极之间距离的0.618倍处[4]。图2中, G为被试接地装置;P为电位极;C为电流极;dPG为电位极与被试接地装置边缘的距离;dGC为电流极与被试接地装置边缘的距离;dPC为电流极与电位极间的距离。

采用三极法的电极直线布置法, 即被试接地装置、电位极、电流极位于一条直线上, 即dPG+dPC=dGC, 电位分布如图3所示, D为被试接地装置最大对角线长度。

dCG取接地网最大对角线长度D的4~5倍;dPG通常为 (0.5~0.6) dCG, 电位极P在被测接地装置G与电流极C连线方向移动三次, 每次移动的距离为dCG的5%左右, 当三次测试的结果误差在5%以内, 则证明电位极的位置已在零电位平台区[3]。此时, 取其三点处电压表的算术平均值计算接地网的接地阻抗。

3 电站接地电阻测量

锦屏一级电站接地阻抗测试采用电压、电流和功率表法。变频电源为F450 k VA, 测试范围为0~400 V、0~1 250 A, 电源经隔离变压器供电, 频率在40 Hz~60 Hz范围, 异于工频又尽量接近工频。电流极、电压极布置如图4所示。其中:A为接地装置 (锦屏一级水电站) ;B为电压极;C为电流极 (大沱35 k V变电站) 。锦屏西110 k V变电站至印坝子35 k V变电站的“锦-印Ⅰ线”, 和印坝子35 k V变电站至大沱35 k V变电站间的“印-沱Ⅱ线”架空线作为电流线, 现场施放同轴电缆作为电位线, 并在现场敷设电压极。

注:角度以锦屏一级水电站为原点, 正北方向为0°。

即dPG约为6.7 km;dCG约为11.0 km;电流极与电压极间的夹角θ约为0°。锦屏一级水电站的接地网最大对角线长度D约为2 km。dCG满足为 (4~5) D的要求。

在大坝蓄水前、蓄水后, 对电站接地网进行了两次接地电阻测试。蓄水后测试时, 坝前水位为1 719.74 m, 蓄水高度约139.5 m, 电站500 k V系统还未投入运行。测试数据见表2。

Z'为接地阻抗, Ω;Rg为接地电阻, Ω;Lg为接地阻抗中的电感量, H。利用式 (1) 与多次测得的数据, 可计算得到Rg和Lg值, 由此求得Z'值。

根据式 (2) 对测试数据进行修正计算。蓄水前接地网工频接地阻抗为0.435Ω, 其中电阻为0.427Ω;蓄水后工频接地阻抗约为0.424Ω, 其中电阻为0.400Ω。向地网中注入50 A电流, 测试跨步电位差和接触电位差。测得锦屏一级水电站最大实际跨步电位差为16.24 V, 最大实际接触电位差为6.81 V。

根据继电保护定值、锦屏一级水电站投运初期及远期系统归算到500 k V侧的系统阻抗、出线避雷线相关参数进行计算, 投运初期流经接地装置的最大入地短路电流为8.16 k A, 电站允许接地电阻应不大于0.612Ω;远期流经接地装置的最大入地短路电流为8.48 k A, 电站允许接地电阻应不大于0.589Ω。当人脚站立处地表面土壤电阻率为1 500Ω·m时, 允许接触电位差应不大于678 V, 允许跨步电位差应不大于1 935 V。本次试验结果均符合规程规定及设计要求。

4 结语

(1) 锦屏一级水电站接地网接地电阻0.400Ω, 小于设计值0.612Ω, 满足文献[5]规定的Z≤0.5Ω。测试方法有效, 试验结果可靠, 符合电厂的安全运行要求。随着电站蓄水的增加, 接地电阻值还可能降低。

(2) 锦屏一级水电站地处高山峡谷中, 河流的堤岸非常陡峭, 受地形影响, 采用电极直线布置法测量其接地电阻值。电极三角形布置法有引线互感小、受土壤电阻率不均匀影响小等优点, 条件允许的情况下, 可采用三角形布置法或其他方法更精确的测量, 并进行比较。

(3) 电站周围有多回35 k V、110 k V交流输电线路, 运行中的交流线路不平衡负荷引起周围变电站的零序电流对地电位的影响。测试时, 停运了周围的输电线路, 选择现场敷设同轴电缆线作为测量电压线, 减少干扰及线路间互感带来的影响;采用异频电源, 增大测试电流, 减小误差。

(4) 选用好的接地材料, 利用众多的水下钢筋网和自然接地体进行接地;充分利用水下水工建筑物中自然接地网的有效面积, 能有效降低电站接地网接地电阻值。

(5) 定期检查接地引下线的导通性能, 应无开断、松脱或蚀锈等现象。在有大入地电流的接地点附近, 如主变压器中性点、避雷线引下接地处及避雷器接地处, 加设集中接地设施。应按照规程要求, 定期测量接地网的接地电阻值, 以评价接地网的健康状况及安全性。

摘要：锦屏一级水电站地处高土壤电阻率地区, 其接地网设计能否满足运行要求, 是关系到电站安全运行的重大问题。在大坝蓄水前、蓄水后及机组投运前, 对电站接地网的接地电阻进行了测量, 其结果满足要求。同时为山区大型水电站接地网的接地电阻测试提供参考。

关键词：锦屏一级水电站,接地电阻,接地网,测试

参考文献

[1]何金良, 曾嵘.电力系统接地技术[M].北京:科学出版社, 2007.

[2]DL/T 5091-1999.水力发电厂接地设计技术导则[S].

[3]DL/T 475-2006.接地装置特性参数测量导则[S].

[4]邹建明, 蒋静坪, 李阳春.大型地网接地电阻测试方法的探讨[J].电力建设, 2003, 24 (3) :23-25.

[5]GB50150-2006.电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].

光伏电站接地网 篇2

编辑：万佳防雷-小黄

电力系统的接地是对系统和网上电气设备安全可靠运行及操作维护人员安全都起着重大的作用。研究接地体的布置、连接，接地体的材质等是保证系统安全稳定运行的必要措施之一，所以说设计、施工高标准的接地系统的变电站防雷工作的重中之重。

一、变电站接地网作用概述

接地网作为变电站交直流设备接地极防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的作用。由于接地网作为隐性工程容易被人忽视，往往只注意最后的接地电阻的测量结果。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。因此，接地问题越来越受到重视。变电站接地网因其在安全中的重要地位，一次性建设、维护苦难等特点在工程建设中受到重视。另外，在设计及施工时也不易控制，这也是工程建设中的难点之一。因此，为保证电力系统的安全运行，降低接地工程造价，应采用最经济、合理的接地网设计思路，本文拟重点就材料选用方面进行相关探讨。

二、变电站接地网常用材料比较

目前广泛使用的接地工程材料有各种金属材料、非金属接地体、降阻剂和离子接地系统等。

1、金属接地材料。金属接地材料（主要指铜材和钢材），由于其具备良好的导电性和经济性，很长时期以来一直是接地工程中最重要的材料之一。但是由于金属材料存在容易腐蚀的问题，对接地电阻的影响也比较大，是安全生产中的一个大的隐患，这个问题一直困扰着用户。同时，近年生产资料价格猛涨造成接地成本增加，使得金属接地材料的缺点逐渐突显，一些行业或地区已经在渐渐地减少金属接地材料的使用，转而使用其它新型的接地材料。

2、非金属接地体。非金属接地材料是目前行业里新生的一种金属接地体的替换产品，由于其特有的抗腐蚀性能和良好的导电性和较高的性价比被广大用户所接受。目前非金属接地产品主要是以石墨为主要材料。基本成分是导电能力优越的非金属材料材料符合加工成型的，加工方法有浇注成型和机械压模成型。一般来说浇注成型的产品结构松散、强度低、导电性能差，而且质量不稳定，一些小型厂家少量生产使用这样的办法：机械压模法，是使用设备在几到十几吨的压力下成型的，不仅尺寸精度较高、外观较好，更重要的是材料结构致密、电学性能好、抗大电流冲击能力强，质量也相当稳定，但是生产成本较高，批量生产多采用。选型时，尽量采用后者，特别是接地体有抗大电流或打冲击电流的要求（如电力工作地、防雷接地）时，不宜采用浇注成型的非金属接地体。非金属接地体的特点是稳定性优越，其气候、季节、寿命都是现有接地材料中最好的，是不受腐蚀的接地体，所以，不需要地网维护，也不需要定期改造，但是，非金属接地体施工需要的地网面积比传统接地面积小很多，但是在不同地质条件下也需要的保证足够接地面积才可以达到良好的效果。

3、降阻剂。降阻剂分为化学降阻剂和物理降阻剂，化学降阻剂自从发现有污染水源事故和腐蚀地网的缺陷以后基本上没有使用了，现在广泛接受的是物理降阻剂（也称为长效型降阻剂）。物理降阻剂是接地工程广泛接受的材料，属于材料学中的不定性复合材料，可以根据使用环境形成不同形状的包裹体，所以使用范围广，可以和接地环或接地体同时运用，包裹在接地环和接地体周围，达到降低接触电阻的作用。并且，降阻剂有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。

现在的较先进降阻剂都有一定的防腐能力，可以加长地网的使用寿命，其防腐原理一般来说有几种：牺牲阳极保护（电化学防护），致密覆盖金属隔绝空气，加入改善界面腐蚀电位的外加剂成分等方法。降阻剂的使用，应掌握其施工技术，以达到最佳的效果，物理降阻剂有超过二十年的工程运用历史，经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是使用施工工艺都已经是相当成熟的产品了。

4、离子接地系统。离子接地系统是传统的金属接地改进而来，从工作原理到材料选用都脱胎换骨的变化，形成各种形状的结构。这些接地系统的共同点是结构部分采用防腐性更好的金属，内填充电解物质及其载体组分的内填料，外包裹导电性能良好的不定性导电复合材料，一般称为外填料。接地系统的金属材料已经出现的有不锈钢、铜包钢和纯钢材的。不锈钢的防腐较钢材好，但是在埋地环境中依然会多多少少的锈蚀，以不锈钢为主体的接地系统不宜在腐蚀性严重的 环境中使用。表面处理过的铜是很好的抗锈蚀材料，铜包钢是铜-钢复合材料，钢材表面覆盖铜，可以节约大量的贵金属-钢材。套管法活电镀法生产，表面铜层的厚度为0.01mm到0.50mm,厚度越厚防腐效果越好。纯铜材料防腐性能最好，但是要耗用大量的贵金属，在性能要求较高的工程中使用。由于接地系统大多向垂直方向伸展，所以接地面积大多要求很小，可以满足地形严重局限的工程需要。

三、接地材料的具体选用

不同的行业，不同的地域使用的接地材料也不尽相同，不同的接地材料有着不同的特点，根据其特点结合环境使用是接地工程前期应该考虑的问题。

目前市场上使用率最高的接地材料还是金属材料，主要有铜板、角钢和扁钢等，但是由于接地环境的不同和用户需求也不尽相同。在有些环境和情况下是不适合使用金属接地材料的，例如在高腐蚀土壤中金属接地材料在很短的时间久被腐蚀而丧失接地的功能。同时，从造价方面来考虑，使用金属材料的传统接地，在工程造价上可能不会太高的，但是它的使用寿命短，使用非金属接地体要比金属材料的传统接地高一些，但其使用寿命要比传统接地的寿命高出好几倍，根据其寿命传统接地平均每年造价不低于3-4千元，而非金属接地体根据其寿命平均每年造价不高于3-4百元，这还不包括因地网不合格改造的工程费用，这些都是应该在选择接地材料时加以考虑的。

此外根据环境不同采用不同的材料作为接地体也是延长有效接地寿命的方法。离子接地棒适合在城市不具备施工空间的地方使用，例如城市建筑群等，而对于山地条件则比较适合使用非金属接地棒，由于在山地离子棒自身的吸水性并不能满足自身稳定接地电阻的需要常常要增加盐类，而岩石环境又是失水环境，所以这种环境下就应该选用吸水性好的具有较高强度 的非金属接地棒作为接地体，同时在野外也要考虑使用离子接地棒的可能丢失问题，在一般土壤环境比较适合使用压制的非金属接地体和金属接地体。

四、结束语

光伏电站接地网 篇3

中国的能源和环境现状

“十一五”开局以来，在经济快速增长的拉动下，中国能源的生产和消费持续高幅增长，目前中国已经成为世界第二大能源消费国和第一大能源生产国。

2000年中国一次能源消费总量为13亿吨标准煤，按这个基数计算，即使能源年均增长率控制在3%以内，每万元国内生产总值的能耗降低至 0.66吨标准煤，届时全国共需消费23.5亿标准煤，比2000年增加约10亿吨标准煤。

电动自行车在中国的发展状况

据调查，目前我国电动自行车保有量达1.4亿辆。受全球经济影响，尽管2011年产量仅为2655万辆，2012年预计产量还将继续下滑至2459万辆，但保有量仍以每年15%左右的速度增长。预计2015年全国电动车保有量将达到2亿辆。

从这一数据不难看出，电动自行车正在成为人们日常代步及通行的主要工具之一，且这种趋势越来越明显，大部分电动自行车面临一个充电难的问题。为了解决以上难题，离网光伏绿色充电站出现了。该充电站采用硅基薄膜太陽电池组件以及离网充电控制系统，把光能直接转化为电动车充电所需直流电能，无需电网辅助，可应用于任何地点，无需价格昂贵的逆变器。

该充电站易于移动、成本低廉、安装简单、使用方便，充电的同时还可以作为停车棚使用，充分体现低碳绿色环保的概念。附带上各种宣传资料，可以成为一个广告栏，为城市增加现代与高科技气息。

该充电站具有以下特点：

适合48V的电动车日常充电

独立系统，无需电网供电

快捷充电，无需搬动电瓶或接引电缆

充电优化系统保证在多云等恶劣天气仍可充电

高充电利用率，电池板发电利用率在86%-90%之间

独特的过压保护技术，确保蓄电池的实用寿命

具有充电电流监控和充满提示功能

防雷保护功能防止过大电流损坏或烧毁设备

CCC国家安全认证、CE认证、TUV认证

同时充电数量：6辆

同时停放数量：10辆

充电接口形式：多种电动车接口，满足市场上的各种车型

充电站外型尺寸：长：5m*宽：0.5m*高：3m；充电区域占地面积：16m2

充电站的应用场所

公司企业：员工上班来之后电动车在公司停放一天的时间，有充电的需求

学校：学生中有部分骑电动车往返于宿舍和教室、学校与游乐场所。有充电需求

社区：物业建设此充电桩，中下阶层的家庭生活中，电动车是主要交通工具，可以省去楼房搬上搬下的体力劳动

公园广场：建造便民设施

商业价值

绿色电动自行车充电站，除了具有节能减排、低碳环保的社会意义外，同时也具有很高的商业价值

广告效益：充电站前面、背面和侧面可以加装商业广告牌，起到良好的广告宣传作用

成本回收：充电站可以面向充电用户收费，收费方式采用自动投币形式，用户每投一枚一元硬币，可以充电一小时到两小时，按照充电接口为6个，平均每天充电人数为20人，充电站每天的充电收益约为20元，年收益为7200元，充电站投资为3万元，投资回收期为4-5年。

结论

光伏充电站的建设，具有很高的商业价值和社会意义，即方便了众多民众，也响应了国家对环境建设的要求，随着更多的充电站的出现，我们将不再发愁电动车中途抛锚，体现了城市建设人性化与绿色低碳的完美结合。

（作者单位：新奥光伏能源有限公司）

光伏电站接地网 篇4

变电站接地装置是维护站内大型电力设备及运行人员安全的可靠保证与重要措施[1]。当发、变电站遭受雷击或者系统短路故障后,如果站内接地网接地阻值偏高或者材料、结构布置不合理,不仅会使得变压器等重要电力枢纽设备承受过电压造成绝缘破坏的危险,还将造成变电站内外一定区域内的电位偏高,给运行人员的人身安全带来潜在的威胁[2,3]。因此,在变电站接地网的设计及改造时,除了关注变电站接地网的接地电阻值以外,应该综合考虑材料本身对大型接地网的潜在影响。根据IEEE总结的几种变电站接地网常见事故类型,新型石墨复合接地材料在大型接地网使用时,除接地网接地电阻之外,还应着重考虑与接地网电位升有关的几个参数:网内电位差、网内电位差百分数、接触电压及跨步电压[4]。

国内现行变电站接地网一般以扁钢、镀锌钢最为常见,虽然钢材料成本较低,但钢材料耐腐蚀性差的缺点使得接地网多次测量、检修、改造等二次投入增加[5,6]。近年来,为减少变电站接地网钢材料的腐蚀造成的全寿命周期成本的追加,材料成本较高的铜、铜包钢等接地材料也开始逐渐投入使用。

本文从变电站接地网铜、钢以及铜包钢接地材料实际应用存在的问题出发,对比分析了铜、钢以及铜包钢接地材料腐蚀及运行维护情况,采用CDEGS计算软件[7]对比分析了典型接地网设计中不同土壤条件和不同接地网面积下,铜、钢接地材料在接地电阻、网内电位差、接触电压以及跨步电压的具体差别,为接地网的优化改造提供一定的参考。

1 变电站接地材料的腐蚀

从实际调查情况来看,我国变电站接地网仍以镀锌钢作为主要的接地材料,在一些土壤条件比较差、腐蚀性较强的新建变电站,已经广泛使用铜和铜包钢(镀层厚度一般在0.25 mm以上)接地材料从国内外研究情况来看,铜的耐腐蚀性一般为钢的4倍以上,尽管铜接地网一次建设投资高,但基本可以做到免维护[8]。镀锌钢或者普通钢接地材料易受土壤腐蚀,个别地区使用5～7年腐蚀已近一半,近年来我国出现多起由接地网腐蚀问题酿成的安全事故,如1981年广东员村220 kV变电站、1986年广西合山电厂110 kV开关站、1989年南京热电厂、1985-1986年湖北省胡集、潜江、武钢等3个220 kV变电站、1994年四川华莹发电厂、2009年六安牵引变电站等都曾因变电站接地网腐蚀引发大面积停电,损失严重[9]。

文献[10]给出了镀锌钢和铜包钢接地体的耐腐蚀性能对比,试验结果说明在该土壤条件下铜包钢能显著改善接地体腐蚀,而镀锌钢防腐性能较差实际施工应注意到,铜包钢接地材料在施工时应避免电镀层的破损,否则将形成局部化学原电池加速内芯钢材料的腐蚀。本文对几种接地材料在变电站应用时的接地特性做简要对比分析

2 土壤电阻率对几种接地材料特性的影响

根据IEEE总结的几种变电站接地网常见事故类型,新型石墨复合接地材料在大型接地网使用时,除接地网接地电阻之外,还应着重考虑与接地网电位升有关的几个参数:网内电位差、网内电位差百分数、接触电压及跨步电压。因此,本节运用CDEGS接地计算软件对不同土壤条件下铜、钢接地网的接地特性进行对比分析。

计算选取的比接地材料电磁参数分别为黄铜、45号钢和不同直径的石墨复合接地材料,各接地材料的电磁参数及直径尺寸如表1所示

假设发、变电站采用面积为100 m×100 m,接地网网孔为10 m×10 m,地网埋深为0.8 m。选取某一边角点为注流点,入地电流取工频1 kA。变电站土壤电阻率分别取50Ω·m、100Ω·m、300Ω·m、500Ω·m以及1 000Ω·m。计算结果如下:

2.1 接地电阻对比

表2列出了铜、钢以及铜包钢接地网接地电阻仿真计算结果对比情况。

由表2可知铜接地材料的接地电阻小于钢及铜包钢材料,且三者差异随着土壤电阻率的增大而减小。这种差异性主要来自于接地材料自身电阻率的不同,随着土壤电阻率的增大,其影响呈降低趋势,这也说明在高土壤电阻率地区仅更换接地材料的降阻效果不明显。

2.2 网内电位差及电位差百分数对比

接地网网内电位差反应了接地网的散流能力,过高的网内电位差使得低压设备的绝缘破坏危险性增大,对比不同土壤条件下的铜、钢接地网的网内电位差如表3所示。

由表3可知,随着土壤电阻率的增大,不同接地材料的网内电位差在数值上均呈现出上升趋势。这是由于土壤电阻率越低,接地体中的电流越容易散流到土壤中,各点电位差越均衡,网内电势差也就越小。随着土壤电阻率的增大,石墨复合接地材料与其他接地材料网内电位差的差异减小。

接地网网内电位差百分数直观地表征接地网各测量点的电位变化梯度,铜、钢接地网电位差百分数对比如图1所示。

由图1可知,相对于铜接地网,钢接地网的网内电位差变化幅度较大,这也说明铜接地体由于电阻率低、磁导率相对较小,电流更容易散流到土壤中,使得网内各点的电位相对平均。

根据以上分析可知,针对散流性相对较差的钢接地网,需根据变电站重要电气设备的安装位置对接地网进行优化,避免网内电位差对于电气设备绝缘的潜在破坏性显得尤为重要。当钢接地网网内电位差较大时,一般可采用增设接地网均压带,在电位极大点设置垂直接地体等优化措施改善接地网电位分布。

2.3 接触电势对比

接触电压是指人站在发生接地短路故障设备旁边,距设备水平距离0.8 m,人手触及设备外壳时,手与脚两点之间呈现的电位差,是衡量接地网保障变电站运行人员的重要指标。表4列出铜、钢以及铜包钢组成的接地网在不同土壤条件下接地网的最大接触电势。

由表4仿真计算结果可知,在接地网某一边角注流的前提下,接地网最大接触电势均出现在了4个边角沿45°角外延方向上。其中铜材料接地网散流性能优于钢和铜包钢接地网,其最大接触电势小于钢和铜包钢接地材料,随着土壤电阻率的增大,这种差别呈现出下降趋势。需要指出的是,接地网的接触电势与注流点位置密切相关。仍以实例所示的接地网为例,改变边角注流点为中心注流点,几种接地材料接地网的最大接触电压均降低。

对于接触电压相对较大的接地网而言,除了防患于未然,加强边角处电气设备的绝缘水平外(如增设绝缘支架等措施,设置警示牌等等),具体到接地网的优化措施包括:在接地网边角处用圆弧形接地网代替直角形接地网,在边角的接地网网格增设接地体数量尤其考虑增设垂直接地体的数量,对于新建变电站接地网,采用非等间距接地网不仅能降低网内电位差,同时可以降低接地网的最大接触电压。

2.4 跨步电压对比

跨步电压是评估变电站接地网安全的重要指标,跨步电压与网内电位差密切相关,对比铜、钢以及铜包钢接地网的跨步电压如表5所示。

由表5仿真计算结果可知,当接地网采用边角注流时,铜、钢以及铜包钢接地网的跨步电压为4个边角外延方向上(计算时采用梯形跨步电位)。与接触电势相类似,铜接地网的跨步电压小于钢和铜包钢接地网的跨步电压,但随着接地网土壤电阻率的增大,三者之间的差别减小。这主要是由于低土壤电阻率下各接地网能够克服接地体的屏蔽效应能散流到接地网中心,随着土壤电阻率的增大,各接地网的散流能力减弱,使得电流密度多集中在接地网周边,从而使得四周的跨步电压增大。

一般对于变电站接地网而言,虽然跨步电压的危险性比接触电压的小,但对于跨步电压超标的接地网,仍要采取接地网优化措施降低潜在危险。如采用地面铺鹅卵石、增设水泥沥青绝缘路面,在人行道附近增设均压带等方式。

3 接地面积对几种接地材料特性的影响

除了土壤电阻率对接地网的接地特性有影响之外,接地面积也直接影响着接地网的接地特性。对于土壤电阻率较高的变电站接地网,一些扩大接地面积、更换接地材料的降阻方式往往不能达到预期效果,下面对不同接地网面积下,铜、钢以及铜包钢等接地材料的接地特性进行对比分析。

取变电站土壤电阻率为300Ω·m,变电电站接地网边长为50 m、100 m、200 m和400 m,网孔设置假设均为10×10 m,埋深均为0.8 m。选取中心网孔为注流点,入地电流仍取工频1 kA。

3.1 接地电阻对比

表6列出了不同接地面积的铜、钢以及铜包钢接地网接地电阻仿真计算结果对比情况。

由表6可知,在接地面积较小时,铜、钢及铜包钢接地材料的差距不大,随着接地网面积的增大,—三者的差异性增大,这是因为接地电阻有接地网本体电阻、土壤电阻以及接触电阻组成,接地网面积增大,从而使得接地体本体电阻对接地电阻的影响越大。

3.2网内电位差及电位差百分数对比

铜、钢以及铜包钢3种接地材料接地网的网内电位差对比如表7所示。

由表7可知,随着接地网面积的增大,三种接地材料在网内电位差数值上的差异性变大。另外从接地电位差百分数可以直观地表征这一变化。

由图2可知,不同材料的接地网的电位差百分数均呈现出先下降后上升的趋势。其原因主要是接地网面积增大使得有效接地面积趋于饱和,使得边角处的电流密度减小,从而与网内电势最高点的差值表现为上升趋势。

3.3 接触电势对比

不同接地面积的铜、钢以及铜包钢组成的接地网的最大接触电势对比如表8所示。

随着接地网面积的增大,铜、钢以及铜包钢接地的最大接触电压均降低。同时,随着接地网面积的增大,同样受有效接地面积趋于饱和的影响,各接地网最大接触电势的差异性呈现出明显差异性。

3.4 跨步电压对比

不同接地面积的铜、钢以及铜包钢组成的接地网的跨步电压对比如图3所示

由图3可知,随着接地网面积的增大,不同接地材料的跨步电压呈现出与接触电压一致的变化特点。随着接地网面积的增大,各接地网的最大跨步电压在数值上均减小,但与其他接地材料的相对差异呈增大趋势。

4 结论

本文从变电站常用接地材料如铜、钢、镀锌钢、铜包钢等接地材料的使用成本及腐蚀问题出发,对比分析了几种接地材料在不同情况下的接地特性,主要结论包括:

(1)钢或镀锌钢材料材料成本较低,但长期耐腐蚀性能不佳,铜或铜包钢接地材料避免因腐蚀造成的二次维护成本,铜包钢接地材料在施工时应保证铜镀层的完整性,避免加速腐蚀钢芯材料。

(2)在低土壤电阻率下,铜接地材料的接地特性优于铜包钢和45#钢接地材料,随着土壤电阻率的增大,三者在接地电阻、网内电位差及梯度、接触电压和跨步电压等接地特性的差异性降低。应根据实际材料接地特性采取可靠的优化及改造措施。

(3)随着接地网面积的增大,不同的接地材料的有效接地面积趋于饱和,各接地特性之间的差别增大,铜接地材料的接地特性优势明显。

本文所述内容为变电站接地网的设计、接地材料的选择及接地网的优化改造措施提供一定参考。

参考文献

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[9]周蜜.钢制接地网土壤腐蚀特性及评价技术的研究[D].武汉:武汉大学,2011.

光伏电站接地网 篇5

变电站是维护电力系统正常运行的保障，一旦出现问题，轻则大规模停电，重则威胁人民的生命安全，所以，变电站必须采取有效的措施做好防雷工作。防雷最关键的环节就是接地，通过设置合理的装置将雷引入地下，能够起到较好的避雷效果，保障电力系统的运行安全。220kV变电站的防雷接地设计主要包含电气、控制和通信等设备，最关键的是接地网技术，关系到变电站的正常运行和设备的安全性，因此，必须做好变电站的接地网设计。

2、220kV变电站的防雷措施

2.1变电站防雷概述

雷电是一种放电现象，一般分为直击雷、感应雷。直击雷主要作用于电力设备上，导致设备故障的出现，造成电力系统无法正常运行，对于线路危害很大。由于一般的设备对于雷电的抵御能力较差，如果遭到雷电的攻击，不仅影响变电站的通信和调度，甚至会导致电气设备的严重损坏，造成大面积停电，引起巨大的安全事故。

变电站的防雷系统一般有两种：一次防雷、二次防雷。当一次防雷系统受到雷电攻击时，造成的影响主要有：电流传入大地冲击电位，当出现电位差时，就会损坏相关的电气设备；电流传入地下时，就会形成强大磁场，损坏弱电设备。变电站的两种防雷系统是一套体系，但是二次防雷系统对于雷击电流的耐受程度较低，因此，防护必须是全方位的：变电站的防雷措施一定要注意避雷线防雷、避雷针防雷和过电压保护相结合，缺一不可。

2.2变电站的主要防雷措施

变电站的防雷核心是释放雷电产生的巨大能量，一般采取将能量导入地下的办法。防雷措施一般有分区防护和多重屏蔽、均衡电位等几种。对于侵入波，主要采取的是安装避雷器的方法，将避雷器安装在需要保护的设备旁边，这样就可以在电压值过大的时候，通过避雷器及时的进行放电，减小过压值以保护电气设备；对于直击雷，一般采取的办法是将避雷针安设在配电装置上，避免雷击造成设备反击，但要注意避雷针和设备的接地、带电、构架接地等部分必须至少保持5米的距离，与主接地网至少保持3米距离；架空线路的全线均要做好避雷线的架设，并保证其保护角的度数值在20度到30度之间；对于进线段，在架空线连接部分和电缆之间必须安装避雷器，并保证后者的金属外壳和接地端实现连接；对于变压器，必须将避雷器安设在其附近，避免雷电波对绝缘设备造成损坏；为了尽量降低雷击对于二次设备的干扰，就必须要注意多分接地下线的使用和泄放系统结构的优化、屏蔽设备的改进、屏蔽电缆的使用；在做好雷击防护之后，必须针对实际情况，进行接地网的敷设，以保障变电站的运行安全。

3、220kV变电站的接地网技术注意要点

3.1接地网设计要遵循科学原则进行

接地网是变电站防雷的关键，它可以通过一定的装置将雷击产生的危害降至最低，所以，为了达到更好的防雷效果，保障变电站的正常运行，就必须重视接入装置的合理设置。接地装置一般是指实现接闪器和地面电气连接的特定装置。对于220kV变电站来说，接地装置的作用是将电荷导入大地并中和异种电荷，防止变电站遭到雷击。电阻较大的接地系统很容易在电力系统发生故障的时候引起地电压非正常升高，此时如果接地网格的设计不够合理，就很容易导致电缆绝缘和设备被损坏，甚至威胁到变电站工作人员的人身安全，给变电站造成巨大损失。因此，为了尽量避免变电站被雷电破坏，在进行接地网设计的时候，必须遵循以下原则：接地网应使用房屋地基的金属物；接地网必须呈现闭合状，并且形状是环形；接地网一般使用接一点的办法。

3.2接地装置的安装要点

一般的接地线、接地体分为人工的和天然的两种，在具体应用中，使用较多的是前者。人工接地体可以促进接地电阻达到规定值，并减少外界影响。人工接地体又可以分为水平接地和垂直接地两种，接地的具体电阻与土壤性质和接地状态等都有关系。垂直接地体彼此之间的距离必须控制在大约5米左右，顶部埋深（0.6米为宜），最少0.5米、最大0.8米，设计时要注意控制。接地体的同向道路、出入口，距离必须控制在3米以上，如果达不到，就要注意顶部要大于1米、宽度控制在2米以下，材料可以使用沥青砂石。土壤内部的接地装置必须进行连接部分的焊接，并做好防腐处理，保证电气的可靠连接。

3.3接地装置的应用要点

避雷针在实际使用中需要配套设置接地装置，而且必须实现内部建筑和外部接地体的连接，促进等电位效应的形成。为了进一步提高装置的安全系数和可靠程度，引下线的数量应进行合理的设置（至少保持在两个以上），并且以强度作为依据，适当的增加引下线的数量以降低冲击接地电阻；另外，为了避免发生反击，设备接地点的布置必须和避雷针引线的入地点拉开距离，后者的接地引线必须远离电气设备；注意装置的合理设置，对于有金属结构的部分，必须注意金属结构和地面的结合，针对屋顶是砼结构的特点，必须进行砼的焊接，以形成网接地，在屋顶结构不导电的情况下，必须采取防雷保护措施。

4、结语

一般来讲，220kV变电站的采取防雷措施有两个目的，一是阻挡雷电波，二是利用装置将其引入接地网。防雷设计的主要装置是避雷针和避雷线等，220kV变电站使用的一般是前者，而避雷器的功能则是控制并减小雷电波的强度。220kV变电站的防雷，应根据变电站的实际情况采取相应的手段和措施，其中最重要的环节就是做好防雷接地设计，尽量降低雷电对于变电站的危害，保障电气设备的安全。在进行接地网设计的时候，必须从变电站所处的实际地域出发，充分考虑当地的地质特点，采取有针对性的降阻防雷办法，设置合理的接地装置。接地网技术是一项涉及面十分广泛的技术，综合性比较强，通过信息的全面分析，可以促进接地网的优化设计，从而达到更好的防雷效果，在未来的实践过程中还有巨大的改进空间。

变电站接地网设计探讨 篇6

一、站址地理情况分析

变电站站址位于融安县大将镇, 距离融安～板榄三级公路约20m, 站址区位于丘顶, 覆盖土层厚0.5m～2.6m, 厚度不大, 其下土层以完全风化及强风化泥岩为主, 土壤视电阻率分布如下表:

根据场地土质情况及勘测时的气象条件, 主接地网接地阻值时5m层土壤电阻率的季节系数取1.4, 经加权计算, 本接地网接地电阻值约为1.75Ω。按接触电位差和跨步电位差进行校验, 接地网的接地电阻应不大于2.784Ω, 本变电站接地网接地电阻满足规程的要求, 但根据广西电网公司规定, “变电站的接地电阻值不宜大于1Ω”, 故本变电站需对人工接地装置进行降阻措施。

二、接地方案及降阻措施

因地制宜地选择合适的接地方案很重要, 从本站实际地质情况并结合地形特点来看, 站址区位于山包顶端, 南侧有公路, 西侧有民房, 西北侧有果园, 东侧紧挨着35kV大将变电站, 扩大接地网面积、引外接地及深孔爆破接地等方法不宜本站。

根据土壤电阻率报告, 垂直深度方向上的土壤电阻率值有随测量深度的加深而呈减小趋势的特点, 理论上可考虑采用接地深井法降阻, 方案一:

在变电站围墙内敷设热镀锌扁钢作为水平接地体, 若每米添加25kg长效物理降阻剂, 需敷设降阻剂约48吨;设计外加新型压力灌浆灌注降阻剂的接地深井4口, 井深30m, 每口井灌注降阻剂约3吨。经计算, 理论上可将变电站接地电阻降到0.9545Ω, 可满足接地电阻<1Ω要求。

但由于站址相对地势较高, 地下水排泄良好, 地下水水量相对较少, 基岩裂隙水埋藏于基岩的裂隙中, 水位埋藏较深, 现场深钻勘探未发现稳定的地下含水层, 从山顶往下做深井, 降阻效果可能会受到影响。为此, 应考虑从另一方面切入, 寻找可行性更大的比选方案。

注意到本站区域土壤电阻率不高的特点, 若采用以水平接地网为主, 辅以垂直接地极的复合接地网, 并配合降阻剂的使用以改善地网中的土壤电阻率, 接地电阻降至1Ω一下的可能性也会较大。相关设计及计算论证如下 (方案二) :

在变电站围墙内敷设水平接地均压环网, 接地网的外缘闭合。在站内主地网外缘闭合环上进行降阻剂的敷设, 地网内部不使用降阻剂。在站内水平地网闭合外缘导线上布设一定深度的垂直接地极, 根据设备及建筑物的现场实际分布, 在水平网内部也布设的垂直接地极, 深度较闭合外缘浅。

设计水平地网闭合外缘垂直地极埋设深度在5m左右、水平网内部垂直接地极埋设深度在2.5米左右, 这样既能充分利用浅表土层较为潮湿的土壤来降阻。

经计算:

(1) 站内水平均压网接地电阻:

undefined (依据DL/T621-1997)

≈1.639Ω

加权平均土壤电阻率:317Ω·m,

站内接地网设计面积约:9350m2。

沿外缘闭合环进行土壤电阻改良剂剂的敷设, 其敷设后的实际接地电阻值为:

Rs≈ 1.147Ω (降阻系数综合取值为0.7)

(2) 闭合地网最外缘单组4.88m埋设深度垂直接地极接地电阻计算:

undefined (依据DL/T621-1997)

=71.533 Ω

(3) 主地网最外缘闭合环上64组4.88m埋设深度垂直接地极接地电阻为:

undefined (依据BS7430-1991)

=2.095Ω

(4) 均压闭合环网与外缘闭合环垂直接地极并联后的复合地网总电阻:

undefined

其中:η— 并联屏蔽系数, 取1.25

由于计算未考虑站内地下水条件情况的计算, 现场实际情况下, 在关联地下水时, 接地电阻值会更低。因此, 方案二可行。

三、接地材料及地网连接

从目前该变电站所在网区变电站接地系统整体运行状况看, 数年前新建的几个变电站的水平接地网都出现了比较严重的化学腐蚀和电化学腐蚀情况, 尤其是地网连接焊接点多处出现断点, 导致闭合地网失去其原有设计功能。良好的接地系统除了能够提供一个尽可能低的低电阻对地路径 (接地电阻) 外, 其接地导体还应具有良好的防腐能力并能重复通过大的故障电流, 接地系统的寿命应不小于地面主要设备的寿命, 一般至少要求30年以上寿命。长期、可靠、稳定的接地系统, 是维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的根本保障。而支持接地系统长期安全可靠运行的关键因数在于选择正确的接地材料和可靠的连接。

(一) 接地材料。

由于传统镀锌角钢的垂直埋设深度只能达到2.5m, 而该深度潮湿的地下环境对角钢的腐蚀影响很大。针对腐蚀严重的问题, 若选用镀铜圆钢作为接地材料, 可较好地解决问题, 优点如下:

1.导电性能。铜的导电率约是钢的10倍左右, 而40%导电率镀铜钢线导电率为40%, 尤其是在集肤效应下, 高频时镀铜圆钢导电性能远远优于其他钢材。

2.热稳定性。同等热稳定性能时, 钢接地体所需的截面积为铜材的3倍, 是30%镀铜钢绞线的2.5倍, 是40%镀铜钢绞线的2.8倍。

3.耐腐性。铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10～1/50, 是镀锌钢的耐腐蚀性能的3倍以上, 而且电气性能稳定。

(二) 接地系统的电气连接。

变电站的接地网金属导体存在着大量的连接, 只有可靠的、牢固的连接才能保证接地网的运行可靠性。除材料因素外, 连接工艺也是主要影响因素之一。若采用传统镀锌钢接地体, 接地体之间的连接均为传统的电弧焊接方式, 而高温电弧能破坏接地体接头部位的镀锌层, 会直接导致焊接点腐蚀的出现, 受腐蚀并断点的隐患较大。若采用铜接地体或镀铜接地体, 可采用放热焊接连接法。该方法焊接后能产生永久性的分子结合效果, 焊接点不会松脱, 同时焊接点还具有与导线相等的载流能力、像铜一样的耐腐蚀性, 并能从焊口的外观上鉴定焊接的质量。

四、综合比较

为了体现材料差异, 方案一使用了传统的热镀锌扁钢、角钢材料, 方案二采用优化材料, 即镀铜圆钢。通过上表可看出, 方案一为常规方法, 与方案二对比投资省5万元左右, 但存在前面所提的腐蚀严重及焊接点断开等隐患;方案二虽投资稍大, 但具有优异的长期耐腐蚀稳定接地性能, 且其大电流过流性能明显强于方案一, 能较好满足“长效稳定免维护”的技术要求, 同时施工操作便捷快速。

通过技术及经济综合比较, 设计主推采用方案二, 方案一作为备选, 并通过了设计评审。

五、结语

变电站主接地网设计研究 篇7

1.1 设计要点

(1) 主接地网的面积决定了其接地电阻的大小, 在地网上增设2~3m的垂直接地极对于减小接地电阻的意义并不大。垂直接地极可设在避雷器或避雷针等处以加强雷电流的集中散流效果。在地网的中间或外缘增设几个垂直接地极也可起到稳定地网的作用。

(2) 接地电阻在接地网孔数超过16个后减小的很少, 即使是大型的主接地网, 其接地网孔个数也不宜超过32个。最大接触系数并不会一直随着均压带根数的增加而减小, 有研究表明0.1~0.15是最大接触系数减小的极限值。

(3) 接地电阻在接地网的埋深达一定值时减小的很少, 所以埋深一般取0.6~0.8m。

(4) 如果土壤的电阻率过高, 对于小面积接地网可以采用置换法或化学方法进行改善以有效减小接触电阻, 但难以有效减小接地电阻。

(5) 接地网采用圆弧形四角能够显著地降低接地网外直角处的跨步电势。

1.2 常用措施

(1) 接地网的电位可以采取不等间距布置的方式来进行均衡。

(2) 长接地极的埋设可以利用地质钻孔来有效降低造价。

(3) 可以综合采用降阻剂和置换土的方式来降低土壤电阻率。

(4) 在长垂直接地极加降阻剂, 并充分利用地下水的降阻作用。

(5) 引外接地体。

(6) 在变电站围墙内采用超深井接地。

1.3 接地网防腐蚀技术

接地网防腐蚀是接地网设计的重要内容之一, 当前所常用的接地网防腐蚀措施主要有将接地体截面积增大、以镀锌或镀铜的方式保护接地极、接地体采用耐腐蚀的金属、采用导电涂料和牺牲阳极保护等。此外, 接地体的形状也会影响到接地网的抗腐蚀性能。例如, 东北地区变电站通常采用25mm圆钢作为水平接地体, 相对于其他地区所大量采用的扁钢, 由于接触土壤的面积更小, 所以具有更好的抗腐蚀性。特别值得注意的是, 铜、钢2种金属所组成的复合接地网会发生电化学腐蚀。另外还有镀锌钢, 如果施工过程中破坏了镀锌层, 就一定要及时对其进行修补, 否则也会导致接地网的电化学腐蚀[1]。

2 变电站主接地网设计需要注意的问题

2.1 短路电流的计算

在接地网设计中短路电流计算主要是计算最大接地短路电流Imax和入地短路电流I。其中, 接地引下线和水平接地极截面是根据Imax来进行选择的, 而发生接地故障时变电站地电位升高、接触电位差和跨步电位差是根据I来进行计算的。根据相关电力规范, 在得到变电站中性点的回流以及避雷线的分流系数的条件下可以由Imax求出I。通常情况下, I的值在考虑回流以及分流后会比Imax小得多。如果变电站中性点回流和避雷线分流系数计算不合理, 那么变电站主接地网的设计结果也必然是不科学和不合理的。特别是避雷线的分流系数, 如果能对变电站的出线避雷线进行优化, 那么将会得到更为合理的接地网设计结果[2]。

2.2 主接地网接地材料的选择

主接地网的接地材料一般有钢和铜2种, 以往变电站的接地材料主要采用钢, 但现在一些新建变电站, 特别是GIS变电站开始越来越多地采用铜作为接地材料[3]。

(1) 需要注意的是, 铜接地网会对周边建筑物的钢筋混凝土基础有一个阳极腐蚀效果。由于变电站中各种构筑物和建筑的基础中大量使用钢筋, 当采用铜材接地网, 接地网将与基础中的钢材发生电化学反应, 进而导致钢筋混凝土基础被腐蚀, 所以必须采取一些代价较高的保护措施。

(2) 铜材对降低接地电阻并无特别优势。根据接地电阻的原理, 其大小主要是由土壤电阻率、接地网面积、接地极的布置方案所决定, 与接地材料的关系并不大。所以使用铜材作为接地材料并不能有效降低接地电阻, 其主要优点在于铜接地网没有钢接地网那么严重的不等电位问题。

(3) 在碱性或中性土壤环境中, 铜材的抗腐蚀能力是钢的10倍, 是镀锌钢的3倍。但在酸性土壤环境中, 铜材的抗腐蚀能力并不比镀锌钢更具优势。电解腐蚀试验证明, 在酸性土壤环境中, 铜也会被腐蚀, 而且其腐蚀速度与镀锌钢相当。因此, 在进行变电站主接地网设计时, 设计人员一定要谨慎选择接地材料。

2.3 高土壤电阻率地区的降阻

对于高土壤电阻率问题, 在进行主接地网设计时, 必须结合站址的实际情况来采取有效的降阻措施[4]。

(1) 作为降阻的一个常用措施, 打接地深井是否能够有效降阻其实与站址地下的地质条件有很大关系。当地下深处有较低电阻率的土壤或有较高的地下水位时, 打接地深井会取得良好的降阻效果;但如果地下深处的土壤电阻率没有降低甚至比表层还要高, 又缺乏较高的地下水位, 那么打接地深井就难以取得理想的降阻效果, 还会因为过高的造价而得不偿失。因此, 若要采用打接地深井的降阻方式, 设计人员就一定要事先掌握好站址地下深处的地质条件和土壤情况, 切忌不经过现场勘察就轻易选择设计方案。

(2) 降阻剂虽然可以有效地降低接地网的接地电阻, 但其一般都具有一定的使用年限, 一旦超出使用年限, 那么接地电阻又将升高。特别是一些化学降阻剂具有极强的腐蚀性, 在添加到土壤中后, 不仅会带来污染, 还会加速接地导体的腐蚀过程, 所以要慎重使用降阻剂。

2.4 水平接地极的埋设深度

在冰冻季节, 变电站主接地网的安全可能会受到一定影响。为减小接地网受到的影响, 目前常用的做法是在冻土层以下敷设水平接地网, 这样接地网受冻土层的影响就很小。对于有数米深冻土层的特殊工程, 可以将垂直接地极的根数适当增加, 并在冻土层以下埋设, 这样会降低水平接地极的敷设深度, 从而大大降低施工的难度, 取得很好的效果。简而言之, 水平接地网的埋设要结合变电站工程的实际情况, 在经过严密的技术、经济比较后方可最终确定。

3 变电站主接地网设计实例分析

某220kV变电站位于郊区, 采用全户外常规设备布置型式, 占地面积约22 000m2, 为开挖山头平整场地建设, 测得土壤电阻率约600Ω·m。站址三侧均为石山, 仅南侧有一片洪水冲积洼地。设计要求变电站的接地电阻小于0.5Ω。主接地网原设计方案为在变电站四周做一圈主接地网, 并将其与变电站内各层的接地带相连, 再在外围制作8口深井作为垂直接地极。接地深井深30m, 把24mm的钢管放入钻孔后加入降阻剂, 随后将这8个深井相连并连接至主接地网, 计算接地电阻结果为0.43Ω。但在实际施工过程中, 发现钻第一口深井时并未发现地下水, 且施工难度较大, 完成8口深井造价会很高, 且效果无法估计。经再次现场勘察后发现, 站址南侧洼地大部分时间土壤较潮湿, 经测得土壤电阻率为100Ω·m, 且地上水位较浅, 因此临时更改方案在变电站南侧洼地打3口斜井, 斜井深2.3m, 长150m, 内置20mm镀锌圆钢并灌入降阻剂, 斜井首端与变电站主接地网连接, 末端相互连通。主接地网建成后经实测, 接地电阻仅为0.48Ω, 满足要求, 取得极为理想的接地效果。

4 结语

变电站主接地网的设计对于确保变电站建成投运后的安全、稳定、可靠和经济运行极为关键。而接地设计可以采取的方法和措施多种多样, 在主接地网的具体设计过程中, 设计人员必须充分勘察站址, 结合工程的实际情况, 有针对性地采取科学、合理的设计方法和处理措施, 以取得最佳设计方案。

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光伏电站接地网 篇8

电力系统接地网是维护电力系统可靠运行、保障人员和电气设备安全的重要设施[1,2]。但接地网导体的腐蚀、断裂或漏焊等故障,通常会引起或扩大事故,带来巨大的经济损失和不良的社会影响[3,4]。所有影响接地网性能的因素中,接地网导体严重腐蚀是导致交流接地网损坏的最突出技术问题[5]。接地网通常埋入地下0.6～1 m,以保证电气设备可靠接地,同时由于土壤的腐蚀性与泄漏电流的作用,接地网腐蚀、损坏现象时有发生[6,7,8]。近年来,国内外学者通过大量研究,提出了一些变电站接地网导体腐蚀诊断的方法[9,10]。文献[4]应用电网络理论和矩阵理论建立故障诊断方程,将能量最低原理、优化技术应用于接地网故障诊断;文献[11]采用在可及节点中轮换电流源激励位置和每处激励时多处测量节点电压的方法,充分利用了有限可及节点,使诊断结果更加接近实际情况。然而,由于实际中变电站接地网拓扑结构复杂,影响接地网腐蚀诊断的因素很多,接地网腐蚀诊断方法应用于实际工程仍有许多技术问题亟待解决。目前这一项工作很多学者也已经展开研究,文献[12]分析了可及节点偏移对腐蚀诊断结果的影响,对诊断结果进行了修正,提高了诊断精度;文献[13]分析了测量误差对接地网故障诊断影响;文献[14]分析了电缆沟内接地导体对于腐蚀诊断的影响;文献[15]分析了变电站内钢型构架对接地网腐蚀诊断结果的影响。

随着电力工业的飞速发展,变电站的电压等级与输送容量越来越大,而征地成本的不断增高,要求变电站用地面积越来越小,位置越来越偏远。所以,很多变电站位于地理环境恶劣、高土壤电阻率和土层结构不均匀的区域。很多时候,常规设计的接地网中接地电阻、地电位及跨步电势等无法满足规程要求,为保证电力系统安全可靠运行,电力设计人员常采用引外接地。引外接地作为一种降低接地阻抗的有效措施,在实际工程中已广泛应用[16],其特点是在离发、变电站1～2 km有较低的电阻率土壤时,可敷设引外接地,用2～3条扁钢线引出主接地网,与低电阻率区域埋设的辅助接地网相连接,形成1个并联接地系统[17]。虽然已有文献对于影响变电站接地网故障诊断因素的研究取得了诸多成果,但关于引外接地对接地网腐蚀诊断影响的研究并未提及。本文基于电网络理论与最优化技术,研究了引外接地网及引外连接导体对接地网腐蚀诊断的影响,进而优化诊断结果,使得计算结果更加贴近实际。

1 接地网故障诊断基本原理

由于土壤电导率远小于接地网水平均压导体的电导率,用直流激励测量变电站接地网接地下引线间的电位时,忽略土壤因素的影响,接地网可视为纯电阻构成的网络[18]。接地网竣工后,原始电阻值(标称值)可得,当导体出现腐蚀或发生断裂时支路电阻会增大,这样就得到2个拓扑结构相同、支路电阻不同的电阻网络。根据接地网拓扑结构图建立诊断方程,由腐蚀前后支路电阻的变化量来判断接地网腐蚀情况,如图1所示。

设接地网的节点数为n,支路数为b,可及节点数为m;定义该电阻网络的关联矩阵为A,支路阻抗矩阵为Rb,节点导纳矩阵为Yn,支路导纳矩阵为Yb,节点电压列向量为Un,支路电压矩阵为Ub,支路电流列向量为Ib,节点注入电流列向量为In。第b+1条支路连接在接地网的节点i、j上,通过1个值为I0的恒定直流电流源激励,由电网络理论可知:

式中:Rij为端口电阻;Ui、Uj分别是可及测量节点i、j相对于参考节点的电压值。当接地网发生腐蚀后,仍在其i、j节点端加电流源I0,由测量的节点电压差求出R'ij。根据特勒根定理可以推导出端口电阻变化值和支路电阻变化值的关系为:

式中:ΔRij为端口电阻增量;ΔRk为支路电阻增量;Ik与I'k(k=1,2,…,b)分别为腐蚀前后支路电流值。对于测量了m组端口电阻的网络,可以建立1个m维故障诊断方程组:

用适当的数学优化方法可以解出方程组(7)

2 无引外接地的接地网腐蚀诊断

基于电网络理论和特勒根定理建立的故障诊断方程的诊断结果受2个因子影响:1)测量的端口电阻值;2)地网的拓扑结构。本文保持主接地网拓扑结构不变,通过在ATP中模拟并计算出端口电阻,将端口数据代入MATLAB编写的诊断程序进行腐蚀诊断。

通过大量变电站实测数据得到接地网扁钢导体电阻约为0.68 mΩ/m。建立1个36节点、60支路的接地网模型,设节点36为参考节点,接地网模型如图2所示。

假设各支路长度均为10 m,则接地网的支路标称电阻值为6.8mΩ假设支路46(16-22节点对)腐蚀,支路电阻增大4倍,变为标称值的5倍。因仿真接地网为中型地网,所以初次测量采用大跨距结合不动点原则[19]。第1次测量31-1、34-1、24-1、6-1 4组节点对,进行初次诊断,诊断结果过如图3所示,其中电阻变化倍数最大的是支路58,为0.2604倍。第2次测量58支路(28-34节点对),得出支路46增大4倍。第3次加测46支路2端22-16节点对,从而确诊支路46为真实腐蚀支路,电阻增大倍数为4倍,诊断结果如图4所示。

3 引外接地对接地网腐蚀诊断的影响

变电站主接地网与引外连接导体相连,其拓扑结构会发生改变。由于许多带有引外接地的变电站建成年代较早,通常处于地形较为复杂的地区,导致地网拓扑结构极不规则,加之实际中有许多干扰因素,引外接地网的实际信息获取难度较大。假设引外接地为网状模型,各支路长度为10m,引外连接导体有2根,引外接地网支路导体与引外连接导体使用的材料与主网支路导体相同,连接示意图如图5所示。

3.1 引外接地对接地网不同腐蚀支路诊断结果影响

依次模拟距引外连接点不同距离的接地网支路腐蚀,设置腐蚀支路电阻均增大4倍,变为标称值的5倍,引外连接导体长度为2 000 m。首先模拟距离引外连接点5个网格5D(将单位网格长度设为1D)处于地网边缘的支路43(13-19节点对)腐蚀;其次模拟距离引外连接点2D的支路46腐蚀腐蚀;最后模拟与引外连接线直接相连的支路48(18-24节点对)腐蚀。通过ATP分别进行3次模拟带引外接地的接地网腐蚀诊断,与无引外接地的接地网腐蚀诊断结果对比,在设置的精度及迭代次数下,得出的诊断结果如表1所示。

由表1可知,当引外距离为2 000m时,由于引外连接导体电阻较大,引外接地对接地网不同腐蚀支路的诊断结果影响均很小,对于初次诊断与最终诊断的结果影响比例均小于2%,所以引外接地的存在基本不影响接地网腐蚀支路的诊断。相对地,与引外连接导体直接相连的支路比距离较远的支路的诊断结果所受影响略大。

3.2 引外距离对接地网腐蚀诊断的影响

由3.1节知,引外接地对于距离较远的支路影响很小,为了比较不同距离引外接地对于主接地网腐蚀诊断的影响,选取了2 km、1 km、500 m和50 m 4种引外距离,其中50m是本文研究引外距离对直接相连的支路的诊断影响所做的假设,实际工程中并不存在。设置支路48腐蚀,初次测量的4组节点对不变,所计算得出的端口电阻变化数据如图6所示。

由图6可知,引外连接导体电阻随着引外距离的减小而减小,使得计算出的端口电阻减小,引外距离大于500 m时,其电阻仍然远大于支路导体电阻,端口电阻值减少很慢。当引外距离为50 m时,引外连接导体电阻与支路导体电阻相近使的端口电阻值下降幅度变大,对于端口电阻值的影响增大。对接地网初次诊断结果如表2所示。

由表2可知,不同引外距离对直接相连的接地支路导体腐蚀诊断影响差别较大,引外导体距离越小对诊断的影响越大。对于初次诊断出电阻变化倍数最大的腐蚀支路20(23-24节点对)最大影响达到-19.4%,降低了与之直接相连腐蚀支路诊断准确度而使得诊断出的支路导体电阻增大倍数降低。

3.3 引外接地网故障对接地网腐蚀诊断影响

引外接地网通常埋设在主接地网周围有明显的低电阻率土壤的地区中,通常自然低土壤电阻率的地区土壤通常较为湿润且腐蚀性较强,而引外接地网的检查及更换周期较长,所以引外接地网导体故障普遍存在。本文分别模拟引外接地网中部分导体断裂、部分导体腐蚀和二者同时存在3种情形,引外距离均取2 000 m。情形1中设置引外接地网中心的4根导体断裂,情形2中设置引外接地网各边缘中间的4根导体腐蚀,其电阻增大4倍。以直接相连的48支路腐蚀进行仿真,得出的端口电阻结果如表3所示。

由表3可知,引外接地网支路导体故障对于端口电阻几乎无影响,将表3中数据代入诊断程序后得出引外接地网支路故障对接地网腐蚀诊断结果基本无影响。值得注意的是,引外接地网部分导体的腐蚀和断裂虽然不会对主网腐蚀诊断造成影响,但会使接地网安全性能下降,具有潜在的安全隐患。

4 结论

(1)引外距离较远的引外接地网对主接地网的腐蚀诊断影响很小。

(2)引外距离较近时,对于与之直接相连的支路腐蚀诊断影响较大,降低了诊断的准确度而使诊断得到的支路腐蚀程度降低。当腐蚀支路距离引外连接点较远时,对接地网腐蚀诊断的影响很小。

光伏电站接地网 篇9

关键词：变电站接地,垂直接地体,接地电阻

一、接地参数的外界影响因素的考虑

其一, 将接地装置的不规则形状进行适当的改变, 以便于进行数学分析。如将水平接地网用实心圆盘来代替, 然后进行适当的修正, 以考虑接地网的实际结构。

其二, 假设电流在接地系统的所有接地导体上均匀分布, 这与实际情况相差较远。对于大型接地网, 内部导体被外部导体屏蔽, 导致电流分布不均匀。

二、圆盘和圆环的接地电阻理论

若变电站的接地网所占面积A, 则当该面积内全部铺满钢材, 即地网成为一面积为A的金属板时, 其接地电阻可达最小值。反之, 把水平接地体减少到只剩一个勾划出地网轮廓的外框上时, 接地电阻将达到最大值。如果把变电站的地网所占面积用一等值的圆面积近似取代, 则地网接地电阻的最小值R1和最大值R2可分别用圆盘电极和圆环电极的接地电阻计算公式进行估算, 即:

undefined或undefined[圆盘接地电阻] (1)

undefined或undefined[圆环接地电阻] (2)

其中undefined

式中 h ——埋深, m;b ——圆盘、环的等效半径, m

d ——接地导体等效直径, m

取undefined, 代入上式, 可得地网接地电阻的最小值R1=0.435Ω;最大值R2=0.734Ω。也就是说, 即使我们把地网内全部铺满钢材, 接地电阻不过下降undefined, 这是因为内部的钢材被四周的轮廓所屏蔽, 电流绝大部分都是由四周的轮廓所散出的缘故。可见, 在地网内铺设很多钢材, 对降低接地电阻的效果是不大的。

由于R1和R2相差不太大, 所以在估算实际的网状接地极的接地电阻时, 可以用在R1的基础上加修正项△R的方法。略去埋深h的影响, 把式 (1) 简化为

undefined

这样, 实际网状接地电极的接地电阻可按下式估算

undefined

式中:L——接地体 (包括水平与垂直的) 总长度, m;undefined—— 面积为A的金属板的接地电阻;undefined——考虑到实际地网不是金属板而引入的修正项, 它比前一项要小很多。

式 (4) 也可进一步简化为:undefined[变电站接地网接地电阻估算公式];

也就是说, 当ρ=100Ω.m时, 为得到0.5Ω的接地电阻, 接地网的面积不能小于100×100 (㎡) 。

三、垂直接地体对地网接地电阻的影响

为了搞清垂直接地体对降低地网的总接地电阻的作用, 可比较一下圆盘接地体的接地电阻和带垂直电极的圆盘接地体的接地电阻, 作为圆盘下的垂直电极的长度a的垂直电极的接地电阻, 注意到垂直电极的长度一般不超过2.5m, 要比地网的等值半径小得多。因此, 这一厚度为a的圆盘可以近似为椭球体, 其短半径为a, 长半径为b。在由拉麦方法所得出的椭球体的电容计算公式中, 令θ=0, b=c, 即可求出该球体的电容为:

undefined

由此可得半个扁球体的接地电阻为:

undefined

比较式 (3) 和式 (7) 可知, 打许多密密麻麻的垂直接地体对降低接地电阻所起的作用不过为:

undefined

不同面积地网中垂直接地极对降低地网接地电阻所起的作用, 其中地网为方形由9根×9根、40㎜×40㎜扁钢水平排列组成, 垂直接地体为均匀分布的81根2.5m长接地体, 可见在大中型地网中, 垂直接地体对降低接地网工频接地电阻的作用很小, 约为3%～10%。

四、结语

光伏电站接地网 篇10

关键词：光伏电源,配电网,继电保护,影响

0前言

当今, 光伏电源并网发电以其独特的优势得到了人们越来越多的重视, 比如:它能够有效降低电网的损耗, 节省投资, 提高系统的可靠水平等等。但是也应该注意到, 光伏电源的接入, 原有的配电网供电模式会被打破, 形成新的供电模式, 在电网发生故障时, 故障点的电流会增大, 相应节点的短路水平会发生改变, 从而使得继电保护装置无法正常工作。现在社会逐渐在发展以新能源和可再生能源为主体的新型能源, 来代替传统的能源。而可再生能源中最为有潜力而且环保的要数光伏能源了, 光伏能源逐渐成为了目前世界上最为重要的新能源。

1 光伏能源的分布式电源形式接入电网的新政策分析

(1) 拓展光伏发电发展领域。鼓励各级地方政府在国家补贴基础上制定配套财政补贴政策, 因地制宜利用废弃土地、荒山荒坡、农业大棚、滩涂、鱼塘、湖泊等建设就地消纳的分布式光伏电站, 提倡分布式光伏发电与农户扶贫、新农村建设、农业设施相结合, 促进农村居民生活改善和农业农村发展。 (2) 加强光伏发电统筹协调。提出屋顶面积达到一定规模且适宜光伏发电应用的新建和改扩建建筑物, 要同步安装光伏发电设施或预留安装条件。 (3) 简便光伏发电备案程序。要求对个人利用住宅 (或个人所有的营业性建筑) 建设的分布式光伏发电项目。 (4) 完善光伏发电发展模式。明确利用建筑屋顶及附属场地建设的分布式光伏发电项目, 在项目备案时可选择“自发自用、余电上网”或“全额上网”中的一种模式。“全额上网”项目的全部发电量由电网企业按照当地光伏电站标杆上网电价收购。 (5) 明确分布式光伏电站界限。提出在地面或利用农业大棚等无电力消费设施建设、以35千伏及以下电压等级接入电网、单个项目容量不超过2万千瓦且所发电量主要在并网点变电台区消纳的光伏电站项目, 纳入分布式光伏发电规模指标管理, 执行当地光伏电站标杆上网电价。 (6) 创新光伏发电示范区建设。探索分布式光伏发电区域电力交易试点, 允许分布式光伏发电项目向同一变电台区的符合政策和条件的电力用户直接售电, 电价由供用电双方协商, 电网企业负责输电和电费结算。 (7) 健全电费结算和补贴拨付时限。要求电网企业按月 (或双方约定) 与分布式光伏发电项目单位 (含个人) 结算电费和转付国家补贴资金, 保障分布式光伏发电项目的国家补贴资金及时足额转付到位。 (8) 优化光伏发电融资服务。鼓励银行等金融机构结合分布式光伏发电的特点和融资需求, 对分布式光伏发电项目提供优惠贷款, 鼓励地方政府结合民生项目对分布式光伏发电提供贷款贴息政策等等。

2 光伏发电的优点

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。它具有常规火力发电系统所不具备的优势: (1) 无枯竭危险、安全可靠、无噪声、无污染排放。 (2) 不受资源分布地域的限制, 可利用建筑屋面。 (3) 无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电。 (4) 能源质量高, 对实现节能减排、可持续发展有重要意义。 (5) 建设周期短, 获取能源花费的时间短。同时微电网接入采用了电力电子技术实现的“柔性”接入, 其电源特征与常规的“旋转”发电机发电接入不同, 从而对常规的配电网继电保护带来影响。

3 光伏电源接入配电网对馈线继电保护的不利影响

近些年来, 我国的光伏能源规模和容量都在迅速的扩大, 也促使之前的单端配电网逐渐朝着多端方向发展, 这种转变可能会引起电网内故障电流的强弱、方向以及时间发生改变, 从而使得继电保护出现有误动或者是拒动现象。从这个角度上看, 对于光伏电源接入配电网中, 对馈线继电保护造成的影响研究是非常重要的, 电力企业需要在保证获取光伏电源的积极效益的同时, 最大化的降低其所造成的不良影响。

在国际电网公司采用的技术规范《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》中, 指出了当检测到电网侧发生短路时, 光伏电站向电网输出的短路电流应不大于额定电流的150%。

如果电网侧或者是馈线出现了任何形式的短路故障, 都需要迅速的切除光伏电源光伏电站。

在这种情况下, 光伏电站的接入只会对馈线的电流继电保护造成影响。然而在实际的电网系统运行过程中, 却更加的复杂化。因此, 我们应该想些其他方法来解决如何在光伏电源没有正常跳离配电网时, 又能做到配电网的保护。我们需要利用公式计算出短路电流的大小和方向, 进而分析在光伏电源的不同位置、不同流量接入对配电网馈线的保护和重合闸的影响。

3.1 光伏电源对馈线电流保护的影响

例如如果将1mwp的并网电站通过一台1mva升压变压器, 将其升压为10k V, 然后通过10k V馈线接到110k V变电站的某个10k V馈线接入系统中。未接入光伏电源时, 电流速断保护的速断方向以及低电压闭锁保护的控制字都是退出状态。当接入光伏电源后, 有些馈线电流就会相应发生改变, 同时产生的保护效果也会发生改变。当本线发生故障时, 由于故障电流仅是由电网提供的, 而与光伏电源无关, 因此此时光伏电源的接入对馈线的保护是没有任何影响的。

3.2 对馈线重合闸的影响

在根本上, 大多数配电网所出现的故障现象都是瞬时性的问题。在这个角度上看, 在配电网系统中采用重合闸能够有效地提升系统的稳定性, 同时还能够降低电网系统维护的工作量。在单端供电的配电网结构下, 对架空馈线都是用重合闸来实现瞬时故障的供电的, 这样便可以很好的保护配电网的正常运行了。但随着光伏电源的引入, 这个问题就不那么简单了。如果光伏电源与配电网之间的联络线在发生故障后跳开了, 那么光伏电源就不会影响重合闸对配电网的保护作用。

3.3 对备用电源的影响

通常来说, 主流电源在故障影响的情况断开时, 一般需要自动利用备用电源供电, 以不影响正常的供电工作。而光伏电源在使用中, 要求快速高效自动投入备用电源, 以期达到产生同期合闸的要求, 这样做的目的是为防止非同期合闸产生强大冲击电流, 而破坏配电网和光伏电源设备。

4 结束语

将光伏电源接入到配电网中, 能够提供大量的能源支持, 节省大量的化石能源, 改善了电力企业的供电水平。但是同时, 光伏电源的接入也对馈线继电保护造成了一定的影响, 和电源的容量、接入位置以及其他方面的因素都有着密切的联系。由于相当容量的光伏电源接入到不同位置的时候, 会产生差异化的效果, 极可能促进对馈线的保护, 拓展其保护的范围, 也很可能进一步缩小该范围。在这样的前提下, 电力企业员工需要采用相应的措施来保证光伏电源的接入能够加强馈线继电保护状态, 比如加装方向原件就是一种有效的措施。在光伏电源测电力人员也能够设置部分低频设备, 并且实行同期入网的方式, 能够避免对重合闸造成不良影响。总的来说, 针对于光伏电源接入配电网对馈线继电保护造成的各种影响, 电力企业需要进行全面深入的探索, 找到相应的解决措施, 不断的进行改正和完善, 使得光伏电源能够更好地为人们所利用。

参考文献

[1]刘健, 倪建立, 杜宇.配电网故障区段判断和隔离的统一矩阵算法[J].电力系统自动化, 1999 (01) .

[2]金兆杰.浅析当前低压配电网电压质量问题[J].华东电力, 1987 (04) .