一次接地网

一次接地网（共11篇）

一次接地网 篇1

电气一次主接地网质量的好坏对变电站的整体运行有很大的影响, 因此, 怎样提高接地网设计的科学性和实用性, 一直都是电力企业十分重视的问题。在进行接地网设计时, 电力企业要对变电站的实际情况进行全面的调查和分析, 并对电气一次主接地网的设计进行整体规划。在进行电气一次主接地网的设计时, 要确保变电站可以稳定运行, 并在此基础上不断提高设计的技术性, 使变电站的整体运行质量得到更深层次的提升。

电气一次主接地网是变电站优质运行的核心支持, 电力企业对于接地网的设计都非常重视, 但是在其设计的过程中还是会出现各种不同的问题, 比如说在设计资料收集阶段, 施工单位只给一张整体布置图和一些简单说明, 这导致设计存在较大的局限性, 其中一个重要的原因就是没有对入地电流和土壤的电阻率等数据进行计算, 也无法知道获取这些数据的办法。受这种条件的影响, 设计出来的地网电阻值的实效性是偏低的。但是如果把整体布置图作为竣工图纸交给运行单位也是不恰当的一种方式, 这是因为在实际的施工过程中变电站电气一次主接地网设计具有相对较大的灵活性, 在实践过程中必须做出相应的改变。

1变电站电气一次主接地网设计的基础工作

关于变电站电气一次主接地网设计的基础工作, 可大致分为以下两点, 第一, 收集接地网设计的相关资料, 其中包含设计参数与数据;进行设计的相关人员, 通过了解之前变电站的运行情况获取有价值的信息, 并在借鉴这些历史信息的基础上, 不断改进和完善接地网的设计;但在进行实际接地网设计时, 所需的信息量更大, 而历史信息仅仅能够代表以前的变电站运行情况, 为了提高其设计的科学性还必须进行一些测验, 这样才能提高接地网设计的质量。第二, 接地网的设计是多种多样的, 在进行设计时需要考虑设计的可行性;一旦存在某些信息不符合接地网的设计, 相关的工作人员就要依照具体情况, 在对信息进行反复审核后重新规划设计的技术指标。在进行指标的规划时要遵守相应的政策要求, 保证变电站电气一次主接地网设计的基础工作准确、高效进行。

2变电站电气一次主接地网的方案设计

变电站电气一次主接地网的设计方案应当结合变电站的实际情况以及接地网的整体分布情况, 准确的选择接地网的电阻率, 尽可能满足变电站的要求。下面以某大型电力公司为例, 研究该公司在接地网方面的设计方案, 首先, 这家公司在地极的设置上十分科学, 都是采用垂直布设的方式, 地极使用的是镀锌材质, 为了防止接地网存在某些漏洞, 该企业将地极的长度设为2.5m, 并根据接地网的具体位置对角度进行合理的调控, 垂直地极依照组别进行分布, 组与组之间的距离要求保持在5~7m, 绝对不能存在跨极分布的情况。其次, 该企业采取深井保护措施, 在变电站的四周设置深井, 并在井的内部放置钢管, 以此掌控地网的具体分布情况;最后, 将接地网和变电站连接起来, 特别要注重两者之间的设备连接是否到位, 避免接地网出现漏洞的现象。

3变电站电气一次主接地网的设计分析

在对电气一次主接地网进行设计时, 会涉及许多的项目, 以下主要对主接地线、勘测、技术和防雷这四个方面进行分析。

主接地线设计

作为接地网不可或缺的一部分, 主接地线的设计是否科学对变电站运行能力的高低有很大影响。进行主接地线设计最重要的目的就在于为变电站内的运行设备营造一个舒适的工作氛围, 避免某些干扰因素的存在。在主接地线的设计过程中, 要尽量减少能耗、提高工作效率, 尤其要注重减小变电站的整体运行面积, 确保运行高效、顺畅。

勘测设计

电气一次主接地网的现场设计是勘测设计主要内容, 在进行勘测的同时实施网络敷设。在对接地网进行设计时, 由于变电站环境因素的影响, 尤其是地质信息, 给接地网的设计带来了很大的困难。一般来说, 电力企业会把主要精力集中在勘测设计的电阻率分配问题上, 以此稳定接地网的电阻率, 进而延长变电站的使用寿命。由于接地网或多或少会受土壤所影响, 扰乱电阻率, 影响勘测设计的精准度, 因此电力企业必须依照变电站接地网的设计方法, 尽量减小土壤电阻率, 进而降低接地网的设计难度。较为常用的降低电阻率的方法有: (1) 由于砂质土壤的电阻率很低, 因此可以采用含沙量较大的砂质土壤取代含泥量较大的土壤, 这样做在一定程度上有助于更好的进行接地网设计; (2) 确定科学的勘测深度, 一般来说, 深层土壤较表层土壤的电阻率更低, 为了避免表层土壤给勘测设计带来负面影响, 应当选择适当的勘测深度; (3) 在进行勘测设计时, 应当适度的加设化学方式, 用地质元素间的化学反应来降低土壤本身的电阻率, 以此减小勘测设计的难度; (4) 外接法, 要是以上的措施都没有办法减小勘测设计中的电阻率, 那么就要使用外接的方法, 通过特定的金属线进行疏导, 将土壤中的电阻率进行分流。

技术设计

为了保证变电站拥有稳定的工作方式, 电气一次主接地网的设计必须要采用接地技术对变电站进行控制;技术设计的目标很明确, 就是确保变电站能够安全、准确的运行, 对电气一次主接地网进行技术设计, 不仅有利于提高应对突发事件的能力, 还能有效的减少触电、火灾等事故的影响。比方说:某电力企业在对接地网进行技术设计时, 使用接地装置进行连接, 共同形成接地体, 确保设备接地准确无误。该电力企业把技术设计分成了以下两种, 其一是自然设计, 利用连接接地网相关的设备, 使其自然转变为接地网, 相对于其他的技术设计方式来说, 自然设计拥有较高的的安全性, 对于提升接地网的质量优很大帮助;其二是人工设计, 该企业对这种设计方式的使用较少, 这是由于该方式需要进行很多的参数设计, 并且对技术指导存在一定的要求, 极易出现问题;只有在自然设计无法达到接地网的设计要求时, 才会选择使用人工设计, 把接地装置当做一个外置的导体, 放置到土壤中, 作为接地的物体。

防雷设计

电气一次主接地网有很强的保护功能, 在很多情况下它都能保护变电站免受雷电的袭击;由于变电站和接地网之间的构成十分特别, 因此极易遭受雷电的干扰。下面以某电力企业的电气一次主接地网设计为例, 重点研究该企业在防雷方面的设计。该企业之前采取的是电压防雷的方式。在接地网的进线处, 设置一些避雷装置, 在变电站的主变位置, 侧方牵引母线, 将母线当成避雷装置的保护伞, 以此保护变电站不受雷电的干扰, 但依旧无法达到防雷的目的。在进行防雷设计时, 要确定中性点所在何处, 只有这样, 才能确保避雷器的安装位置正确无误, 才能使防雷设计达到最佳的设计效果, 进而展现接地网设计的优越性。

具体方案的设计

就具体方案的设计分析, 必须仔细对现场的土壤电阻率数值和变电站复合接地的总体设计进行勘测, 同时在此过程中应用分析运算的方法来完成符合性接地布设。根据笔者多年的实际经验而言, 可以归结出具体的施工流程, 主要体现在以下几个方面: (1) 利用合理的辅助工具, 同时在现场挖掘接地极所必须的沟槽。 (2) 通过适合的工具把竖直接地极埋入地下。 (3) 把水平接地极尽可能低摆放好, 并将水平接地极埋置沟槽底。 (4) 将水平接地极与竖直接地极和其他敷设部分连接在一起。 (5) 在具体方案的设计过程中, 变电站中的各个重要电气设备必须与接地极进行多点式连接, 这是变电站中必须可少的一个环节。 (6) 接着, 在深井中将降阻剂导入。 (7) 最后进行沟槽回填, 保持作业地方的整洁。

4 结束语

提高电气一次接地网设计的科学性, 不仅可以使变电站的供配电环境得到很大的改良, 减少变电站事故产生的次数, 同时也有助于提高变电站运行的稳定性。电力企业应当对电气一次接地网的建设引起足够的重视, 逐步改进某些不合理的设计;此外, 进行设计的相关工作人员应当结合变电站的具体情况, 根据不同变电站各自的特点, 因地制宜的对变电站电气一次主接地网进行设计, 从而逐步提升设计方案的实用性和科学性, 促使变电站的运行整体效益不断提高。

一次接地网 篇2

摘 要 接地网等间距布置存在地电位分布不均匀的问题。在建 220 kV 新塘变电站采用了不等间距布置，即从地网边缘到中心，均压导体间距按负指数规律增加。运用 GPC 接地参数计算程序对两种方法进行分析和计算，结果表明接地网优化设计能显著地改善导体的泄漏电流密度分布，使土壤表面的电位分布均匀，提高安全水平，节省钢材和施工费用。

随着电力系统容量的不断增加，流经地网的入地短路电流也愈来愈大，因此要确保人身和设备的安全，维护系统的可靠运行，不仅要强调降低接地电阻，还要考虑地网上表面的电位分布。在以往接地设计中，接地网的均压导体都按 3 m，5 m，7 m，10 m等间距布置，由于端部和邻近效应，地网的边角处泄漏电流远大于中心处，使地电位分布很不均匀，边角网孔电势大大高于中心网孔电势，而且这种差值随地网面积和网孔数的增加而加大。本文结合在建工程 220 kV 新塘变电站的接地网设计，阐释了接地网不等间距布置的方法及其合理性。

变电站接地网缺陷诊断系统 篇3

摘要：针对接地网腐蚀诊断问题，主要开发了一套变电站接地网缺陷检测系统，简单介绍了接地网仿真软件CDEGS的功能及特点，并利用其中的MALZ模块对变电站接地网进行建模仿真计算。现场实验中通过向接地网注入激励电流源，测量接地网各支路数据，采用ARM9嵌入式系统处理数据，人机交互采用QT软件，将测量结果与CDEGS软件仿真计算的地表磁场分布结果进行对比分析，本系统可以准确检测接地网发生缺陷部位。endprint

摘要：针对接地网腐蚀诊断问题，主要开发了一套变电站接地网缺陷检测系统，简单介绍了接地网仿真软件CDEGS的功能及特点，并利用其中的MALZ模块对变电站接地网进行建模仿真计算。现场实验中通过向接地网注入激励电流源，测量接地网各支路数据，采用ARM9嵌入式系统处理数据，人机交互采用QT软件，将测量结果与CDEGS软件仿真计算的地表磁场分布结果进行对比分析，本系统可以准确检测接地网发生缺陷部位。endprint

摘要：针对接地网腐蚀诊断问题，主要开发了一套变电站接地网缺陷检测系统，简单介绍了接地网仿真软件CDEGS的功能及特点，并利用其中的MALZ模块对变电站接地网进行建模仿真计算。现场实验中通过向接地网注入激励电流源，测量接地网各支路数据，采用ARM9嵌入式系统处理数据，人机交互采用QT软件，将测量结果与CDEGS软件仿真计算的地表磁场分布结果进行对比分析，本系统可以准确检测接地网发生缺陷部位。endprint

一次接地网 篇4

本变电站的110k V配电设备以及装置是户外的中型设置, 布设在变电站的东面, 110k V输出线则从变电站的东面拉入站里;10k V的配电设备装置布设在变电站的西面, 并以双列布设的方式布置在综合楼的一楼, 采用中置式的高压开关柜;10k V小电阻的成套接地设备布设在综合楼一楼的高压控制室里;10k V集合式的并联电容器组则布设在变电站西南方向的户外空地处。110k V的侧电气主要接线是线路总变压器的基本接线。110k V的远期出线布设为三回, 本期出线布设为二回。主变压器110k V的中性点通过隔离开关等直接进行接地;10k V的中性点则通过小电阻进行接地。10k V的接线远期采取单母线的四分式接线, 出线则布设为36回, 本期则采用单母线两分式接线, 线布设为24回。无功补偿的远期容量是3×2×4000kvar, 无功补偿的本期容量是××kvar400022。

2 实地勘测

接地网是保证变电站能够安全稳定运行的重要的措施, 因此行业内的工程师都十分重视接地性能的设计。变电站的接地网不但可以给变电站里面所有的电气设备构建出公共安全的的参考地, 还可以在电力系统出现故障的时候, 把故障产生的电流直接快速的排到地下, 从而稳定的控制地网额定电位的具体数值, 确保相关工作人身以及电气设备的安全。所以科学合理的接地网设计在电力系统安全稳定的工作中至关重要。实地勘测具体分为:地形以及地质的勘测, 实际占地面积测量以及土壤电阻率的确定, 实地勘测时土壤电阻率的确定是关键环节。所以实地勘测也是接地网设计中不可或缺的环节。

2.1 确定土壤电阻率的必要性

土壤电阻率直接决定着接地电阻的大小, 同时其还影响着接地电阻是否能够满足系统的要求、接地系统的使用寿命与接地系统的配置和运行成本。土壤电阻率的数值对接地网的接地电阻有决定性作用, 同时还应满足接地电阻尽量小, 所以也就需要土壤的电阻率保持在比较低的数值。科学分析土壤以及确定土壤的电阻率是整个接地网设计中的核心环节。

2.2 土壤电阻率的影响因子

土壤所含导电离子浓度及含水量直接影响着土壤电阻率ρ的数值范围, 土壤里含有的导电离子浓度与土壤的导电性能正相关, 土壤的含水量同样也与土壤的导电性能正相关。各类土质的电阻率千差万别, 有时可以达到千万倍的差异。外界温度同样对土壤的电阻率也有着很大的影响, 通常情况下, 土壤的电阻率与外界温度变化方向相反, 也就是温度上升时电阻率下降, 温度降低时电阻率升高。土壤是否致密同样也影响着土壤的电阻率。另外土壤的电阻率还受到季节变化的影响, 不同季节里土壤的含水量以及温度差异很大。

2.3 实地测量数据

通过实地的测量, 施工现场的土壤电阻率是1100Ω·m, 属于较高的水平。综合分析深层土壤的实际情况与外界温度、湿度以及季节的综合影响, 我们将土壤电阻率1100Ω·m暂时确定为后续运算的基础。实际测量到地下15m处的电阻率是125.6Ω·m, 地下35m处的土壤电阻率是100Ω·m。按照上述实地测量的数据进行推算, 我们认为地下35m以下的土壤电阻率将会更低, 于是就采取土壤电阻率100Ω·m来做后续运算的依据。

3 减小土壤电阻率的方法

(1) 更换土壤。用电阻率相对低的黑土及砂质粘土换掉原高电阻率土壤。通常要更换接地体上面1/3左右长度、四周0.5米左右土壤。 (2) 增加埋入深度。一旦出现接地点深处土壤电阻率低的情况, 就应将接地体深埋。这种做法能避免因土壤结冰及干旱而提高电阻率。 (3) 外引接地处理。借助金属引线把接地体埋在周边土壤电阻率相对低的地方。 (4) 化学处理。将炉渣等掺入接地点处土壤里, 还可使用专业的化学降低电阻剂, 这样也能降低现场土壤的电阻率。 (5) 保土。利用适当方法使接地点处的土壤长时间保持湿润。 (6) 处理冻土。冬季时向接地点处的土壤里添加泥炭, 避免土壤出现冻结的情况, 也可以把接地体埋入建筑物底下。

4 具体方案的设计

按照变电站复合接地体的总体设计以及现场勘测的土壤电阻率数值, 经过仔细运算和分析, 如果按照通常做法进行布设复合接地体的话, 无法满足接地电阻应该低于0.5Ω的设计要求, 一定要附加接地深井才能达到要求。设计团队整体分析了实际接地电阻、现场地质与地形等条件, 设计了如下方案: (1) 在接地网四周与均压网里布设105组竖直接地极。各组竖直接地极使用1条∠50mm×50mm×5mm, 长度为2.5m的镀锌角钢组建。各组接地极的距离大约是6m, 用来排出电流以及减小接地电阻, 还能够避免跨步电压以及接触电压的产生。 (2) 在变电站的周边打6眼深35m的井, 在各井中打进1条半径是125mm、长度是35m、外壁厚度是8mm的镀锌钢管, 总计6条。同时, 在井内布设降阻剂用来减小接地电阻。 (3) 水平接地网使用半径是9mm的镀锌圆钢, 彼此间距是5m至11m之间, 总计903m。 (4) 接地系统和变电站的关键设备实行多点相连, 同时还需要和自然接地极彼此连接。

5 具体的施工流程

(1) 首先挖掘接地极需要的沟槽, 在挖沟的时候应科学使用辅助工具, 沟槽的深度应大于0.8m。 (2) 借助适当的工具把竖直接地极埋入地下, 深度在3m上下。对于35m的深井布设的接地, 需要使用钻机进行打孔之后再将接地极埋入孔中。 (3) 把水平接地极埋入沟槽里, 摆放整齐并置于沟底。 (4) 把水平接地极与其他部分紧密连接, 再和竖直接地极紧密连接。 (5) 在变电站里和各核心电气设备进行多点连接。 (6) 在深井里灌入降阻剂。 (7) 将土回填, 夯实、清理干净。

结语

一次主接地网施工过程要以降低工程量、节省资金投入、保证设计与施工安全为原则。本变电站至今所有设备运行良好, 各技术指标也符合相关规范及设计的要求, 证明设计是成功的, 可以保证变电站运行安全、稳定以及经济效益。

参考文献

[1]高亮.电力系统微机继电保护[M].北京:中国电力出版社, 2007.

一次接地网 篇5

【关键词】配电网；两相接地短路；故障定位；供电恢复

电力事业关乎民生福祉，在经济发展的不断加快的背景下，各行各业对于供电质量的要求也越来越高【1】，保证供电稳定是电力系统的工作基础。两相接地短路是一种较为常见的配电网故障类型，以下本文就以两相接地故障作为研究对象，对其故障定位与供电恢复展开探讨，具体如下。

1. 两相接地短路的故障定位

1.1 两相接地短路故障

当配电网某一区域出现两相接地故障时，会出现以下几种故障表现。

1.1.1母线零序电压发生变化，升至阈值以上【2】。

1.1.2出现接地短路故障的两相，接地点上游区域的开关会通过通过电压变化后发生相应改变的故障电流。

1.1.3接地点上游区域的开关或断路器会因故障电流出现跳闸断路，使故障电流被阻断。

1.2故障定位

首先，调动定位程序。假若该配电网主要是以中性点非有效接地的开关运行为主，如果出现上述三种情况，我们可以判断其由于两相接地短路而导致故障出现。因此，我们可以采用两相接地短路故障定位系统来实现故障位置的定位。其次，短路区位的判断。倘若该配电网主要是以中性点非有效接地为主，当其处于开环情况下，发生了m、n两相接地短路，其中，m和n在上述三种情况范围中，那么，m相接地存在以末端检测到m相过流开关在端点的下方，我们可以根据m相的接地位置来判断出n相的接地位置【3】。例如，在接地故障中，由于只具备一个开关S1，A也只能通过a相过流，那么我们就可以得知，该系统中出现短路故障的是a，具体方位在A端点下方，也就是ABC三者相接的位置。

1.3 故障信号的收集

要想对上述故障位置进行中正确的判断，我们可以通过加大相关故障信号、信息收集和整理的方式得以实现。首先，借助地调自动化系统，对相关信息进行传播，例如，断路器运行信息、保护动作信息以及零序电压信息等。此外，为了实现信息的传播，还要把馈线终端单元以及故障指示设备等装置面向配电自动化系统。例如，对电路的分流状况以及设备开关状况等进行检测。目前，投建应用的配网自动化系统一般只是在出现线路故障监测的方位安置两相电流互感器，并且，原始的配网线路终端过流信息执行的分类报告开始被合并过流信息上报所取代，而这种现象的出现就很容易导致两相接地出现短路故障。

2.两相接地短路故障的供电恢复

2.1两相接地短路故障隔离

当两相接地出现短路故障之后，即使有一些断路器出现了跳闸，然而，却没有把接地故障控制在一个狭小的范畴内，因此，为了实现两相接地短路故障隔离，需要配电自动化主站结合两相接地出现短路故障的具体方位，应用远程调控的方式进行故障控制。为了构建一个安全的接地故障隔离地带，我们只要把该地带的全部开关进行切断即可【4】。按照有关流程，在允许的情况下，把中性点非有效接地的配电网利用单相接地方式进行运作，但是在此期间，会给其他两相对地电压带来一定的影响。所以，在允许单相接地运作的情况下，2处接地区域只要对其中一个进行隔离就可以，但是要隔离哪一个，要结合实际情况，采用合理的方式进行隔离。针对在进行单相接地状态运行时，因为出现对地绝缘击穿的现象，使得两相接地出现短路故障的情况下，则坚决不可以进行单相接地运行，同时还要把2处接地区域进行隔离处理。

2.2两相接地短路故障的供电恢复策略

两相接地短路故障的供电恢复原则，是确保受到影响的符负荷能够及时的恢复供电。

2.2.1不允许单相接地运行的情况。

不允单相接地运行的情形，主要的目的是为了获得供电恢复，其开关主要的操作顺序如下所示：

步骤1：在开关操作前，首先要分析每个开关所处的状态，是并且把分析的结果储存在W1和W2当中，用wij=0（i=1，2），开关j处于分闸的状态，用wij=1（i=1，2）表示开关j处于闭合状态。

步骤2：把隔离2处对应的开关W1和W2处于分闸的状态，并且把相對应的需要分闸的开关放在操作队列SW当中，以便区分开关的实际状况，提高开关操作的效率，避免误操作出现，造成不要的损失【5】。

步骤3：如果有原电源恢复供电的处于失电状态的健全区域，那么相对应的开关就要处于闭合状态，同时把是需要合闸的开关按照恢复受负电荷的大小的顺序，存放在待操作开关当中。

步骤4：如果不能由原电源恢复供电的受影响区域和其他馈线之间存在相关的联络开关，那么就把这些开关在W2中对应的状态就是闭合状态，如果由原电源恢复供电的受影响区域并且和其他馈线之间不存在相关的联络开关，那么就输出开关操作队列，并推此次执行命令。

步骤5：如果在运行过程中存在闭环的状态，那么在环路上就要选择分闸后会造成孤岛现象的开关，并且在W2中对应的位置进行分闸，一直到闭环状态消失才能进行接下来的步骤。

步骤6：如果两相接地短路故障的馈线，不能有原来的电源恢复供电，相应的配电子路在红就需要进行网络重构，并根据网络重构的具体情况进行选择W2开闭状态。

步骤7：如果W1和W2中的开关存在差异性，那就继续采用步骤6中的方法制定二者之间没有差异性，将排列好的待操作开关按顺序放入开关操作队列SW中。

步骤8：输出开关操作队列SW并退出。

2.2.2允许单相接地运行的情况。

允许单相接地运行的情形和不允许单相接地运行的情形相比其操作步骤就比较简单，如果不允许单相接地运行的情形，为了获取供电恢复策略可以进行以下几个步骤。

步骤1：获取当前开关的状态，并存在W1和W2当中，在这一过程中存在单相接地区域，就处理的方法就和2.2.1中步骤1的处理方法相同。

步骤2：随意选择一个接地区域，把步骤1中得到的W1和W2中对应的状态设置成分闸，并放入开关队列当中。

步骤3：执行2.2.1节中的步骤3—步骤7，得出一种供电恢复方案及开关操作顺序，将排列好的待操作开关按顺序放入开关操作队列SW1中，其需要甩去的负荷为L1，电源点的最大载流量为I1。

步骤4：选出另一处接地区域，开关在W1和W2中对应的状态设置为分闸，并将相应的待分闸开关放入开关操作队列SW2中。

步骤5：执行2.2.1中的步骤3—步骤7，得出供电恢复方案及开关操作顺序，将排列好的待操作开关按顺序放入开关操作队列SW2中。

步骤6：如果L1和L2存在差异，并不相同，那么可采用甩去负荷少的方法作为恢复供电的优先策略，并以相应的开关进行操作。如果L1与L2相同，那么就比较两者电流，以电源点最大截流较小的方式恢复供电，并以相应开关操作。

3.结束语

综上所述，配电网的两相接地故障类型并不唯一，具体的表现也不尽相同，因此供电恢复方案应当根据不同的实际情况进行操作。

参考文献

[1]周封，朱瑞，王晨光，王丙全，刘健. 一种配电网高阻接地故障在线监测与辨识方法[J]. 仪器仪表学报，2015，03：685-693.

[2]王科，石孝文，邹文平，罗标，李泽冰，张占龙. 一种基于概率预估的配电网线路短路及接地故障定位系统[J]. 电气自动化，2013，05：73-75.

[3]郑日红，顾秀芳，韩如月，王飞，邓国栋. 配电网短路故障分析及其识别方法研究[J]. 工矿自动化，2012，04：23-29.

一次接地网 篇6

本报告从技术角度比较分析了镀铜接地网和钢接地网的特点。

1 技术比较

1.1 性能比较

分别从导电性、热稳定性、耐腐蚀性等方面比较铜接地体与热镀锌钢接地体的差异。

1.1.1 导电性能

铜和钢在20℃时的电阻率分别是17.24×10-6(Ω·mm)和138×10-6(Ω·mm)。若以铜的导电率为100%，标准1020钢的导电率仅为10.8%，因此铜的导电率是钢的10倍左右。而30%导电率镀铜钢线导电率为30%,40%导电率镀铜钢线导电率为40%，均远较钢接地体好。尤其是在集肤效应下，高频时镀铜钢绞线导电性能远远优于钢材。即，铜接地体导电性能较钢接地体好。

1.1.2 热稳定性

铜的熔点为1083℃，短路时最高允许温度为450℃;而钢的熔点为1510℃，短路时最高允许温度为400℃。因此，接地体截面相同时，铜材热稳定性较好。同等热稳定校验条件下，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。

1.1.3 耐腐性

接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，在多数情况下，这两种腐蚀同时存在。铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10～1/50，而且电气性能和物理性能稳定。

铜的表面会产生附着性极强的氧化物(铜绿)，对内部的铜有很好的保护作用，阻断腐蚀的形成。钢材是逐层腐蚀，镀锌层具有一定的抗腐蚀性，但是作用非常的有限。

钢接地体接头和钢接地体本身在腐蚀的过程中会出现点腐蚀情况，钢材点腐蚀的速度是均匀腐蚀速度的4～60倍，正是由于点腐蚀的存在，所以无法通过增加钢接地截面积的方式来增加其使用年限;铜不存在点蚀情况，寿命较长。

可见，铜接地体的耐腐性显著优于钢接地体。

1.1.4 镀铜接地体施工方便

水平主网采用镀铜钢绞线，由于镀铜钢绞线柔性好，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易。镀铜钢线的高机械强度，使其能够成卷供货，便于机械化施工。搭接处采用放热焊接，操作方便，加快施工进度，节省人工费用，简化施工工艺，更重要的是保证了镀铜钢接地网的连接质量。

综上所述，镀铜钢接地体与热镀锌钢接地体相比，镀铜钢接地体在导电性能、热稳定性能、耐腐蚀性、接点焊接质量和施工便利方面有显著的优越性。

1.2 接地体连接方式

变电所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。

1.2.1 钢接地体的连接方式

目前，钢接地体之间的连接均为传统的电弧焊接方式，高温电弧会破坏接地体接头部位的镀锌层，有可能导致点腐蚀的出现，严重影响接地体的寿命。此外，电弧焊接连接不是真正的分子性连接，焊接点对于接地体的导电性能也有影响。

由于以下原因，所以钢接地体的连接不宜采用放热焊接方式。

1)大型、非标模具制造困难，造价高;2)焊药用量大;3)由于钢接地体本身防腐性能差，焊接质量的提高意义不大;4)焊接数量多，费用太高。

1.2.2 铜接地体的连接方式

目前铜接地体主要有以下两种种连接方式：

1)铜银焊连接法。扁铜条与扁铜条之间、扁铜条与裸铜绞线之问、裸铜绞线与裸铜绞线之间的连接都可以使用铜银焊连接法，常用的铜银焊接有乙炔焊、电弧焊等，但焊接都只是表面搭接，内部并没有熔合，接头不致密，性能只比压接和螺栓连接略好，焊接接头的性能还要取决于操作技术工的熟练程度，特别是铜焊，即使是持有特殊工种上岗证，也比较容易出现一些焊接缺陷，无法从表面观察合格与否。使用铜焊时，尤其是大截面导体的铜焊，对于现场的操作和施工环境有比较高的要求，但是电力工程接地系统都是在野外，施工环境恶劣，无法满足铜焊所需的焊接环境。基于以上原因，铜银焊连接法在电力工程接地系统实际施工中很少应用。

2)放热焊接连接法。放热焊接利用活性较强的铝把氧化铜还原，整个过程需时很短(仅数秒)，反应所产生的热量足以使被焊接的导线端部融化形成永久性的分子合成。铜基放热反应的一般公式是：

放热焊接接头的特性：

1)外形美观一致;

2)连接点为分子结合，没有接触面，更没有机械压力，因此，不会松弛和腐蚀;

3)具有较大的散热面积，通电流能力与原导体相同;

4)接头电阻低，能承受故障大电流冲击，不至熔断。

放热焊接可以完成各种导线间不同方式的连接，如直通型、丁字型、十字型等;还可以完成不同材质导线的连接。这种焊接方式操作简单、焊接速度快，而且接头的耐腐蚀性好、电阻低、连接可靠，在国际上获得了大规模的应用。

放热焊接的优点：

1)焊接方法简单，容易掌握;

2)无需外接电源或热源;

3)供焊接用的材料、工具很轻、搬动方便;

4)焊接速度快捷，节省人工;

5)从焊接头的外观上便能鉴定焊接的质量;

6)可用于焊接铜、铜合金、镀铜钢、各种合金钢，包括不锈钢及高阻加热热源材料。

在国外，放热焊接已通过UL标准严格论证，并被IEEEStd80大纲等规程中指定为接地导体的连接方式。

综上所述，放热焊接是铜接地体的理想连接方式，方便快捷的操作、优秀的焊接质量是其他连接方式不可实现的。正是因为具备这样可靠、牢固的连接方式，铜接地体的性能比钢接地体更胜一筹。

1.3 接地点布置

采用镀锌扁钢设计的接地网，考虑到扁钢会锈蚀，为保障可靠的接地，按《二十五项反措要求》：变压器中性点应采用双接地引下线、重要设备及设备构架宜采用双接地引下线，且应接入主接地网的不同网格。

采用镀铜接地网后，由于可以忽略接地引下线的腐蚀、增强了引下线的热稳定性，因此对于除变压器中性点以外的接地引下线建议选用单接地引下线，不仅能够满足接地可靠性要求，还能够降低投资。

1.4 综合比较

综上所述，变电所的镀铜接地网方案的技术性优于钢接地网方案。

2 结论

本报告从技术性方面对镀铜钢接地方案、钢接地方案进行比较、分析，通过相关研究得到以下结论：

镀铜地网相对于钢接地网的优点：

1)镀铜地网相对钢接地网具有：导电性能优、热稳定性能好、耐腐蚀能力强、施工方便、寿命长、投运后检验维护工作量少、无污染等优点。2)采用镀铜地网，设备引下线的截面仅为250mm2，水平接地体截面仅为150mm2;相对于采用镀锌扁钢的接地网，接地体的截面大为减小，使施工成本和施工难度大幅度降低，加快了工程建设周期;3)镀铜地网采用放热焊接，确保连接点为分子结合、无腐蚀、无松弛、导电能力和原导体保持一致。并且放热焊接操作简单快捷简单，焊点美观可靠，是真正可靠、牢固、永久的连接。4)镀铜钢绞线都可以成盘或成卷供应，仓促和运输方便，并且可以连续的铺设，导体间连接点更少。相对6米/根的扁钢接地体，施工的速度更快，连接点更少，地网系统更可靠、稳定。

一次接地网 篇7

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。

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一次接地网 篇8

随着大容量、高电压电网的不断出现,系统接地电流越来越大,发变电站接地网上电位升越来越高。为保证设备及人身安全,对接地网的可靠性提出了更高的要求。而接地网接地电阻的测量结果往往受诸多因素影响,因此减小各干扰因素的影响对准确测量接地网接地电阻至关重要。

1 对发变电站接地网接地电阻的要求

接地装置的接地电阻包括接地网对地电阻和接地线电阻两部分,其值等于接地装置对地电压与通过接地极流入地中电流的比值,它与土壤特性及接地网的几何尺寸有关。为了保证短路电流及雷电流的安全疏散,要求接地网的接地电阻值较低。有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电所电气装置保护接地的接地电阻应满足[1]:

式中,R为考虑季节变化的最大接地电阻,Ω;I为计算用的流经接地装置的入地短路电流,A。

2 接地电阻的测量

2.1 试验方法

采用传统的工频大电流法时,试验频率易受外界干扰,仪器不能够准确采集试验信号。为了减小测量误差,必须加大试验电流,以提高信噪比。当大型地网接地电阻很小而外界干扰较大时,工频大电流法测试结果的可信度大为降低[2]。文献[3]分析了大电流法和异频法对同一500kV变电站接地电阻的测量结果,表明异频法测试结果重复性好、可信度高。

异频法采用偏离工频的异频电流信号,分别用高于和低于工频的电流各测量一次,然后换算至工频时的电阻值。由于电流频率不一致,现场的电磁环境对测试结果的干扰大大降低[4]。异频测试技术的核心是有效消除外界干扰,完整提取试验信号。试验信号频率偏离工频较远时,消除外界工频干扰比较容易。

2.2 试验设备

异频法测量接地电阻的设备主要由大功率信号源、耦合变压器、可调频万用表组成,与大电流法相比,具有试验设备轻便、频率可调、信号源稳定、抗干扰能力强等优点。

2.3 测试结果分析

表1为某2×600MW火力发电厂接地网接地电阻的测试结果,电流极与地网边缘的距离为3 000m,注入电流为5A。

由表1可见,电压极位置在1 800m时,变化率最低,即DL/T 475—2006《接地装置特性参数测量导则》所述的曲线平坦处(零电位点),该接地网接地电阻值为0.131Ω。

测试中应当注意以下几个问题:

(1)电流极与接地网边缘的距离dGC应为被试接地网最大对角线长度D的4～5倍,远距离放线有困难时,土壤电阻率均匀地区dGC可取2D,土壤电阻率不均匀地区可取3D。

(2)由于受现场地形影响,电压极与电流极成角度布线存在困难,因此同路径布线时应使电流极、电压极引线间距保持在10m以上,以达到减小导线间互感的目的[5]。

(3)不宜只在0.618dGC处选取电压极,须在0.618dGC处每隔5%dGC从正反两个方向验证零电位点(测点一般大于5个),测试中通过移动电压极来测试不同点,并绘制接地电阻变化趋势图。

3 影响测量结果的因素

3.1 土壤潮湿情况

接地电阻的大小与土壤潮湿程度密切相关。土壤潮湿时,电阻率较低,扩散电流在地表形成的电压值较低,接地电阻测试值会低于真实值,因此应用一个合适的季节系数进行修正。接地网接地电阻的测试应尽量在土壤干燥的情况下进行,避免在雨后等土壤潮湿的情况下进行。

3.2 接地网的规格和尺寸

理论上接地极的无穷远处才是零电位点。文献[6]建议电流极要地网边缘的距离为地网最大对角线长度的4～5倍。当dGC太短时,测得的接地电阻值不存在平坦段,无法得到真实接地电阻值。某水力发电厂2008年接地网接地电阻测试值为0.272Ω,dGC为1 200m,2011年测试值为0.578Ω,dGC为2 000m。两次测量结果不同是由对地网大小的认识不一致造成的,所以正确认识接地网大小,准确计算接地网对角线长度,对真实、正确测量接地网接地电阻至关重要。

3.3 线路避雷线、杆塔与接地网相连

许多发电厂、变电所运行时,接地网往往与线路避雷线相连,以增加疏散短路电流的能力。基建施工中,施工人员也常将主接地网与线路终端杆塔的接地连接在一起。试验接地电阻时,建议断开主接地网与线路避雷线、杆塔的连接,以得到真实的接地电阻值,否则,会从测试结果得出接地网运行良好的假象,给电网安全稳定运行埋下隐患。

3.4 大地的集肤效应

大地对电流的集肤效应表现为频率越高,电流在地中的穿透能力越弱,越接近地面,电流密度越大。集肤效应使测到的接地电阻附加了一个与测试频率有关的阻抗分量,其附加电阻与被测接地装置和电流极间的距离及电源频率成正比[7]:

式中,f为电源频率,Hz;S为电流在地中流过的距离,m。

设频率为45Hz,电流极距离dGC为2 000m,则附加电阻为0.09Ω。大型接地网接地电阻设计值往往较小,一般小于0.3Ω,附加电阻会给接地电阻的测量带来较大误差。

3.5 金属管道、构筑物

使用电位降法测量接地电阻时,如果在电压极移动路径上存在与之平行的金属管道或构筑物形成的接地网,那么绘制出的接地电阻曲线会在金属管道、构筑物形成的接地网距离范围内出现非常平坦的部分,该部分与整个曲线的连接是有不连续性的。依照选择曲线上平坦段对应的电阻值作为地网的接地电阻的原则,则会得出不真实的接地电阻值。在2011年对某2×300MW火力发电厂接地网接地电阻进行测量时,先后于不同布线方向测得电阻值0.627、0.341Ω。经了解,后一次测试时电压极移动路径上埋设有金属引水管道。所以,合理选择布线路径,避开地下金属管道、构筑物地网是正确测量接地电阻的必要条件[7]。

3.6 长距离导线间的互感

由于受地形的限制,电流极、电压极往往不能实现三角形(两者夹角为30～45°)布线。而直线布线由于电压线与电流线的长距离平行,两者间的互感会使测试结果产生一定误差。文献[5]以平行距离为1km、相距2m的架空线为例,取土壤电阻率为5 000Ω·m,互感为j0.499Ω,假设接地电阻实测值为0.5Ω,加入互感影响后的实际值为0.707Ω,增幅41%。在实际操作中,应当使电压线、电流线的距离保持10m以上,避免穿越交叉[2,7]。

3.7 外界电磁环境

大电流法为减小电磁干扰往往采取增大测试电流、倒相等措施。异频法测试的外界干扰主要有谐波电流引起的电压极测量引线上的干扰电压和地中干扰电流的压降[8]。为消除电压测量引线上的干扰电压,现场布线时要尽量避开高压输电线路,避免与之长段并行,与之交叉时垂直跨越[6]。

4 结束语

(1)与工频大电流法相比,异频法能够消除工频干扰,减小测量误差,提高测试结果的准确性。

(2)测量接地电阻时,应对零电位区域进行验证。选择0.618dGC作为电压极,须每隔5%dGC从正反两个方向验证零电位点(测点一般大于5个)。

(3)布线过程中应考虑互感影响,电压线、电流线须“各行其道”,布线应避开引水管道、构筑物形成的接地网。

参考文献

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一次接地网 篇9

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。

一次接地网 篇10

关键词:10kV配电网 中性点 接地方式

中图分类号:TM862 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0059-01

10kV配电网中性点接地方式是一个涉及电力系统各个方面的综合性问题,它与供电可靠性、人身安全、设备安全、继电保护、绝缘水平,过电压保护、电磁兼容、经济性等问题有密切关系,对电力系统的设计与运行有着重大影响。10kV配电网安全可靠供电要求高,其供电电缆化程度不断提高,电容电流不断增大,这都需要我们对其中性点接地方式进一步进行分析探讨。10kV配电网的中性点接地方式存在多种形式,各有利弊,所以需要寻求适合电网特点的安全可靠、经济合理的中性点接地方式。

1 三种不同接地方式

10kV配电系统中,中性点的接地方式基本上有三种:中性点绝缘接地方式、中性点经小电阻接地方式和中性点经消弧线圈接地方式。这三种接地方式各有优缺点,特别对于小电阻接地和消弧线圈接地方式孰优孰劣问题,一直存在不同的观点。

1.1 中性点不接地

中性点不接地方式是10kV配电网采用得比较多的一种方式。中性点不接地系统发生单相接地故障时,一般认为其接地电流很小,若是瞬时故障,一般能自动熄弧,非故障相电压升高不大,不会破坏系统的对称性,故可带故障继续供电2h,从而获得排除故障时间,相对地提高了供电的可靠性。但是在发生弧光接地时,电弧的反复熄灭与重燃,由于对地电容中的能量不能释放,造成电压升高,从而产生弧光接地过电压或谐振过电压,其值可达很高的倍数,对设备绝缘造成威胁。特别是新建110kV变电站一般采用10kV电缆出线,至变电站外再登杆的形式,出线数较多、线路较长时,单相接地电容电流已比较大,若仍采用本期中性点不接地,对安全运行存在一定隐患。

1.2 中性点经小电阻接地

中性点经小电阻接地方式,即在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻,该方式可认为是介于中性点不接地和中性点直接接地之间的一种接地方式,世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式。采用此种方式,用以泄放线路上的过剩电荷,来限制弧光接地过电压。中性点经小电阻接地方式中,一般选择电阻的值较小(工程上一般选取10～20Ω)。在系统单相接地時,控制流过接地点的电流在10～500A之间,通过流过接地点的电流来启动零序保护动作,因此可快速切除线路单相故障。中性点经小电阻接地的特点有:(1)中性点经小电阻接地系统可以配置零序过流或限流速断保护。当系统发生单相接地故障时,故障线路的零序保护可在(0.5～2.0)sec切除故障。根据电网的运行经验,零序保护动作准确率在95%以上,可及时切除故障线路。(2)由于电阻是耗能元件同时也是阻尼元件,相当于在谐振回路中串接一个阻尼电阻,由于电阻的阻尼作用,可以限制谐振过电压的形成。试验表明,当接地电阻值R≤1500Ω,基本上可以消除系统内的各种谐振过电压。(3)在中性点不接地和经消弧线圈接地的系统中,健全相的过电压水平可超过3倍相电压,对设备的的绝缘水平造成一定的危害。在小电阻接地系统中,当接地电弧第一次自动熄灭后,系统的对地电容的残余电荷将通过小电阻及时泄放,因此过电压幅值不高,不会产生很高的过电压,健全相的过电压低于3倍相电压,因此一般不会危及设备的绝缘。(4)有利于降低操作过电压,中性点经小电阻接地的配电网发生单相故障时,零序保护动作,可准确并迅速地切除线路的故障。如果发生单相接地故障的线路是架空线路,由于架空线路发生单相接地故障较多,在故障跳闸后,线路还将重合一次,根据运行经验和实测表明,无论重合闸是否成功,线路重合过程中不会引起明显的操作过电压。(5)采用中性点经小电阻接地,当系统发生单相故障时,无论故障是永久性还是非永久性的,故障线路均跳闸,因此线路跳闸次数较多;当架空绝缘导线断线,裸导线断线接触的是沙砾、沥青、混凝土等干燥地面时,由于接地电流小,零序保护由于灵敏度原因可能不动作,会导致一定程度的安全事故。

1.3 中性点经消弧线圈接地

消弧线圈是一个装设于配电网中性点的可调电感线圈,当电网发生单相接地故障时,其作用是提供一个感性电流,用来补偿单相接地的容性电流。采用中性点经消弧线圈接地方式,在系统发生单相接地时,利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿,使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围,因接地电流电容电流得到补偿,单相接地故障并不发展为相间故障,按规程规定系统可带单相接地故障运行2h。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性,高于中性点经小电阻接地方式。中性点经消弧线圈接地的特点有以下几点。

(1)故障点接地电弧可自行熄灭,提高了供电可靠性。由于消弧线圈的感性电流对故障容性电流的补偿,使单相故障接地容性电流在10A以下,因此接地电弧可以自行熄灭并避免重燃。(2)可降低了接地工频电流(即残流)和地电位升高,减少了对低压设备的反击以及对信息系统的干扰。(3)传统的消弧线圈需要人工进行调谐,不仅会使电网短时失去补偿,而且不能有效地控制单相接地的故障电流。自动跟踪补偿消弧线圈装置则能够随电网运行方式的变化,及时、快速地调节消弧线圈的电感值,当系统发生单相接地时,消弧线圈的电感电流能有效地补偿接地点的电容电流,避免了间歇性弧光接地过电压的产生。

2 中性点接地方式的优化选择

配电网中性点接地方式是一个涉及到电力系统许多方面的综合性的技术问题,在选择中性点接地方式时,必须考虑电气设备和线路的绝缘水平,继电保护的灵敏性和选择性,供电的可靠性,以及对通信系统的干扰。综合以上分析,在配电网建设中涉及中性点接地方式的选择,可以按如下原则:中性点不接地方式对于10kV配电网具有运行维护简单、经济,单相接地时允许带故障运行2h,供电连续性好,接地电流仅为线路及设备的电容电流等优点,但该方式对于电网电容电流及负荷水平有严格限制,超过一定数值将引起电弧接地过电压,因此使用范围有限。中性点经小电阻接地能快速切除故障,过电压水平低,不易发展谐振过电压,可采用绝缘水平较低的电缆和设备。可采用金属氧化物避雷器减少绝缘老化,提高电网及设备可靠性,减低火灾事故概率。但应考虑供电可靠性要求、故障时瞬态电压和电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求、本地的运行经验等。对于电缆和架空线路混合的配电线路,接地故障发生在架空线路部分则非永久性故障的可能性较大,发生在电缆部分则大多为永久性故障,这种网络的电容电流较大,应采用中性点经消弧线圈接地方式,补偿后单相接地故障的电流应小于10A。并应优先采用自动跟踪补偿消弧线圈,对于非连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈,其脱谐度应小于5%,对于连续调节的自动跟踪补偿消弧线圈,其脱谐度应小于2%。

3 结语

高速铁路接地网施工技术 篇11

1 综合接地网构成基本要求

桥梁、隧道、接触网支柱基础等结构物内的接地装置优先利用结构物中的非预应力结构钢筋作为自然接地体;当无结构钢筋可利用时, 可增加专用接地钢筋;当自然接地体的接地电阻达不到要求时, 增加人工接地体。为防止对预应力钢筋的影响, 预应力钢筋不能接入综合接地系统。

综合接地网要求桥上各专业设备与大地良好连接, 防止桥墩台电流弥留, 在综合接地系统中, 建筑物、构筑物及设备在贯通地线接入处的接地电阻不大于1Ω。

接地端子的设置便于设备、设施就近接入综合接地系统, 并有利于工程的实施。接地端子尽量根据设备、设施的接地需要来确定设置里程。接地端子直接灌注在电缆槽或其他混凝土制品中, 并配置防异物堵塞的端子孔塞, 方便开启。

接地装置通过结构物内预埋的接地端子与贯通地线可靠连接。接地连接线宜采用不锈钢连接线, 由钢丝绳、2个线鼻以及2个配套的防盗螺栓 (每个螺栓上配一个平垫圈和一个弹簧垫圈) 组成。

结构物内的接地钢筋之间均要求可靠焊接, 保证电气连接。贯通地线的接续、横向连接和T形分支引接采用铜质C形压接件进行连接;电缆槽内贯通地线与接地端子间的连接采用L型连接器连接。C形压接压力不小于12 t, 并且C形压接处采取防腐措施。接地钢筋焊接要求双边焊搭接长度不小于55 mm, 单边焊搭接长度不小于100 mm, 焊缝厚度不小于4 m m。钢筋间十字交叉时采用直径16 mm的L形钢筋进行焊接。

贯通地线要求尽可能直, 禁止形成环状;隧道、路堤、路堑、桥梁间的过渡地段贯通地线平顺连接。

2 桥梁综合接地技术

桥梁地段贯通地线铺设在两侧的通信信号电缆槽内, 接地极充分利用桥墩基础设置, 采用桥隧型接地端子, 每座桥梁的每个桥墩均按要求设置接地装置, 并接入综合接地系统。

梁体接地装置。无砟轨道桥梁接地在梁体上表层 (或保护层) 铺设纵向接地钢筋, 分别置于两侧防护墙下部及上、下行无砟轨道底座板间的1/3~2/3处, 并纵向贯通整片梁;轨道底座板间的纵向接地钢筋距混凝土表面的距离小于100 mm。纵向接地钢筋与梁端的横向结构钢筋连接, 实现两侧贯通地线的横连。有砟轨道桥梁利用梁端的横向结构钢筋作为接地钢筋并与梁底的接地端子连接, 道砟厚度小于0.3 m的梁体上表面适当位置处设纵向接地钢筋。

基础桥墩接地设置。桩基础桥墩接地在每根桩中有一根贯通长接地钢筋, 桩中接地钢筋在承台中环接, 桥墩中有2根接地钢筋, 一端与承台中的环接钢筋相连, 另一端与墩帽处的接地端子相连。明挖基础桥墩接地在基底底面设一层钢筋网作为水平接地极, 水平接地极满布基底底面;钢筋网格间距宜按照1 m×1 m设置, 中部“十”字交叉的两根钢筋上的网格节点以L形焊接, 外围钢筋闭合焊接, 其他节点绑扎;水平接地极钢筋网格的外缘距承台混凝土底面不大于70 mm。桥墩中有2根接地钢筋, 一端与基底水平接地极 (钢筋网) 中的钢筋相连, 另一端与墩帽处的接地端子相连, 以上接地钢筋均可用基底、桥墩中的结构钢筋代替。

其他接地设置。桥上由导电材料制成的声屏障及支架在其结构内预留接地端子, 就近与桥上预留的接地端子连接。桥台接地在墩体内设置接地钢筋, 桥台面接地钢筋参照桥梁体的接地设置要求实施。跨线桥在墩内及梁体内设纵、横向接地钢筋, 通过桥墩下部的接地端子与线路两侧综合接地系统预留的接地端子连接。框架桥梁、涵顶面填土高度小于100 mm时需采取接地措施, 就近接入综合接地系统;下部侧墙结构钢筋可不接入综合接地系统。

具体流程。承台中选接地钢筋→标识→L形钢筋焊接→选桩基钢筋→L形钢筋焊接→选墩身钢筋→标识→L形钢筋焊接→L形钢筋焊接接地端子→连接导线与上部结构接地端子栓接→专用引接线螺栓连接桥上各专业设备接口系统。

3 隧道综合接地技术

隧道地段贯通地线铺设在两侧通信信号电缆槽内, 并采取覆砂防护措施。在两侧通信信号电缆槽的线路侧外缘各设一根纵向接地钢筋, 每100 m断开一次, 用于隧道内接地极、接触网断线保护接地及接地钢筋间的等电位连接。

隧道中接地钢筋设置。二次衬砌中有结构钢筋的隧道利用二次衬砌内层纵、环向结构钢筋作为接触网断线保护接地钢筋。接触网线垂直向上在拱顶的投影线两侧, 以0.5 m为间隔, 各选3根纵向结构钢筋作为接地钢筋;上述投影线两侧各1.5 m外的其他位置, 以1 m为间隔, 选择纵向结构钢筋作为接地钢筋;在每个台车位 (作业段) 中部选一根环向结构钢筋作为环向接地钢筋, 环、纵向接地钢筋间可靠焊接;纵向接地钢筋在作业段间可不连接。每个作业段内的环向接地钢筋与两侧通信信号电缆槽靠线路侧外缘的纵向接地钢筋连接。二次衬砌中无结构钢筋的隧道, 除接触网吊柱基础接地外, 不再单独考虑接地钢筋设置。环向接地钢筋设置位置根据接触网专业提供的里程位置埋设。线路两侧的贯通地线通过隧道内环向接地钢筋实现横向连接。

隧道接地极设置。隧道接地极对于一般拱墙设防水板的衬砌隧道充分利用隧道的初期支护锚杆、钢架、钢筋网或底板钢筋。Ⅰ, Ⅱ级围岩有底板钢筋的隧道及明洞地段利用隧道底板下层的结构钢筋作为接地极, Ⅲ级围岩隧道利用锚杆和专用环向接地钢筋作为接地极, Ⅳ, Ⅴ级以上围岩隧道利用锚杆、钢拱架 (或钢网片) 作为接地极;隧道底板接地极按照1 m间隔选用底板结构钢筋, 即在隧道底板的底层形成一个1 m×1 m的单层钢筋网, 中部“十”字交叉的两根钢筋上的网格节点要求施以“L”形焊接, 其他节点绑扎;底板接地钢筋网按照一个台车位的长度考虑, 间隔一个台车位设置一处。锚杆接地极以约一个台车长度为间隔设置, 用作接地极的锚杆环向间距要求为2倍锚杆长度;接地锚杆与钢网片、钢拱架或专用环向接地钢筋可靠焊接。抗水压衬砌及全封闭衬砌瓦斯隧道内, 在仰拱填充层内间隔一个台车位设置一处钢筋网作为接地极, 即在仰拱填充层内设置一个1 m×1 m的单层钢筋网, 中部“十”字交叉的2根钢筋上的网格节点要求施以L形焊接, 其他节点绑扎;底板接地钢筋网按照一个台车位的长度考虑, 间隔一个台车位设置一处。

接地钢筋间的连接。将隧道内的锚杆接地极、底板接地极和二次衬砌内的接地钢筋等接地装置, 通过连接钢筋与两侧电缆槽靠线路侧外缘的纵向接地钢筋连接。

接地端子设置。隧道内接地装置均采用桥隧型接地端子, 从隧道进口2 m处开始, 在两侧通信信号电缆槽底部, 每间隔100 m设置一个接地端子, 小于100 m的隧道在中部设一处。接地端子供隧道接地装置与贯通地线的连接, 从隧道进口2 m处开始, 在两侧通信信号电缆槽靠线路侧壁上, 每间隔50 m设置一个接地端子, 小于50 m的隧道在中部设一处。接地端子供轨旁设备、设施接地, 在每个专用洞室、变压器洞室两侧壁下部设置接地端子, 供洞室内设备、设施接地。上述所有接地端子均通过连接钢筋与电缆槽外缘的纵向接地钢筋连接。

当接触网槽道基础采用预埋方式时, 需将基础与二次衬砌内的环向或纵向接地钢筋焊接;当基础采用后植入安装方式时, 需在安装基础的位置预埋接地端子, 并与二次衬砌内的环向或纵向接地钢筋焊接。

4 车站综合接地技术

车站咽喉区路基地段贯通地线埋设。贯通地线、分支引接线、横向连接线的埋设及施工工艺要求与区间路基地段相同, 每个接触网支柱基础处预留分支引接线至通信信号电缆槽接地端子尾端连接, 分支引接线规格及材质同贯通地线。每个接触网支柱处的通信信号电缆槽内设置2个路基型接地端子, 端子间隔0.5 m, 供与接触网支柱基础连接及轨旁设备、设施接地。每个接触网支柱基础上预置2个桥隧型接地端子, 供无砟轨道板及附近金属设施就近接地。

贯通地线横向连接。在车站进站信号机处及站台端部敷设横向连接线, 两端与贯通地线C形压接, 埋设深度及工艺要求同贯通地线。

站台区综合接地。 (1) 贯通地线及分支引接线的敷设。站台范围内的贯通地线与咽喉区贯通地线同径路敷设, 自站台墙一侧纵向贯穿整个站台区。在正线与侧线之间敷设一根镀锌扁钢 (规格50 mmx4 mm, 下同) , 将线间接触网基础的接地端子等电位连接, 无砟轨道板及相关金属设施的接地均可就近与扁钢连接。在股道两端警冲标处敷设分支引接线, 一端与贯通地线C形压接, 另一端与线间镀锌扁钢连接, 以减少线间过股, 便于工程实施, 分支引接线规格及材质同贯通地线。 (2) 接地钢筋及接地端子设置。在站台墙内, 站台面上层靠线路侧60 cm范围内的纵向结构钢筋均需接入综合接地系统, 其中靠轨道侧的纵向结构钢筋要求全站台电气贯通连接 (可靠焊接) 。站台面上层的纵向结构钢筋通过站台墙内的部分横向、竖向结构钢筋将站台面纵向结构钢筋连接, 并构成站台墙接地装置。在每个站台墙两端靠贯通地线一侧的侧墙下部分别设置1个桥隧型接地端子, 并与站台墙接地装置可靠焊接, 端子孔朝向线路, 采用分支引接线与贯通地线连接。在基本站台墙靠信号楼 (或室) 一侧的上部预留4个接地端子, 以便信号楼 (或室) 的环形接地网接入综合接地系统, 接地端子与站台墙内的接地钢筋可靠焊接。 (3) 接触网支柱基础接地。线间接触网支柱基础接地装置上的接地端子通过接地引接线与线间敷设的镀锌扁钢可靠连接。 (4) 信号楼 (或室) 、行车室 (或综合站房) 等接地与综合接地系统的等电位连接。综合接地系统分别与信号楼环形接地网连接, 设2根连接线, 连接线的间隔为2~3 m, 接地干线采用镀锌扁钢埋地敷设。站台区雨棚柱等金属构筑物采用镀锌扁钢与构筑物环形地网连接。 (5) 其他接地。站台范围内旅客可接触的建筑物及金属构件等采取等电位或分设接地等措施, 条件具备时, 可与综合接地系统预留的接地端子可靠连接, 具体连接可参考信号楼 (或室) 环形接地网与综合接地系统的连接方式。

5 新型铜包钢复合接地网技术

新型铜包钢复合接地网具有良好的导电性能、机械强度、抗腐蚀性能及使用寿命, 适合在腐蚀性强的土壤条件下使用。

铜包钢接地极材料特点。制造工艺独特:将处理干净的优质冷拉圆钢在氮气保护下加热到较高温度, 同时利用工频炉将电解铜加热熔化, 将圆钢快速通过铜液并在出口处结晶成铜包钢复合体, 可像拉拔单一金属一样任意拉拔, 不会出现脱节、翘皮、开裂现象。防腐特性优:复合界面由于采用高温熔铸, 无残留物存在, 结合面不会出现腐蚀现象;表面铜层较厚 (平均厚度大于0.4 mm) , 为无氧铜, 耐腐蚀性强, 使用寿命长 (大于30年) , 减轻检修劳动强度。电气性能更佳:表面紫铜材料优良的导电特性 (铜厚度为0.3~0.5 mm, 含铜量为99.9%) 使其自身电阻值远低于常规材料 (如角钢、钢棒、镀锌棒等) 。应用广泛、安全可靠:该产品适用于不同土壤湿度、温度、PH值、电阻率变化条件下的接地。连接安全可靠:采用专用连接管或热熔焊接, 接头牢固、稳定性好。安装方便快捷:配件齐全、安装便捷, 可有效提高施工进度。提高接地深度:特殊的连接传动方式, 可深入地下35 m, 以满足特殊场合低阻值要求。建造成本低:对比传统采用纯铜接地极、接地带的建造方式, 成本大幅度下降。

铜包钢接地棒铜层厚≥0.3 mm时, 钢芯只是受力体, 铜才是把电流输送到土壤的有效导体。根据电池原理, 铜是阴极受到保护, 所以不被腐蚀, 从而具有恒定的低电阻值。水平接地网采用150 mm2的铜绞线, 增强了漏电流的传导, 接地棒采用长度为1.2 m的铜包钢接地棒, 施工时先将第一根垂直打入地下, 然后用接地卡子将2根接地棒连接到一起, 使接地深度达到2.4 m。接地极最终埋深在3.3 m以上, 更好的加强了电流的传导。

综合接地网应严格按照设计意图施工, 若焊接不好或短路则电阻过大, 将丧失接地保护功能, 影响行车安全, 所以应高度重视综合接地网的施工质量。

杨刚:中国铁建电气化局集团第三工程有限公司, 工程