變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設計

　　摘　要　接地網(wǎng)等間距布置存在地電位分布不均勻的問(wèn)題。在建220kV新塘變電站采用了不等間距布置，即從地網(wǎng)邊緣到中心，均壓導體間距按負指數規律增加。運用GPC接地參數計算程序對兩種方法進(jìn)行分析和計算，結果表明接地網(wǎng)優(yōu)化設計能顯著(zhù)地改善導體的泄漏電流密度分布，使土壤表面的電位分布均勻，提高安全水平，節省鋼材和施工費用。

　　隨著(zhù)電力系統容量的不斷增加，流經(jīng)地網(wǎng)的入地短路電流也愈來(lái)愈大，因此要確保人身和設備的安全，維護系統的可靠運行，不僅要強調降低接地電阻，還要考慮地網(wǎng)上表面的電位分布。在以往接地設計中，接地網(wǎng)的均壓導體都按3m，5m，7m，10m等間距布置，由于端部和鄰近效應，地網(wǎng)的邊角處泄漏電流遠大于中心處，使地電位分布很不均勻，邊角網(wǎng)孔電勢大大高于中心網(wǎng)孔電勢，而且這種差值隨地網(wǎng)面積和網(wǎng)孔數的增加而加大。本文結合在建工程220kV新塘變電站的接地網(wǎng)設計，闡釋了接地網(wǎng)不等間距布置的方法及其合理性。

1　接地網(wǎng)優(yōu)化設計的合理性

1.1　改善導體的泄漏電流密度分布

　　圖1是面積為190m×170m的新塘變電站接地網(wǎng)，在導體根數相同的情況下，分別按10m等間距布置和平均10m不等間距布置。沿平行導體①、②、③、④、⑤的泄漏電流密度分布曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。從圖中可見(jiàn)，不等間距布置的接地網(wǎng)，邊上導體①的泄漏電流密度較等間距布置的接地網(wǎng)平均低15%左右；對于導體②的泄漏電流密度，這兩種布置的接地網(wǎng)幾乎相等(僅相差0.3%)；對于中部導體③、④、⑤，不等間距布置的接地網(wǎng)的泄漏電流較等間距布置的接地網(wǎng)分別提高了9%，14%和15%。由此可見(jiàn)，不等間距布置能增大中部導體的泄漏電流密度分布，相應降低了邊緣導體的泄漏電流密度，使得中部導體能得到更充分的利用。

1.2　均勻土壤表面的電位分布

　　由表1的計算結果可知，不等間距布置的接地網(wǎng)能較大地改善表面電位分布，其最大與最小網(wǎng)孔電位的相對差值不超過(guò)0.7%，使各網(wǎng)孔電位大致相等，而等間距地網(wǎng)，其最大與最小網(wǎng)孔電位的相對差值在12.2%以上。同時(shí)不等間距地網(wǎng)的最大接觸電勢較等間距地網(wǎng)的最大接觸電勢降低了60.1%，極大地提高了接地網(wǎng)的安全水平。

表1　計算結果比較

布置最大網(wǎng)孔電位Vmax／kV最小網(wǎng)孔電位Vmin／kV最大接觸電勢Vjmax／kV接地電阻R／Ωδ／%
等間距5.7095.0810.7990.52312.2
不等間距5.5445.5060.3150.5190.7

注：1)δ=(Vmax-Vmin)／Vmin；

　　2)地網(wǎng)面積為190m×170m；

　　3)長(cháng)方向導體根數n1=18，寬方向導體根數n2=20。

1.3　節省大量鋼材和施工費用

　　如果按10m等間距布置的新塘變電站接地網(wǎng)，最大接觸電勢在邊角網(wǎng)孔，其值為0.799kV，但采用不等間距布置時(shí)，保持最大接觸電勢與該值接近，這時(shí)可節省鋼材31.2%，見(jiàn)表2。

2　接地網(wǎng)優(yōu)化設計的方法

　　在設計時(shí)采用嘗試的方法來(lái)確定均壓導體的總根數和總長(cháng)度，即先對地網(wǎng)長(cháng)和寬方向的導體根數n1和n2進(jìn)行試算，對于大地網(wǎng)一般可采用均壓導體間距為10m左右試算，若接觸電勢滿(mǎn)足要求，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較后再考慮增減導體的根數。如圖3所示，當確定了n1和n2后，則地網(wǎng)長(cháng)寬方向的分段數就確定了：長(cháng)方向上導體分段為k1=n2-1，寬方向上的導體分段為k2=n1-1，然后按下式得出各分段導體的長(cháng)度。

表2　使用鋼材量的比較

布置n1n2Vjmax／kV鋼材長(cháng)度L／m
等間距18200.7996860
不等間距12140.7564700

Lik=L.Sik，

式中　L——地網(wǎng)邊長(cháng)(長(cháng)方向L=L1，寬方向L=L2)，m；
　　　Lik——第i段導體長(cháng)度，m；
　　　Sik——Lik占邊長(cháng)L的百分數。
　　Sik與i的關(guān)系似一負指數曲線(xiàn)，即Sik=b1×e-b2i b3，

式中，b1，b2，b3均為常數，其確定方法如下：
當7≤k≤14時(shí)，當k＞14時(shí)，

　　對于任意矩形地網(wǎng)，只要長(cháng)、寬方向導體的布置根數一經(jīng)確定，就可根據長(cháng)、寬方向導體的不同分段k，分別按上述推得的公式布置導體的間距。

3　結論

　　a)采用不等間距布置優(yōu)化設計接地網(wǎng)，能夠使地網(wǎng)各網(wǎng)孔電位趨于一致，從而提高了變電站的安全水平。

　　b)在同樣安全水平下，優(yōu)化設計的接地網(wǎng)較常規布置的接地網(wǎng)，一般能節省鋼材量達38%以上，同時(shí)也減少了相應的接地工程投資，在技術(shù)上、經(jīng)濟上較為合理。

　　c)從邊緣到中心均壓導體間距采用按負指數規律增加的新方法來(lái)布置接地網(wǎng)，其指數公式的系數b只與某平行導體根數(或平行導體分段數k)有關(guān)。

參考文獻

1　解廣潤.電力系統接地技術(shù)［M］.北京：水利電力出版社，1985

2　顏懷梁，陳先祿，李定中.接地計算方法及應用不均勻網(wǎng)孔改善地網(wǎng)電位分布的計算研究［J］.重慶大學(xué)學(xué)報，1985(4)




作者：廣州電力設計院孫旭　王琦

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