赵 斌
山东电力工程咨询院有限公司 山东 济南 250100
摘要：随着我国特高压电网建设的不断推进，“八交八直”的特高压电网框架逐步形成， 大量的特高压变电站也将投产运行。 特高压系统的电压等级高、 容量大， 因此接地短路电流将相当大。 为保证电力系统的安全可靠运行， 对接地系统的要求将更加严格。 特高压变电站接地系统的设计应充分考虑特高压电网的特点， 在满足安全和经济的原则上对接地设计不断优化。
关键词：特高压；变电站；设计
引言
电力设备能够正常的运行，保证工作人员的人身安全，接地装置是非常关键的设备。近年来，电力行业发展较快，提升了电力系统电压等级和容量，如果发生故障问题，不仅通过接地网流散的电流会不断地上升，接地网电位也会增加，接地网本身是一种不外露的工作，再加上人们对于该问题不是很重视，接地网施工本身不细致，测量缺乏准确性等原因，从而导致各种事故的发生，系统不能正常的运行，甚至会造成设备受到损坏。接地系统优化设计的目的就是合理地布置接地网中的水平导体，根据导体泄漏电流密度分布、土壤表层电位分布情况，进一步地发挥导体的价值性作用，从而有效降低接触电位差和跨步电位差，对人身及设备的安全更具有保障性作用。根据工程的具体情况，电力系统如果为安全运行状态下，能够有效减少接地网工程费用和造价，因此，对变电站接地网设计时运用的接地网设计方案更为经济、合理。
1接地设计原则
(1)保护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压侧，采用TN系统，且低压侧电气装置应采用保护等电位联结系统。(2)采用扁钢与二次电缆屏蔽层并联敷设。扁铜应至少在两端就近与接地网连接。(3)评估变电站低压侧35kV金属氧化物避雷器吸收能量的安全性。(4)验算跨步电压和接触电势。(5)可将接地网的高电位引向厂、站外或将低电位引向厂、站内的设备，但需对转移电位引起危害采取隔离措施。对于一般变电站来说，例如舟山地区的变电站，由于系统小、电源接入点不多，因此单相短路电流不大。
2特高压变电站接地优化设计
2.1土壤电阻率的测量
土壤电阻率测试是接地系统设计的基础。目前工程中通常采用等距四极法（温纳四极法）和电磁测深法进行土壤电阻率的测量。工程中实际应用较多的是等距四极法，测试程序简单，测试仪器、设备材料费用低，但需要在现场打接地极布线。对于占地面积小或地形狭长的变电站，往往因为场地尺寸不够、布线距离不足而限制了测试深度，一般不超过350m。电磁测深法勘测范围广，一般可达2km，但测试的仪器、设备费用较高，且对表层土壤电阻率的测量结果往往不准确，需要与四极法配合使用。大量的测试和研究结果表明，电流的穿透深度大致与比邻电极间的距离相等。测试的极间距能对应不同深度范围内的视在平均土壤电阻率，所以应在不同极间距情况下，通过多点、多方向测试不同位置、深度的土电阻率。对于高土壤电阻率的场地，应尽可能测得较大极间距（接近地网对角线长度）的土壤电阻率，从而能够比较客观地测得较大范围的平均土壤电阻率。变电站接地系统设计中，建议土壤测试深度不小于地网对角线长度。土壤电阻率测量过程中，测量技术人员要了解场地内有没有埋入导电物体（如金属管道），以避免测量误差。对于有填方区的场地，应在填方前和填方后分别进行一次电阻率测试，获得原土层和填方后的电阻率值。
2.2接地网不等间距优化
接地系统优化的目的是使接地系统的地表电位分布均匀，接地系统的接地电阻、地表最大接触电压及跨步电压最小。所以，非均匀土壤中接地系统优化的思路就是寻找一种合理的接地系统水平接地导体的排列方式，在这种接地系统布置方式下，接地系统表面的电位分布最均匀，接地系统的接地电阻、地表的最大接触电压和最大跨步电压达到最小值。
研究发现，按指数规律布置地网导体不仅能够降低地表电位梯度，也可以很大程度上降低跨步电压和接触电压，同时它也被证明是一种安全、经济的设计方法。针对该变电站，当给定地网边长L和导体根数N时，只要确定压缩比C便可得到地网的布置方案。因此接地系统优化设计工作的目标就是寻找最优压缩比，使接地电阻、最大接触电压和最大跨步电压达到最小值。利用接地系统电气参数分析软件，计算不同压缩比对应的接地系统地表最大接触电压、最大跨步电压以及接地系统的接地电阻，将接地电阻、最大接触电压和最大跨步电压最小时的压缩比定义为最优压缩比，在最优压缩比时接地系统的布置方式就是最优布置方式。
2.3分流系数
简易的故障分流系数Kf计算公式基于传统的避雷线分流计算，只能计算单回路出线情况，且适用于线路杆塔数量在35个以上的变电站，易手动计算，但未考虑杆塔接地电阻的影响，因此不符合实际工程运行情况，有其局限性。而在计算多回路出线情况下的故障分流系数，首先需依靠计算软件得到每条出线的故障电流If，然后逐线逐档计算地线分流电流和铁塔入地电流，计算量巨大，须由专业的软件建模计算。目前研究表明，变电站的接地网和地线分流受到许多因素的影响:出线回路数越多，分流系数越大;变电站接地电阻越大，分流系数越小;地线导电性越好，分流系数越大;杆塔接地电阻越小，分流系数越大;杆塔档距越小，分流系数越大。
2.4二次等电位接地网
大型接地网接地沿线纵向总阻抗大，接于接地网上的二次系统两端之间会存在电位差。若差值过大，会影响二次系统的安全，如造成电缆芯皮绝缘击穿，芯皮中流过电流过大引起发热烧毁电缆，也可能会对芯线造成电磁干扰等，因此应优化接地以减小地电位差。地电位差不仅与地电位升有关，而且与主接地网材料有关。铜接地材料可有效减小电位差，因此变电站控制室及保护小室应独立敷设与主接地网单点连接的二次等电位接地网，材料均采用铜排及铜缆。在保护室屏柜下层的电缆室（或电缆沟道）内，沿屏柜布置的方向逐排敷设截面积不小于350mm2的铜排（缆）。将铜排（缆）的首端、末端分别连接，形成保护室内的等电位地网。该等电位地网应与变电站主地网一点相连，连接点设置在保护室的电缆沟道入口处。为保证连接可靠，等电位地网与主地网的连接应使用4根及以上（每根截面积不小于50mm2）的铜排（缆）。
2.5水平接地网的均压优化布置
由于冻土会降低接地系统的安全性，且一年四季的土壤模型有所不同，但是接地系统只能按一种方案布置，因此只能采用比较分析来确定最佳方案。即分析融冻季节的优化设计在冰冻季节的安全性以及冰冻季节的优化设计在融冻季节的安全性。通过综合两种情况来确立最佳方案。接地网的优化设 计就是在已有 的接地系统基础上，通过调整水平接地网中接地导体的布置电阻、电压达标，即得到最优压缩比。通过比较融冻季节接地网优化压缩比和不优化值，冰冻季节接地网的优化压缩比和不优化值；融冻季节的优化设计冰冻季节的接地电阻、最大接触电压、跨步电压，冰冻季节的优化设计在融冻季节的接地电阻、接触电压、跨度电压的值。可知在优化设置后，接地系统的安全性得到大大的改善，并得到接地网按照冰冻季节的最优压缩比进行设计时，在融冻季节接地系统的安全性也有所改善。综上所述，采用冰冻季节的最优压缩比最佳。
结语
对接地网设计质量的严格把控，是地网能否顺利验收的关键，一旦在设计阶段把控不严，而将问题带到工程验收过程中，再来增加降阻及均压措施往往达不到工程预期，事半功倍，严重影响工程投产。接地网因为隐蔽工程的特点，可看成半免维护设备，因此技术监督应向设计和验收阶段延伸，严把设备入网关，因此如何因地制宜地开展地网设计应引起设计部门的关注，在严格按照设计规程设计、贯彻落实国网反措要求的同时，使用数值计算软件作为地网设计的辅助方法，将切实提高接地网设计质量。
参考文献
[1]徐冲，夏丽荣，傅亚玲，等．屏蔽网格宽度以及接地情况对雷电波屏蔽性能的影响［J］．电瓷避雷器，2018(2):92－96．
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