1、變電站接地系統(tǒng)的重要性 變電站接地系統(tǒng)的重要性 摘 要 文章探討了變電站接地網(wǎng)的根本概況，簡述了主要的設(shè)計原那么，對當(dāng)前在變電站接地系統(tǒng)中常用的降阻措施進(jìn)行了綜述，最后以水平接地網(wǎng)均壓帶的優(yōu)化設(shè)計為例，以最大接觸電壓值最小和最大接觸電壓與最小接觸電壓之差最小兩類目標(biāo)函數(shù)，可用遺傳算法求解，得出以指數(shù)函數(shù)來表征的各導(dǎo)體間距的最正確壓縮比，從而實現(xiàn)導(dǎo)體的不均勻布置。 關(guān)鍵詞 變電站；接地網(wǎng)；優(yōu)化設(shè)計 中圖分類號：TM721 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-759723-0145-01 1 概述 接地系統(tǒng)是電網(wǎng)的重要組成局部，所承當(dāng)?shù)娜蝿?wù)是把某些電氣設(shè)備與大地連接，提供穩(wěn)定的參考地電位，為故障電

2、流貨雷擊電流提供宣泄通道，因此接地系統(tǒng)對電網(wǎng)的平安穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要意義。從類型上劃分，可分為工作接地、保護(hù)接地和防雷接地，完整的接地系統(tǒng)通常都包含這三個接地類型。由于接地系統(tǒng)非常重要，因此接地系統(tǒng)的研究也在隨著電網(wǎng)的現(xiàn)代化和智能化在進(jìn)步。先后經(jīng)歷了簡單水平接地網(wǎng)、立體接地網(wǎng)、復(fù)合接地網(wǎng)等開展階段，不斷提高其運(yùn)行效率。隨著我國特高壓、遠(yuǎn)距離、大容量交流輸電的需要，相應(yīng)的變電站接地系統(tǒng)的設(shè)計要求也在不斷提高，在是一個值得深入研究的電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計問題。對變電站而言，其接地系統(tǒng)要求能夠?qū)⒐收想娏骱屠讚綦娏骷皶r傳導(dǎo)至土壤，保障變電站內(nèi)的電氣設(shè)備遭到還擊過電壓的破壞，同時還要保護(hù)工作人員在故障檢修時免遭

3、地電位升高的傷害。但我國的變電站設(shè)計主要還是傳統(tǒng)設(shè)計方法，基于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行接地網(wǎng)的設(shè)計，這類設(shè)計思想對于均勻土壤具有較好的適應(yīng)性，但對于非均勻土壤和不規(guī)那么接地網(wǎng)的適應(yīng)性缺乏，按均勻土壤來設(shè)計可能造成較大的誤差，因此對變電站接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計是該領(lǐng)域的重要研究方向。本文將就變電站接地系統(tǒng)展開探討。 2 變電站接地網(wǎng)主要設(shè)計原那么 在設(shè)計變電站接地網(wǎng)時，一般需要遵循經(jīng)濟(jì)性和實用性原那么，在條件允許或要求較高時采用優(yōu)化設(shè)計方法。通常情況下，利用建筑物低級鋼筋或其他可借助利用的金屬物接地，輔以人工接地體，形成閉環(huán)形接地網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)計接地網(wǎng)基地電阻時主要考慮因素是接地網(wǎng)的面積。在特殊部位，如避雷器等

4、，一般要采取加強(qiáng)集中接地的方式來實現(xiàn)接地，以有效減小接地電阻。大型接地網(wǎng)網(wǎng)孔數(shù)量一般控制在32個以內(nèi)，過多的設(shè)置均壓帶根數(shù)試驗說明其減小最大接觸系數(shù)的效果方面也是有限的，還受到經(jīng)濟(jì)性的影響。小面積接地網(wǎng)可采用置換法來改善電阻率。接地網(wǎng)的埋深一般控制在0.6米到0.8米之間。 3 常用降阻措施 在我國的相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中，是以規(guī)定各類電氣設(shè)備接地裝置的電阻值的形式來約束的，在實際設(shè)計中以這些電阻值來作為接地網(wǎng)的控制目標(biāo)值。從組成上看，接地網(wǎng)電阻由接地引線電阻、接地體本身電阻、接地體外表與土壤的接觸電阻、接地體附近范圍內(nèi)的散流電阻。在這四類電阻中，接地引線電阻、接地體本身電阻相對很小，主要由接觸電阻和

5、散流電阻來控制，在變電站接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計時，也主要針對這兩類電阻來展開。在實踐中常用的降阻方式主要有以下幾種。 1引外接地方式：該類降阻方式適用于高土壤電阻率地區(qū)，且存在可以利用的低土壤電阻率資源，選擇在地下水位較高或接地網(wǎng)附近存在金屬礦體時，將接地體引入以到達(dá)降阻的目的。 2深井接地方式：深井接地方式采用人工制造深度在直徑100 mm，深度200 m左右的深井，在井內(nèi)鋪設(shè)鍍鋅鋼管，并在井內(nèi)灌注泥漿。這一方法能夠有效的降低接地電阻，且占地面積小，使用壽命長，不易受周圍環(huán)境變化影響，但這類方法的缺點是本錢相對較高。 3放置電解地極法：這類方法也適用于高土壤電阻率地區(qū)，在接地網(wǎng)改造中使用頻率較高。

6、 4土壤置換法：這是一類比擬徹底的降阻方法，也適用于高土壤電阻率地區(qū)，且施工方法簡便易行，施工時在接地槽內(nèi)鋪設(shè)粘土后放入接地體，然后回填低電阻率土壤，只要回填土壤選擇合理，都能滿足設(shè)計要求。 5降阻劑：這里方法是在土壤中注入物理或化學(xué)降阻劑，在土壤中形成低電阻率的連續(xù)膠體，從而到達(dá)降阻的目的。由于化學(xué)降阻劑潛在這環(huán)境污染的問題，因此一般推薦采用物理降阻劑的方式，通常為非電解質(zhì)固體粉末+水泥所組成。 6電解接地方式：該降阻方式是在土壤內(nèi)敷設(shè)金屬管道，并在管道中填充電解質(zhì)，利用周邊環(huán)境在管道附近形成電解質(zhì)溶液，從而提高管道附近土壤的電阻率的目的。以上幾類常用的降阻方式在不同工作環(huán)境下也可以搭配使用

7、，共同到達(dá)降阻的目的。 4 水平接地網(wǎng)均壓帶優(yōu)化設(shè)計探討 在水平接地網(wǎng)均壓帶設(shè)計時，主要的問題是中間導(dǎo)體利用率低，散流電流密度小，導(dǎo)體散流電流的在邊角處的密度遠(yuǎn)高于中間導(dǎo)體，接觸電壓也大于中間局部的接觸電壓，存在平安隱患，也沒有充分利用接地導(dǎo)體的利用率，因此有必要研究水平接地網(wǎng)的優(yōu)化布置問題。 多數(shù)變電站所采用的接地系統(tǒng)都是水平接地網(wǎng)，采用等間距布置方式。但等間距布置由于屏蔽作用，會降低中間導(dǎo)體的利用率，散流電流過小，研究不等間距布置方式有助于解決該問題。本文中采用指數(shù)規(guī)律布置水平接地網(wǎng)，導(dǎo)體之間不再按均勻間距布置，而是按網(wǎng)格中心到邊緣按指數(shù)規(guī)律遞減的方式布置。第N級網(wǎng)孔的孔距計算公式為：dN

8、=dmaxCN。Dmax為中間最大網(wǎng)孔間距，C為壓縮比，取值在01之間。其中最大孔距dmax可按下式計算： 關(guān)于壓縮比的計算，可參照前人研究成果，建立最大接觸電壓值最小的優(yōu)化模型，即按： 計算最正確壓縮比：也可采用接觸電壓最大值與最小值之差最小來建立目標(biāo)函數(shù)并進(jìn)行尋優(yōu)計算得出最正確壓縮比，擬合公式為： C=0.4599+0.1358lg+0.2674lg-0.1073lg C=0.3539+0.0734lg+0.400lg-0.0568lg-0.1191exp 其中，L的含義為接地網(wǎng)邊長，N為導(dǎo)體數(shù)量，K為反射系數(shù)，H為上層土壤厚度。 對于上述優(yōu)化函數(shù)，可以采用的求解算法為遺傳算法，通過模擬群體進(jìn)化過程來為復(fù)雜目標(biāo)函數(shù)尋找最優(yōu)解。根本流程是：隨機(jī)產(chǎn)生長度一定的初始群體；應(yīng)用復(fù)制、雜交、變異等遺傳操作產(chǎn)生下一代群體；迭代計算，直到滿足退出迭代條件為止，得到此時的最正確解。具體的變成操作方式可參照有關(guān)文獻(xiàn)。這類方法已經(jīng)在實踐中得到應(yīng)用，并取得較好的實用效果，可在此根底上做進(jìn)一步研究。 5 小結(jié) 變電站接地網(wǎng)的設(shè)計應(yīng)用關(guān)系到電網(wǎng)的平安運(yùn)行，但在實踐中由于實際應(yīng)用條件的復(fù)雜性，難于采用精確的理論模型來進(jìn)行設(shè)計，需要總結(jié)實踐經(jīng)驗和理論分析成果，逐步提高接地網(wǎng)的技術(shù)水平是重要的解決途徑。 參考文獻(xiàn) 【1】何金良，曾嶸.電力系統(tǒng)接地技術(shù)M.北京：科學(xué)出版社，2007. 【2】梁小冰.雙層土壤中