1、.大型發電廠和變電站接地網狀態評估廣東電網公司電力科學研究院2009年7月目 錄一 概 述1.1 接地網狀態評估目的1.2 變電站接地網狀態評估的具體內容1.2.1接地網特性參數（接地阻抗、地線分流、跨步電壓和接觸電壓）實測1.2.2 設備接地引下線與主接地網連接情況及接地網完整性測試1.23 接地網開挖檢查和接地導體腐蝕性診斷1.2.4 變電站站址土壤電阻率測試和土壤結構分析1.2.5 變電站接地網狀態數值評估1.3 需要提供的系統參數二 接地網特性參數測量2.1試驗方法2.1.1 接地電阻測試2.1.2 變電站進線避雷線（包括OPGW光纖地線）對測試電流分流測量2.1.3 站內接觸電壓的測

2、量2.1.4 跨步電壓的測量三 設備接地引下線與主接地網連接情況測試四 接地網開挖檢查和接地導體腐蝕性診斷4.1 地網開挖目的4.2地網檢查步驟及試驗方法4.2.1 開挖檢查4.2.2 開挖要求4.2.3 檢查項目4.2.4 取樣辦法4.2.5 檢查方法4.3 地網腐蝕情況判定標準五 站址土壤電阻率測試和土壤結構分析5.1 試驗目的5.2 測量原理和方法5.3 測量結果和結論六 基于CDEGS軟件的變電站接地網狀態數值評估6.1 前言6.1.1 CDEGS軟件的簡介6.1.2 CDEGS軟件在變電站接地網狀態數值評估中的應用6.2 接地網接地阻抗仿真計算與測量結果的比對驗證6.2.1 接地網接

3、地阻抗仿真計算6.2.2 仿真計算與測量結果的比對驗證6.3 單相接地短路電流計算6.3.1 調度短路電流計算結果6.3.2 進站故障電流在出線地線的分流計算結果6.3.3 變電站母線單相接地故障時站內入地電流選取6.4 變電站發生單相接地故障時地網導體電位升高（GPR）6.5 變電站發生單相接地故障時跨步電壓和接觸電壓6.5.1 典型的接觸電勢和跨步電勢的三維圖6.5.2 接觸電勢和跨步電勢的允許值計算6.5.3 發生單相接地故障時，跨步電壓分布的計算結果及分析6.5.4 發生單相接地故障時，接觸電壓分布的計算結果及分析七 地網狀態評估結論7.1 土壤結構7.2 接地阻抗7.3 單相接地故障

4、電流及其分布7.4 地表電位分布7.5 跨步電壓、接觸電壓7.6 電氣設備接地引下線與主地網連接情況7.7 地網腐蝕情況7.8 接地網狀態的綜合評價一 概 述1.1 接地網狀態評估目的大型電廠和變電站的接地網是保證電力系統安全可靠運行、保障運行人員安全的重要措施之一。它為大型電廠和變電站內各種電氣設備提供公共參考地、系統接地故障時快速泄放故障電流以及改善變電站地電位分布。隨著電網的進一步建設和改造，接地網的安全問題越來越突出，開展變電站接地網狀態評估的必要性隨之而來。大型電廠和變電站接地網狀態評估工作主要是結合現場測試和理論計算，準確給出接地網入地故障電流、接地阻抗、接觸電壓、跨步電壓、地網電

5、位分布、地網完整性、地網金屬導體腐蝕情況等現時狀態，通過以上實測和計算相結合的方法分析接地網的安全性。表征變電站接地網狀態的主要參數包括接地阻抗、接觸電壓、跨步電壓、地網電位分布及地網的完整性等，對變電站接地系統進行狀態評估主要是對這些參數進行測量和分析，然而以上參數的測量和評估是一個相當復雜的問題，受到多方面因素的影響，它不僅與接地體本身的大小、形狀有關，還受到周圍土壤中的金屬物質、土壤電阻率均勻性的影響。由于對整個變電站接地網評估時單純使用測量的方法工作量太大，不可能將站內所有位置的參數都測出來，因此采用主要借助于加拿大SES公司的CDEGS軟件（電流分布、電磁干擾、接地和土壤結構分析）的

6、數值分析方法以有效地彌補測量存在的缺陷和不足，該軟件是目前世界上電磁干擾分析、接地系統研究和設計領域通用性最強，功能最強大的軟件包，在國內外的多年應用實踐證明，該軟件已經成為接地網狀態評估、設計和降阻改造的科學可靠工具。在運用測量結果驗證采用基于CDEGS軟件的數值分析方法的可信性后，結合接地網安全性限值的分析，可以通過數值方法完成變電站接地網的全面狀態評估。1.2 變電站接地網狀態評估的具體內容1.2.1 大型電廠和變電站接地網特性參數（接地阻抗、地線分流、跨步電壓和接觸電壓）的實測結合變電站竣工設計圖紙和后期改造記錄確認變電站地網結構現狀，采用類工頻測試方法（接近50Hz的類工頻），通過對

7、出線避雷線（包括OPGW光纖地線）、出線電纜外皮和接地的主變中性點分流測量并進行處理，測量出帶出線避雷線（包括OPGW光纖地線）的運行變電站地網工頻特性參數（接地阻抗、地線分流、跨步電壓和接觸電壓）。1.2.1.1 地網接地阻抗測試根據DL/T 4752006接地裝置特性參數測量導則和GB/T17949.12000接地系統的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導則的要求，采用類工頻（接近50Hz的類工頻）小電流法測量變電站接地阻抗。1.2.1.2 出線地線分流測量向地網注入類工頻電流，測量出線地線（如避雷線、OPGW、耦合地線等）、出線電纜外皮及變壓器接地的中性點流出的電流值，同時記錄注入電流和

8、各分流電流的波形，計算與注入電流的相角差，便于更準確地確定分流系數。1.2.1.3 地網跨步電壓、接觸電壓實測依據DL/T 4752006接地裝置特性參數測量導則、GB/T17949.12000接地系統的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導則測量變電站有代表性點的跨步電壓US和接觸電壓UT。依據DL/T 6211997交流電氣裝置的接地、GB 501502006電氣設備安裝工程 電氣設備交接試驗標準，參照IEEE std2000交流變電站接地安全性導則確定變電站跨步電壓US和接觸電壓UT的限值。判斷實測的跨步電壓US和接觸電壓UT是否超過變電站跨步電壓US和接觸電壓UT的限值。1.2.2 設備

9、接地引下線與主接地網連接情況及接地網完整性測試按照DL/T 4752006接地裝置特性參數測量導則和Q/CSG 1 0007-2004電力設備預防性試驗規程的有關要求進行，判斷設備接地引下線與主接地網連接情況及接地網完整性是否良好。1.2.3 接地網開挖檢查和接地導體腐蝕性診斷接地網導體及接地引線的腐蝕、甚至斷裂，將使接地網的電氣連接性能變壞、接地電阻增高。若遇接地短路故障，將造成接地網本身局部電位差和接地網電位異常增加，除給運行人員帶來威脅外，還可能因反擊或電纜外皮環流使得二次設備的絕緣遭到破壞，嚴重者可能導致監測或控制設備發生誤動或拒動而擴大事故。接地系統狀態評估的其中一項重要內容就是診斷

10、接地網的腐蝕狀況，判斷接地系統是否滿足安全運行要求，是否需要改造。接地網導體腐蝕情況診斷可通過以下幾個途徑：（1）導通性測試。在電氣完成性測試中，發現接地引下線斷裂或地網金屬導體斷裂，需開挖確認。（2）場區地表電位梯度測試。發現場區地表電位梯度曲線有突變點，或局部波動較大，則可能存在接地系統狀況可能不良或存在缺陷，需要開挖確認。（3）按運行年限有針對性地開挖檢查。對運行時間達到一定年限（如10年及以上）的變電站接地網，建議選擇關注的點開挖。（4）利用發變電站接地系統腐蝕診斷系統。該系統是指在在電力系統正常運行的情況下，確定變電站接地網的故障（包括斷點及腐蝕）位置的準確、可靠和簡單的診斷方法，即

11、通過地網各引線間電氣參數的測量值來確定地網的斷點及腐蝕情況。該方法應用于現場的有重慶大學的接地網腐蝕診斷軟件和清華大學的IntelliEDS，由腐蝕普查系統的測量系統和分析軟件組成，適用于變電站地網設計和施工圖紙完整的變電站。根據技術成熟程度和國內兄弟省份的經驗，選擇開挖檢查結合地中導體腐蝕程度量化分析和土壤分析的方法進行接地導體腐蝕性診斷。1.2.4 大型電廠和變電站站址土壤電阻率測試和土壤結構分析大型電廠和變電站接地網的準確評估的基礎是接地阻抗、土壤電阻率的測量及土壤電阻率的分層分析和計算。為了能更好地對變電站接地網進行分析計算，需要了解變電站所在地域的土壤狀況，分層土壤電阻率數據的詳細測

12、量是CDEGS軟件的應用準確性的基礎，而后者直接影響到地網狀態評估工作的質量，因此土壤電阻率數據的準確性非常關鍵。采用四極法測量變電站站址的土壤電阻率隨測量極間距變化的曲線，根據視在土壤電阻率現場基礎測試數據，利用CDEGS軟件，通過優化分析，反演得到土壤的實際分層結構模型。1.2.5 大型電廠和變電站接地網狀態數值評估大型電廠和變電站接地網狀態數值評估主要是基于CDEGS軟件，根據實際接地系統的結構，采用測量分析得到的分層土壤模型，分析分層土壤模型下接地系統的電氣參數。主要內容包括：（1）對運行變電站接地阻抗測試結果以及分流對運行變電站接地阻抗測試結果的影響的影響進行詳細計算研究，通過軟件計

13、算和實測結果對照，給出變電站接地阻抗值。（2）確定變電站最大入地故障電流。變電站最大入地故障電流是關乎變電站系統安全指標的重要參數，對于運行中的變電站，當變電站發生接地短路，一部分短路電流經接地網入地，另一部分經由與地網相連的出線地線（如避雷線、OPGW、耦合地線等）、出線電纜外皮及變壓器接地的中性點流回系統。在考慮系統結構，用CDEGS軟件計算系統的分流系數Kf后，即可根據設計時的總故障電流求出。在計算分流系數Kf前，需確定的影響因素有：（a）與地網出線地線回數，出線地線與桿塔的是否有金屬連接方式，以及該桿塔的接地電阻值；（b）出線電纜回數、電纜的參數；（c）變電站地網的接地電阻值；（d）與

14、被評估變電站直接相連的對側各電壓等級變電站地網接地電阻值；（e）變電站所處位置土壤結構；（f）變壓器中性點接地方式。（3）以整個變電站場區為研究對象，計算實際接地系統在單相接地短路故障情況下，變電站地網接地導體的電位升高，是否滿足二次設備安全的要求。（4）計算變電站跨步電壓US和接觸電壓UT分布情況，對比測試結果以及跨步電壓US和接觸電壓UT的限值，判斷變電站US、UT的分布情況，分析和評估在地表產生的接觸電壓和跨步電壓是否滿足人身安全要求。1.3 需要提供的系統參數以500kV硯都變電站為例，表一為廣東省電力調度中心提供的500kV硯都變電站在500kV側或220kV側發生單相接地短路故障時

15、主變、500kV線路和220kV線路各支路提供的入地短路電流的計算結果。在2009年6月運行方式下核算的硯都變電站500kV和220kV母線單相接地短路電流分別為37.90kA和16.68kA。表1-1 500kV硯都變電站單相入地短路電流計算數據（2009年6月運行方式）故障類型系統部分流經線路的A相短路電流（kA）支路名稱各支路提供的A相短路電流（kA）在500kV出線處發生A相故障500kV線路35.672560.1782硯花甲3.9157.6硯花乙3.9157.6硯西甲7.7250.3硯西乙7.7450.3蝶硯甲2.9562.5蝶硯乙2.9562.5硯肇甲3.6482.5硯肇乙3.64

16、82.5主變2.3640.52變2.3640.5220kV線路4.731339.1045硯東甲線0.8443.2硯端甲0.7535.3硯端乙0.7535.3硯珠甲線1.4444.8硯興線0.6646.2硯荷甲0.188.2硯荷乙0.188.2在220kV出線處發生A相故障500kV線路4.714055.0611硯花甲0.5537.1硯花乙0.5537.1硯西甲1.60-10.4硯西乙1.61-10.4蝶硯甲0.5767.0蝶硯乙0.5767.0硯肇甲1.63123.1硯肇乙1.63123.1主變4.7225.12變4.7225.1220kV線路12.245348.7983硯東甲線3.7951.

17、2硯端甲1.9746.6硯端乙1.9746.6硯珠甲線2.6949.9硯興線1.185951.839硯荷甲0.329638.105硯荷乙0.329638.105500kV硯都變電站的500kV和220kV線路的參數如表1-2所示。表1-2 硯都變電站500kV和220kV出線的線路參數序號線路名稱長度（km）平均檔距（m）終端塔型號導線規范地線規范對側變電站名對側變電站接地阻抗值（W）1500kV硯花甲138.98450SJCD274-26/28/29/304ACSR-720/50LGJX-150/35LGJ-150/35花都0.4502500kV硯花乙3500kV硯西甲46.423407SJ

18、CD274-24/25/264LGJ-400/35，ACSR-720/50LGJX-150/35JLB2-40-7西江0.2064500kV硯西乙5500kV蝶硯甲148.49464SJDG374-25/29/32/334LGJX-630/50LGJX-150/35LGJ-150/35蝶嶺0.4556500kV蝶硯乙7500kV硯肇甲1.34335SJCD274-22/23/24/254ACSR-720/50LGJ-95/55JLB2-40-7肇慶換流站0.4798500kV硯肇乙9220kV硯東甲15.0326GUT8-232*LGJ-300LGJ-95/55東岸0.2110220kV硯端甲

19、31.8388GUT8-202*LGJ-240GJ-50端州0.49011220kV硯端乙12220kV硯珠甲16.0364GUT8-232*LGJ-240LGJ-95/55珠山0.48313220kV硯興線54.0390GTU9-172*LGJQ-300LGJ-95/55興瑤0.46814220kV硯荷甲44.0400SJ633-212*LGJ-300GJ-50荷村0.48015220kV硯荷乙二 接地網特性參數測量2.1 試驗方法2.1.1 接地電阻測試根據變電站主地網現場地形情況和試驗條件，選擇遠離夾角法進行測量。采用類工頻（接近50Hz的類工頻）小電流法測量，所加測試電流310A。試驗

20、原理如圖2-1所示。8000型類工頻小電流接地網測試系統見圖2-2。由于采用遠離夾角法，測量結果需要修正，根據DL47592接地裝置工頻特性參數的測量導則有關公式計算，接地網接地電阻測量結果應為測量值乘以修正系數1/0.8061。由于運行要求，所有運行的500kV和220kV出線線路的避雷線無法與接地網斷開聯結達到隔離的目的，本次測試將在出線構架上帶著避雷線和OPGW光纖地線的運行狀態下進行測量，并采用對變電站內500kV場地和220kV場地與出線金屬構架相連的所有金屬構架、主變中性點和500kV出線桿塔進行分流測量并進行處理的方法嘗試消除或減少避雷線和OPGW光纖地線等對測量結果的影響，測試

21、結果供參考。S1：開關 A：選頻電流表 V：高內阻電壓表圖2-1 類工頻小電流法試驗原理接線圖圖2-2 8000型類工頻小電流接地網測試系統2.4.2 變電站進線避雷線（包括OPGW光纖地線）對測試電流分流測量選擇45Hz頻率，施加測試電流，利用柔性羅哥夫斯基線圈測量與500kV和220kV出線構架相連通的所有金屬構架及變壓器中性點和500kV出線桿塔塔腳的分流，得到分流系數，以便于剔除分流因素對測量結果的影響，得到較為真實的變電站地網接地電阻值。2.4.3 站內接觸電壓的測量在變電站中可能有接地短路電流流過的電力設備外殼或構架上測量接觸電壓，試驗原理如圖2-4所示。將電流注入點引至待測設備外

22、殼或構架上，高內阻電壓表V1的一端接至地面上離設備外殼或構架水平距離1.0m的測量極上，電壓測量極采用22圓鋼打入地下0.5m，并保證鋼釬緊密插入土壤，電壓表的另一端接至設備外殼或構架離地面1.8m處。加測量電流I，讀取電壓表指示值可測出通過主地網電流I對應的接觸電壓UT。站內接觸電壓與通過地網流入土壤的電流值成正比。實測的接觸電壓尚需按經接地網流入地中地最大短路電流Imax（取37.90kA）換算，接觸電壓的最大值為：UTjmax=UTImax/I圖2-4 接觸電壓和跨步電壓測試原理圖2.4.4 跨步電壓的測量在變電站中工作人員經常活動的區域測量跨步電壓，試驗原理如圖2-4所示。電流注入點取

23、接地短路電流可能流入接地網的地方注入，將兩根20圓鋼電壓測量極按1.0m間距打入地下0.5m，并保證鋼釬緊密插入土壤，高內阻電壓表V2的兩端分別接至兩根測量極上。加測量電流I，讀取電壓表指示值可測量出通過主地網電流I對應的跨步電壓US。如在水泥地面上測量，需在測量點放置兩塊包裹濕抹布、半徑約為10cm的圓盤電極，并在每塊圓盤上加不小于40kg的重量。跨步電壓與通過地網流入土壤中的電流值成正比。實測的跨步電壓尚需經按接地網流入地中的最大短路電流Imax（取37.90kA）換算，跨步電壓地最大值為：USmax=USImax/IDL/T6211997交流電氣裝置的接地中推薦的110kV及以上有效接地

24、系統發生單相接地或同點兩相接地時，變電站接地裝置的接觸電壓UT和跨步電壓US允許值不應超過：、，式中，s是變電站表層土壤的電阻率。對于硯都變電站：s取100m（參照本報告第七部分“500kV硯都變電站站址土壤電阻率測試和土壤結構分析”中站內場地0.1m深度土壤電阻率測試數據），考慮后備保護動作的系統單相接地短路（故障）電流持續時間t0.35s，計算得UT322.84V，US412.43V。從表2-2、表2-3的實測結果看，變電站場區各部分典型點實測的跨步電壓換算值最高為53.6V，接觸電壓換算值最高為187.06V，均遠小于各自允許的安全限值。2.2 測量結論根據DL/T4752006接地裝置

25、特性參數測量導則的有關要求，在出線構架上帶著500kV、220kV避雷線和OPGW光纖地線的運行狀態下，采用施加5.5A類工頻小電流的電流電流遠離夾角法所測得的500kV硯都變電站地網接地電阻值為0.186。在注入電流頻率47Hz的測試方式下，采用柔性羅哥夫斯基線圈對與500kV和220kV出線構架相連通的所有金屬構架、500kV出線桿塔塔腳以及變壓器中性點進行分流測量，得到所有500kV和220kV出線構架出線避雷線（普通地線和光纖地線）的分流系數達69.62%，考慮到分流因素的影響，硯都變電站地網的接地電阻真實值應遠大于實測結果。500kV硯都變電站場區各部分實測的跨步電壓和接觸電壓水平均

26、遠小于允許的安全限值。三 設備接地引下線與主接地網連接情況測試3.1測試方法按圖3-1接線，通過測量兩個相鄰設備接地引下線之間的回路電阻來檢查設備接地引下線與地網連接情況。（1）以測主地網接地電阻的電流注入點（#3主變A相接地引下線）為第一個參考點A，分別檢測該參考點附近場地（第一個區域）各設備的接地引下線（B1，B2Bi）與主地網的連接情況；（2）在待測場地（第二個區域）選定一臺設備的引下線M，若M同第一區域內與主地網連接良好的點引下線Bi連接情況良好，認為M與主地網連接良好，則選定其為第二區域的參考點，測該區域設備與M的連接情況，判斷其與主地網的連接情況。（3）其他待測場地參照第（2）條依

27、次遞推測試，直至完成全站的檢測。D FDC-G G 主地網 A、B 設備接地引下線圖3-1 FDC-G測試儀測量原理接線圖四 接地網開挖檢查和接地導體腐蝕性診斷4.1 地網開挖目的接地網導體及接地引線的腐蝕、甚至斷裂，將使接地網的電氣連接性能變壞、接地電阻增高。若遇接地短路故障，將造成接地網本身局部電位差和接地網電位異常增加，除給運行人員帶來威脅外，還可能因反擊或電纜外皮環流使得二次設備的絕緣遭到破壞，嚴重者可能導致監測或控制設備發生誤動或拒動而擴大事故。接地系統狀態評估的其中一項重要內容就是診斷接地網的腐蝕狀況，判斷接地系統是否滿足安全運行要求，是否需要改造。4.2 地網檢查的步驟及方法試驗

28、方法根據技術成熟程度和國內兄弟省份的經驗，選擇開挖檢查結合地中導體腐蝕程度量化分析和土壤分析的方法進行接地導體腐蝕性診斷。4.4.1 開挖檢查對于500kV變電站，分別在500kV場地、220kV場地和35kV場地選擇典型區域，共計開挖8個點（500kV場地3個點、220kV場地3個點和35kV場地2個點）。對電纜溝內的接地體實行開蓋目測檢查，沿電纜溝每隔10米開蓋一處，至少拍照8點。4.4.2 開挖要求順引下線開挖，一直挖到引下線和水平接地線連結處，在水平地網前方左右開挖5米。沿避雷針引下線開挖，找出垂直接地體，進行檢測及拍照。4.4.3 檢查項目a.水平接地帶腐蝕情況；b.引下線腐蝕情況；

29、c.垂直接地體腐蝕情況；d.電纜溝內接地帶腐蝕情況；4.4.4 取樣辦法a. 引下線長度100mm；b. 水平接地帶長度100mm；c. 土壤每個開挖處各1kg；取樣前，應在想斷開的地方，先焊接一段同等面積的鋼材，然后再把樣品鋸斷。去掉泥土，銹鋼，放入袋內。樣品應做好標簽，寫好記錄，拍好照片，交給內勤人員處理。4.4.5 檢查方法4.4.5.1 腐蝕率檢查a.直觀法：開挖地網后，用肉眼觀察其腐蝕情況，并進行拍照做好記錄。b.量直徑法：現場把樣品取回后，去掉泥土，銹跡，用稀硫酸洗凈，在試驗室內用卡尺測量腐蝕圓鋼的直徑，取最細點，測量其腐蝕程度。c.失重法：本次挖檢采用相對失重法c.1相對失重法：

30、從現場找到腐蝕比較嚴重的地方，把樣品帶回試驗室，去掉泥土，銹跡，清洗干凈，在試驗室內用電子天平測試其重量，算出丟失重量。再按照下列公式計算相對平均腐蝕率：其中 V：腐蝕速率（g/mm）；W1：標準重量（g）；W2：樣品實際重量（g）c.2 自然失重法：自然失重法是測量金屬腐蝕速率的最經典的方法。這種方法的具體測量過程是先把樣品表面檫洗干凈，晾干或烘干，用分析天平稱出其重量，然后將它埋入待測土壤環境中，經過一定的時間（如4周）后取出，除去表面的銹層，再用稀鹽酸或其他溶液清洗，晾干，稱重，最后按下列公式計算其平均腐蝕速率：其中 ：腐蝕速率（g/cm2.a） ：樣品N天內失去的重量（g）N：為樣品在

31、土壤中埋設的天數 A：為樣品的表面積（cm2）d.在試驗室檢測土壤的PH值，找出腐蝕規律。e.針孔法：以腐蝕深度表示的腐蝕率，即在單位時間內被腐蝕金屬的厚度變化。以工程觀點看，腐蝕深度的程度，可用來預測接地體的使用壽命，因為接地體腐蝕達到一定程度后，流過短路電流時，在電動力的作用下可能發生斷裂，影響故障電流的流散，造成事故。針孔法用探針探其腐蝕坑深度，及在100mm內的針孔數目，此種方法能更直觀的反映出全面腐蝕嚴重程度，具有更大的意義。其腐蝕率表示為： 其中 W1：標準重量（g）； W2：樣品實際重量（g）；：腐蝕率（g/cm2.h） S：為被腐蝕金屬面積（cm2）；t：腐蝕時間（h）；：深度

32、腐蝕率（mm/a）；d：金屬密度（g/cm3）4.3 地網腐蝕情況判定標準 因目前我國尚沒制定有關標準，根據一般理論，結合實際，對地網導體腐蝕率的判定參考以下標準：a. 腐蝕率小于10%，腐蝕程度為一般；b. 腐蝕率大于等于10%，小于15%，腐蝕程度為嚴重；c. 腐蝕率大于等于15%，小于25%，腐蝕程度為很嚴重；d. 腐蝕率大于等于25%，腐蝕程度為非常嚴重。對500kV硯都變電站地網導體腐蝕狀況的綜合診斷，采用以下標準：序號檢查項目現 象結論1直觀法腐蝕較重，導體已變形不合格2稱重法接地導體重量小于熱穩定計算，同樣長度的最低截面重量不合格3設備的連接電阻630m不合格4設備串聯接地超過總

33、設備的5%不合格5腐蝕率腐蝕率大于25%不合格五 站址土壤電阻率測試和土壤結構分析5.1 試驗目的接地網狀態準確評估的基礎是接地阻抗、土壤電阻率的測量及土壤電阻率的分層分析，為了更好地對接地網進行分析計算，需要了解變電站所在地域的土壤狀況。分層土壤電阻率數據的詳細測量是CDEGS軟件（電流分布、電磁干擾、接地和土壤結構分析，軟件介紹見第六章前言）的應用準確性的基礎，而后者直接影響到地網狀態評估工作的質量，因此土壤電阻率數據的準確性非常關鍵。5.2 測量原理和方法對500kV硯都變電站站址的不同間距的視在土壤電阻率現場測試，采用四極法測量得到變電站站址的土壤電阻率隨測量極間距變化的曲線，根據視在

34、土壤電阻率現場基礎測試數據，利用CDEGS軟件的RESAP（土壤電阻率分析）計算模塊，通過優化分析，反演得到變電站站址的土壤實際分層結構模型。采用溫納（Wenner）四極法的測量分層結構的土壤電阻率原理如圖5-1所示，電極按圖1等距布置，設a為兩鄰近電極間距，則以a,b的單位表示的視在土壤電阻率為： ，式中：為視在土壤電阻率；R為所測電阻；a為電極間距；b為電極深度。現場通常b0.1a，則可取b0，上式簡化為深度a處的視在土壤電阻率：圖5-1 溫納法測土壤電阻率傳統的土壤電阻率測試是采用接地搖表完成，測量表層土壤電阻率由于放線比較短，測量準確性是可以保證的，但涉及到放線較長的深層土壤電阻率（最

35、深需要測到400m，相應地放線要其3倍的距離），由于測量線之間的互感影響將很大，導致深層土壤電阻率測量值失真，而接地網中電流的擴散主要通過深層土壤實現的，因此深層土壤電阻率的準確測量尤其重要。目前使用的接地搖表乃至紅相的接地測量系統，都是采用交流電流原理（頻率異于工頻），均無法擺脫測量線之間互感的影響，而采用直流測量又將帶來極化效應，采用交變直流電源的法國IRIS公司生產的SYSCAL型土壤分析儀（圖5-2）則可以有效解決這個問題，即通過以周期反向的直流電流作為激勵源，避免因交流電流激勵條件下測試線間的互感給測試結果帶來的影響。圖5-2 SYSCAL型土壤分析儀5.3 測量和計算結果5.3.1

36、 變電站站址分層視在土壤電阻率測試結果根據500kV硯都變電站的現場情況測試線路選在變電站內預留擴建部分場地和站外圍墻邊（測短距）和站外大路（測長距），測試結果見表5-1。表5-1 肇慶局500kV硯都變電站站址視在土壤電阻率測試結果極間距（m）信號電壓（mV）注入電流（mA）視在土壤電阻率（m）0.1218.4914.0397.90.2184.9411.9397.40.3408.7211.3368.00.497.8631.77173.90.5252.0748.1297.91.068.2642.76155.41.0212.4988.11164.61.552.7162.89171.72.051.

37、7973.18204.82.0144.4857.54240.93.057.2405.20207.63.0168.9613.68232.85.094.71615.56191.31055.26230.9112.42052.39851.23128.53048.4350.31181.55050.6563.92248.97547.3372.89305.910053.62871.23473.115048.4574.4613.820045.2774.78760.025056.7116.68763.030063.43175.9676.035044.02149.07649.540050.78158.0807.8

38、45050.786180.28796.550053.45195.02860.95.3.2 土壤分層結構計算結果CDEGS軟件的RESAP模塊可根據土壤電阻率的測試結果計算土壤分層結構，具體即：選定測試方法溫納(Wenner)法；輸入電極間距（a）、電極入地深度（b）和視在電阻率測試值（）計算。實用中，通常b0.1a，軟件采用簡化計算方法（Ignore Probe Depth），只需輸入輸入電極間距（a）和視在電阻率測試值（）即滿足計算條件。500kV硯都變電站站址土壤電阻率計算結果見圖5-2及表5-2，為水平四層結構。表5-2 500kV硯都變電站站址土壤分層結構計算數據深度（m）土壤電阻率（

39、m）1.5597.654.74175.2327.53136.10infinite1087.34圖5-2 土壤分層結構計算結果5.4 結論對500kV硯都變電站站址的不同間距的視在土壤電阻率現場測試，結合CDEGS（電流分布、電磁干擾、接地和土壤結構分析）軟件的RESAP模塊計算，得到變電站站址的土壤結構為表5-2所示的水平四層的分層結構。500kV硯都變電站站址的深層土壤電阻率總體水平比較高，土壤條件比較差。六 基于CDEGS軟件的變電站接地網狀態數值評估6.1 前言6.1.1 CDEGS軟件的簡介CDEGS是Curret Distribution、Electromagnetic Field、

40、Grounding and Soil Structure Analysis（電流分布，電磁場，接地和土壤結分布）的縮寫，它是由加拿大SES公司（Safe Engineering Services&Technologies Itd安全技術工程服務有限公司）出品。該軟件為接地、電磁場、交直流電磁兼容，以及陰極保護等問題服務，具有多種組件高度集成以及多功能的通用軟件工具，它可以計算在正常運行、故障、雷擊，以及操作暫態條件下，任意由地上或地下的帶電導體所組成網絡中的電流和電磁場，其中土壤結構可以是非均勻的多種類型的土壤結構，導體可以是裸導體、帶絕緣層的管道或在管道中的電纜。目前CDEGS軟件包具有RE

41、SAP、MALT、MAIZ、SPLITS、TRALIN、HIFREQ、 FCDIST、FFTSES共計8個功能模塊。（1）RESAP（Rsistivit Apparente，電阻率分析）RESAP主要功能即土壤電阻率計算和土壤結構分析。通過測量所得的視在土壤電阻率，計算得到等效的土壤結構，包括不同層的厚度和該層相應的土壤電阻率。輸入數據是采用四極法測量所得的視在土壤電阻率和相應的極間距，必要時還可以輸入電極入地深度。根據土壤結構的具體特點，RESAP可以將土壤等效為水平分層、垂直分層以及經常在輸電線路參數計算中用到的土壤電阻率隨深度指數變化的指數分層土壤結構。（2）MALZ（Mise La Z

42、erre接地計算和分析）MALZ的主要功能即高頻條件下的接地計算和分析。通過對接地網的頻域特性分析得到：空間電磁場分布、導體與土壤電位分布、導體中的電流分布。適合于分析那些與較大導體網絡相鄰的且有外護層的管道之間的相互作用, 此時整個導體網絡不能簡單地看作是等電位。還可以用于分析接地網絡的頻率響應特性以及導體的陰極保護研究。MALZ的輸入數據包括：土壤結構；接地極和其它地下敷設的金屬裝置的尺寸（圓柱體或等效圓柱體）、位置，以及護層的尺寸和電阻率；注入電流的幅值、波形（頻率、相位），以及電流注入點的位置。（3）SPLITS（ Simulation of Power Lines，Interconn

43、ections and Terminal Stations，線路和所相連的變電站回路模擬）詳細模擬變電站和連接變電站的線路，進行平衡或不平衡(包括短路)條件下不同導體的電流分布計算。對線路的模擬包括線路桿塔接地電阻，對變電站的模擬包括母線、接地裝置和變壓器，就變壓器而言，可以模擬單相、三相變壓器，可考慮繞組接線方式。繞組可以是雙繞組或三繞組，并可模擬自耦變壓器。（4）TRALIN （TRAnsmission LINes，輸電線路）對電力載流導體(包括地面以上的導線、地面以下的電纜和管線)的電氣參數，進行靜電感應、電磁感應的分析計算，并且可以計算靜電電位和電位梯度。計算任意條不同規格的輸電線路或

44、配電線路，不同導體的空間位置可以任意布置，在所計算的情況中，可以同時存在電纜、管線、多股導線組成的導體；對于裸導體，有絕緣層的導體，在地面以上的、或在土壤中的導體情況均可以計算；同時可以考慮土壤結構不均一的特性。（5）HIFREQ（High Frequence，高頻分析）計算地面以上和地中導體的電流分布，根據導體電流分布結果進行地面以上空間和地中由軟件使用者指定區域的電場、磁場和電位(包括導體的電位)。其中電源的模擬可以采用電壓源或電流源，而且可以采用外部電場的方式；另外，可以模擬電阻、電感和電容等集中參數；HIFREQ的計算頻率可以從0Hz到幾十MH2；可以定義導體處于無限大介質，或敷設于均

45、一或兩層土壤中；空氣、土壤和導體的電阻率、介電常數和相對磁導率可以是任意值。（6）FCDIST （Fault Current Distribution，故障電流分布）主要功能和SPLITS基本相同，模擬變電站和連接變電站的線路，進行不同導體的電流分布計算。其特點是模擬相對簡化，例如采用單相等值參數和地線模擬實際的帶地線的三相線路，線路檔距、桿塔接地電阻在同一個算例中必須一樣。這樣處理的結果是和實際情況有一定差距，但在滿足工程需要的基礎上減少了工作量，提高了研究、解決問題的速度。（7） FFTSES（Fast Fourier Transform SES，SES中的FFT變換）FFTSES是MAL

46、T、SPLITS和HIFREQ等頻域相關模塊的輔助模塊。在FFTSES中通過傅立葉變化和傅立葉反變換，幫助用戶進行頻域的暫態分析，以及實現頻域和時域的轉換。對于具體的工程實際問題，可能要運用以上8個模塊中的一個或幾個，以取得滿意的分析結果。6.1.2 CDEGS軟件在變電站接地網狀態數值評估中的應用變電站接地網狀態數值評估主要是基于CDEGS軟件，根據實際接地系統的結構，采用測量分析得到的分層土壤模型，分析分層土壤模型下接地系統的電氣參數。主要內容包括：（1）對運行變電站接地阻抗測試結果以及分流對運行變電站接地阻抗測試結果的影響的影響進行詳細計算研究，通過軟件計算和實測結果對照，驗證CDEGS

47、軟件仿真模型的可信性，給出變電站接地阻抗值；（2）確定變電站最大入地故障電流及其分布情況；（3）以整個變電站場區為研究對象，計算實際接地系統在接地短路時地網接地導體的電位升高，是否滿足二次設備安全的要求；（4）計算變電站跨步電壓Us和接觸電壓Ut分布情況，對比測試結果和跨步電壓Us和接觸電壓Ut的限值，判斷變電站Us、Ut的分布情況，分析和評估在地表產生的接觸電壓和跨步電壓是否滿足人身安全要求。軟件變電站接地網狀態數值評估中應用的基本流程如圖6-1，箭頭方向指數據的輸入方向，括號內的字符串指計算所要采用的模塊。圖6-1 CDEGS軟件在評估中應用的基本流程6.2 接地網接地阻抗仿真計算與測量結

48、果的比對驗證6.2.1 接地網接地阻抗仿真計算根據500kV硯都變電站接地網設計圖，利用CDEGS軟件中的MALZ（接地網分析）模塊和第五章中的土壤分層計算結果，對接地網的接地阻抗進行了計算。根據地網竣工圖建立的地網導體矩陣拓撲圖如圖6-2所示。圖中，主地網面積近60000m2，共使用22熱鍍鋅圓鋼18000m，長度2.5m的50505的熱鍍鋅角鋼250根。基建時由于接地電阻難以達標，向站外共增設了39根延長接地線（其中兩根沿進站道路兩邊敷設至200m外），同時在主接地網邊緣的四周以地面夾角25向外低洼方向打了11口斜井，每口斜井長度約120m，在每口井內均勻放置4套DKAC電解離子接地極。投

49、產時地網接地電阻測量值為0.446。（a）俯視圖（b） 450角俯視圖（c） 剖面側視圖圖6-2 500kV硯都變電站接地網示意圖MALZ模塊的地網導體矩陣要求導體是圓柱體，故需要對地網導體做等效，見表6-1，等效方法參見解廣潤著電力系統接地技術。表6-1 地網導體等效結果原始參數等效參數水平接地導體熱鍍鋅圓鋼，約18000m，22mm，熱鍍鋅圓鋼，約18000m，22mm，垂直接地極角鋼，250根，50505 mm ，長度2.50m圓柱體鋼棒，250根，長2.5m、54mm用CDEGS軟件附帶SESCAD模塊中輸入導體參數和土壤結構，直觀畫出地網導體的拓撲圖。計算得500kV硯都變電站接地電

50、阻為0.6545W，電抗為0.0243W，阻抗值為0.6550W。6.2.2 仿真計算與測量結果的比對驗證500kV硯都變電站帶出線避雷線的地網接地阻抗實測值為0.186W，采用基于實測站址分層土壤電阻率結構分析的CDEGS軟件仿真計算結果為阻抗值0.655W，分析以上數據差距的主要原因有以下幾個方面：（1）考慮出線地線分流，第二章的測試值比真實值要小。根據實測出線地線分流系數后，剔除分流影響后的接地阻抗算術換算值（只考慮模，不考慮分流與注入電流的相角差，因為500kV變電站現場與出線避雷線有金屬連接的構架多達近百根，相角差測量不現實，且流過構架的電流存在部分自環流，不能全部反映避雷線的分流）

51、，即修正的接地阻抗測量實際值為0.186/(1-69.62%)=0.6122W，與計算得到的接地阻抗（0.6550W）相差-6.99%；通過CDEGS的FCDIST模塊計算得分流系數為75.0%（計算過程詳見第6.3），與實測的分流系數（69.62%）相差-7.72%，從地網的接地阻抗值和地線分流值兩個方面驗證了CDEGS軟件仿真模型的可信性。（2）土壤電阻率測量中的誤差，導致土壤分層計算中土壤結構與實際情況可能存在差別，使計算出的接地阻抗值與實際值有差別。考慮現場測試有眾多干擾因素，而CDEGS模擬計算對土壤水平分層結構等效，能更好反映地網的真實情況，故取模擬計算值0.655W作為500kV

52、硯都變電站接地網狀態評估的接地電阻值，該值超過變電站設計和運行要求值（0.50W）。6.3 單相接地短路電流計算6.3.1 調度短路電流計算結果500kV硯都變電站各線路的線路參數和短路電流情況以及架空地線參數分別如表6-3和6-4所示（單相接地短路電流由廣東電網電力調度中心計算得到）。表中I500kV指500kV母線單相接地短路時，500kV、220kV線路提供的短路電流及主變500kV側中性點電流；I220kV指220kV母線單相接地短路時，500kV、220kV線路提供的短路電流及主變220kV側中性點電流。表6-3 500kV硯都變電站出線線路參數和單相短路電流計算結果序號線路名稱長度

53、(km)平均檔距(m)終端塔型號導線規范地線規范對側變電站名對側變電站接地阻抗值(W)I500kV（kA）I220kV（kA）1硯花甲138.98450SJCD274-26/28/29/304ACSR-720/50LGJX-150/35LGJ-150/35花都0.4503.9157.60.5537.12硯花乙3.9157.60.5537.13硯西甲46.42407SJCD274-24/25/264LGJ-400/35，ACSR-720/50LGJX-150/35JLB2-40-7西江0.2067.7250.31.60-10.44硯西乙7.7450.31.61-10.45蝶硯甲148.49464SJDG374-25/29/32/334LGJX-630/50LGJX-150/35LGJ-150/35蝶嶺0.4552.9562.50.5767.06蝶硯乙2.9562.50.5767.07硯肇甲1.34335SJCD274-22/23/24/254ACSR-720/50LGJ-95/55JLB2-40-7肇慶換流站0.4793.6482.51.63123.18硯肇乙3.6482.51.63123.1500kV線路提供的總的故障電流35.67