垂直接地極對電氣性能的影響

1、摘要：確保高土壤電阻率地區(qū)發(fā)變電站接地系統(tǒng)的安全性是電力部門關心的問題將接地系統(tǒng)向縱深方向發(fā)展是解決高土壤電阻率地區(qū)及城區(qū)地網(wǎng)安全性的重要措施。采用數(shù)值計算方法分析了垂直接地極對接地系統(tǒng)的接地電阻、接觸電壓及跨步電壓等的影響。分析表明增設垂直接地極能有效減低接地系統(tǒng)的接地電阻、減小發(fā)變電站的接觸電壓和跨步電壓、減小季節(jié)因素對地網(wǎng)安全性的影響。但在有限的地網(wǎng)面積范圍內(nèi)布置過多的垂直接地極時垂直接地極的效果將趨于飽和。分析結果能為電力設計及

2、運行部門提供參考。發(fā)變電站良好的接地是電力系統(tǒng)安全運行的根本保證。隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提高和系統(tǒng)容量的不斷增大接地故障電流和發(fā)變電站接地網(wǎng)的面積也不斷增大生產(chǎn)運行部門對于降低地網(wǎng)接地電阻、接觸電壓和跨步電壓保障電力系統(tǒng)安全、可靠運行的呼聲越來越高。要確保人身和設備的安全維護電力系統(tǒng)的可靠運行需要改變僅強調(diào)降低接地電阻的傳統(tǒng)觀念樹立主要考慮地面接觸電壓和跨步電壓所帶來的危害這一新概念。在土壤電阻率較低接地網(wǎng)面積限制相對寬松的地區(qū)降低

3、接地電阻、接觸電壓及跨步電壓并不是特別困難。但是許多山區(qū)或周邊環(huán)境比較惡劣的變電站所處位置的土壤電阻率比較大某些建在城市中的變電站接地系統(tǒng)設計則受到面積限制。如何在這些土壤電阻率高、接地網(wǎng)水平擴張裕度有限的地區(qū)使變電站地網(wǎng)設計能夠確保設備及人身安全則是許多人都關心的問題。針對工程實際中的具體問題把設計思路僅僅局限于水平地網(wǎng)顯然是不合適的將接地系統(tǒng)向縱深方向發(fā)展是設計的必然思路。實踐也證明增設垂直接地極對于降低地網(wǎng)接地電阻、接觸電壓和跨步

4、電壓是一種行之有效的方法。為了減小水平地網(wǎng)對垂直接地極的屏蔽作用垂直接地極一般布置在水平地網(wǎng)的外圍與外圍接地導體相連。垂直極根數(shù)變化對地網(wǎng)接地電阻的影響:其它條件不變接地系統(tǒng)的接地電阻R隨垂直極根數(shù)N的增加而降低當布置的垂直接地極根數(shù)達到一定數(shù)量時接地電阻R的減小趨于飽和其主要原因是垂直接地極間距減小后相互之間屏蔽作用增強的緣故。另外垂直極顯然對水平網(wǎng)散流有抑制作用。即添加垂直極后接地系統(tǒng)總的接地電阻并不是垂直極與水平網(wǎng)的接地電阻的簡單

5、并聯(lián)而是存在一個屏蔽系數(shù)垂直極的根數(shù)越多屏蔽系數(shù)越大。增設垂網(wǎng)格間距為15m土壤電阻率ρ2=200Ω.m水平導體半徑r1=0.011m埋深為0.8m垂直極長度L=50m半徑r2=0.02m。假設表層由于冬季冰凍作用導致電阻率增加的土壤深度h為1.0m當其電阻率隨季節(jié)變化時接地電阻隨季節(jié)變化的曲線如圖4所示其中實線是沒有垂直接地極時的接地電阻虛線是增設8根半徑為r2=0.025m的垂直極后的接地電阻沒有垂直接地極的接地電阻R1隨著上層土壤

6、電阻率的增大而增大。取上層土壤電阻率為50～800Ω.m這一常見范圍僅僅表層1m深土壤的電阻率的變化就可以導致接地電阻從0.55Ω增加到0.8Ω增幅達45%。而當增設8根深度為50m的垂直接地極以后如上節(jié)討論結果由于相當一部分故障電流經(jīng)由垂直極流入大地因此接地系統(tǒng)接地電阻受上層土壤電阻率變化的影響將會顯著變小。采用半徑為0.025m的鋼管接地電阻在同樣的土壤電阻率變化情況下僅從0.5Ω增大到0.575Ω。上面討論的是下層土壤電阻率固定為

7、200Ω.m時的情況當下層電阻率與上層電阻率的比值不同時情況會有所不同。一個基本的原則是:上層電阻率變化對于整個接地電阻變化的影響取決于水平網(wǎng)與垂直接地極之間的泄漏電流分配情況。當下層電阻率相對較大泄漏電流分配比例較小季節(jié)系數(shù)就較大反之季節(jié)系數(shù)就較小。結論：1)將接地系統(tǒng)向縱深方向發(fā)展是提高高土壤電阻率地區(qū)及城區(qū)地網(wǎng)安全性的重要措施。2)增加垂直接地極能有效地降低發(fā)變電站接地系統(tǒng)的接地電阻但在有限面積的接地網(wǎng)上布置過多的垂直接地極時降阻