发电厂变电站接地.ppt

1、第2章发电厂、变电站接地,2.1 概述 发电厂、变电站接地的用途： 防雷接地、工作接地、保护接地三合一 发电厂、变电站接地的型式： 外缘闭合中间敷设若干均压导体为主的水平接地网 特点：地网面积大；入地故障电流或雷电流可能很大 随着电网的发展，特别是发电厂、变电所内微机保护、综合自动化装置的大量应用，这些微电子元件对接地网的要求更高，地电位的干扰对监控和自动化装置的影响不得不引起人们的重视,发电厂和变电所的接地网必须着重解决的问题,(1)接地网的接地电阻问题，因为它直接关系到工频接地短路和雷电流入地时地电位的升高。 (2)地网均压问题，特别是接地网的局部容易向电缆沟内的电缆产生反击造成控制保护设

2、备的损坏引发恶性事故， (3)设备接地问题，特别严重的是有的防雷设备，如避雷线、避雷器的接地不好，会产生很高的残压和反击过电压 (4)接地线的热稳定问题，如果接地线的热稳定达不到要求，在接地短路电流流过时，就会把接地线烧断，造成设备外壳带电，还容易发生高压向保护和控制线反击。 (5)接地网的腐蚀问题，由于接地装置在地下运行，故运行条件恶劣，特别是在一些潮湿和有害气体存在的地方，或土壤呈酸性的地方最容易发生腐蚀。腐蚀接地网的电气参数会发生变化，甚至会造成电气设备的接地与地网之间，地网各部分之间形成电气上的开路。,2.2 发电厂、变电所地网的设计总原则,2.2.1对接地电阻的要求 1大接地短路电流

3、系统（110kV以上有效接地系统和6-35kV低电阻接地系统） (1)一般情况下，接地装置的接地电阻应符合下式要求 式中 R考虑到季节变化的最大接地电阻，一般应小于0.5 I流经接地装置的入地短路电流，A： (2)当接地网的接地电阻由于受条件限制，比如土壤电阻率较高等，可适当增大接地电阻，但不得大于5,2小接地短路电流系统（不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统）,(1)高压与发电厂、变电所电力生产用低压电气装置共用的接地装置,但不应大于4 (2)高压电气装置的接地装置,但不宜大于10 ，在高土壤电阻率地区的接地电阻不应大于30,2.2.2发电厂、变电所的接地网均压要求,(1)在110kV及以上

4、有效接地系统和635kV低电阻接地系统，发生单相接地或异点两相接地时，发电厂、变电所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值,（2）小接地短路电流系统,(3)在条件特别恶劣的场所，例如水田中，接触电位差和跨步电位差的允许值应适当降低。,2.2.3地电位反击,在高土壤电阻率地区，R较大例如：为，当达到2000时，接地电位升可达到10000.引起转移电势问题 发电厂、变电所中高电位引出（三相四线制低压线路）和低电位引入（通讯线路）。 主要防范措施：隔离；加装SPD 1)为防止转移电位引起的危害，对可能将接地网的高电位引向厂、所外或将低电位向厂、所内的设施，应采取隔离措施。例如：对外的通信设

5、备加隔离变压器；向厂、所供电的低压线路采用架空线，其电源中性点不在厂、所内接地，改在厂、所外适当的地接地：通向厂、所外的管道采用绝缘段、铁路轨道分别在两处加绝缘鱼尾板等等。 2)考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，发电厂、变电所内的3-10kv阀式避雷器不应动作或动作后应承受被赋予的能量。 3)设计接地网时，应验算接触电压和跨步电压,2.3发电厂、变电所接地网的设计步骤和方法,一、资料收集 (1)厂、所的规模，即发电厂、变电所的规模大小，如发电厂的装机台数、容量、电压等级。变电所的主变压器台数、容量、电压等级，进出线路回数，发电厂、变电所占地面积大小等。 (2)发电厂、变电所所处

6、位置的地形、地势、土质情况、土壤酸碱度等。 (3)如为新建厂、所，应首先测量不同深层土壤的土壤电阻率，如为山坡地形，还要在不同的方位、不同的方向进行测量，从而找出沿横向、纵向和不同深层的土壤电阻率。 (4)厂、所的最终建设规模、分几期建成以及当地电网的5、10年规划。 (5)气象资料收集，主要是降雨情况、长年土壤干湿变化情况、雷电活动情况日、落雷密度和雷电强度等。 (6)进出线情况有几回进出线，有无避雷线及线路所经过的区域等。 (7)环境资料，主要是了解当地钢铁的腐蚀情况。,二、计算设计1计算应达到的接地电阻,首先应根据发电厂、变电所的规模、电压等级、系统接地方式和电网510年发展后系统的接地

7、短路电流值，利用式 来计算应达到的接地电阻值。 2计算工频接地电阻 根据发电厂、变电所的规模，占地大小一次设备和厂房的布置情况来设计接地网的形状和均压带的布置方式，并根据自然接地体和人工接地网的大小，来计算工频接地电阻值。,3确定地网形式,如属于发电厂和大中型地网应采用方孔地网；35kv及以下小规模变电所的接地网可采用长孔地网，水平均压带的间距可采用312m，可等间距布置，也可不等间距布置还要看一次设备的分布情况，以有利于设备接地为好。 4。接地网的布置 电厂、变电所的接地装置应充分利用自然接地体 对发电厂和变电所，不论采用何种形式的人工接地体，如井式接地、深钻式接地、引外接地等，都应敷设以水

8、平接地体为主的人工接地网。对面积较大的接地网，降低接地电阻主要靠大面积水平接地体。它既有均压、减小接触电势和跨步电势的作用，又有散流的作用。 防雷接地装置可采用垂直接地体作为避雷针、避雷线和避雷器附近加强集中接地和散泄雷电流之用。 人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。接地网内应敷设水平均压带。接地网的埋深一般采用0.6-1.0m。在冻土地区应敷设在冻土层以下。 接地网的边缘经常有人出入的走道处，应铺设砾石、沥青路面或“帽檐式”均压带。,5接地体的选择,人工接地体的规格：水平敷设的接地体可用镀锌圆钢、扁钢垂直接地体，用镀锌钢管、角钢等。接地体和接地引

9、下线的截面应符合热稳定要求。 敷设在大气和腐蚀条件场所的接地体和接地引下线，应根据腐蚀的性质经过技术经济比较后采取合适的措施 接地装置的使用寿命应和地面设备相一致一般取2530a,7接地装置的敷设,(1)为了减少相邻接地体的屏蔽作用垂色接地体的间距不宜小于其长度的2倍水平接地体的间距不宜小于5m： (2)接地体与建筑物的距离不宜小于15m。 (3)围绕屋内外配电装置、主控制楼、主厂房及其他需要装设接地网的建筑物，敷设环形接地网。这些接地网之间的相互连接不应小于两根干线。 为了确保接地的可靠性，接地干线至少应在两点与接地网相连接。 (4)建筑物的墙壁敷设水平接地线时，离地面宜保持250300mm

10、的距离。建筑物墙壁间应有1015mm的间隙。 (5)接地线应防止发生机械损伤和化学腐蚀。在接地线引入建筑物的入口处，应设标志。,8设备的接地与地网的连接,(1)对发电机、主变压器、GIS开关设备、补偿电容器等主要设备要进行双接地，并与地网的不同两点相连接。 (2)对避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备的接地处要设置35根水平射线35根垂直接地极以加强集中接地 (3)对厂房、主控室、高压配电室、主变压器四周要设置环形水平接地带。 (4)对上下层设置的变电站、上层构架上的设备每隔10-15m用明接地引线接地。 (5)对室内分居布置的楼上设备的接地要每隔510m用专门设置的接地引线接入地网，室内还应设置

11、环形接地母线。 (6)电力设备每个接地部分应以单独的接地线与接地干线相连。 (7)设备的接地都要以单独的接地线接入埋在地中的地网，不能只接到电缆沟的接地带。,第三章输电线路杆塔接地,降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，减少线路雷击跳闸率的主要措施 为减小具有高频率，陡波头的雷击大电流的各种危害，必须设置冲击接地装置 不能再用恒定电场的理论研究,3.1冲击接地特性,3.1.1冲击接地电阻的物理意义 冲击电流或雷电流通过接地体流向大地时，接地体呈现的电阻叫冲击接地电阻。 接地电阻与工频接地电阻不同，其主要原因是冲击电流的幅值可能很大，会引起土壤放电，而且冲击电流的等效频率又比工频高得多。当冲击电流

12、进入接地体时，会引起一系列复杂的过渡过程，每一瞬间接地体呈现的等效电阻值都有可能有所不同，而且接地体上最大电压出现的时刻不一定就是电流最大的时刻。,冲击接地物理过程,冲击电流通过接地体的最初瞬间，冲击阻抗与接地体的稳态或工频接地电阻无关。这时接地体的波过程起主要作用，冲击阻抗等于波阻。 当波往接地体深处运动时，在波电流上将附加着土壤的传导电流，这时接地体的冲击阻抗主要由接地体的电感和土壤的电导来决定的。这个过程称为“电感一电导”泄流过程： 最后，当电流的变化率趋近于零，电感可以略去不计，冲击阻抗才表现出电阻的性质趋近于稳态或工频接地电阻。 对于集中接地体，只考虑电阻过程；一般电阻率地区的水平长

13、接地体，只考虑“电感一电导”泄流过程；特高电阻率地区的水平接地体还应考虑波过程、,火化效应,强大的冲击电流流入土壤后会形成很强的电场，使土壤发生强烈的局部放电现象。 一般土壤由于是不均匀媒质，所以其耐压强度只有85kVcm左右 实验表明：当单根水平接地体的电位为1000kV时，火花放电区域的直径可达70cm。实际常遇到雷电流总在10kA或数十千安以上，这时在土中形成的强烈放电可使土壤的等值电阻率大为减小，也可以认为不变但接地体的等值直径已大为增加，所以此时接地体的冲击接地电阻将比工频接地电阻小,冲击系数,冲击接地电阻Rch与工频接地电阻Rg的比值称为接地体的冲击系数。 对集中接地体来说， 一般

14、小于1，但对长度很大的延长接地体来说，由于其电感效应， 也可能大于1。 值一般由实验方法求得 在缺乏准确数据时，集中的人工接地体或自然接地体的冲击系数。可按下式计算,I冲击电流幅值kA； 土壤电阻率，km l垂直或水平接地体的长度或环形闭合接地体的直径或方形闭合接地体的边长，m； ,m与接地体形状有关的系数，对垂直接地体有0.9，m=0.8 ,对水平及闭合 接地体有=2.2，m0.9。,各种接地体的冲击系数,3.1.2冲击电流通过接地体散流的特性,(1)由于冲击电流相当于高频电流的情形，因此，除接地体的电阻外，接地体的电感和电容均对冲击阻抗发生作用。其作用的大小，决定于接地体的形状、冲击电流的

15、波形幅值以及地的电气参数和 (2)当接地体表面的电流密度达到某一数值时会产生火花放电现象其结果相当于接地体的直径加大。 (3)冲击电流在地中流动时，由于高频电流的集肤效应，不像直流电那样可以穿透无限深处的地层，也不像工频电流那样可以穿透地的有限深度，而是在距地面不太深的范围内流动。（ 当为100-500m时，大约在距地面20-50m范围内流动） (4)大地的两个电性能参数和 ，特别是大地电阻率在高频的情况下，并非像工频那样可以近似为常数，而是在很大程度的往减小的方向变化 (5)接地体周围的电场强度达到某一数值时，电压和电流不再是线性关系，而是表现为非线性。,3.1.3网格式地网的冲击接地电阻,

16、网格式地网在工频时，接地电阻与地网面积的平方根呈正比，这是因为电位分布均匀，全部地网的导体都起散流作用， 网格式地网在冲击电流作用下，由于电感作用，电位分布很不均匀，远处电位很低，只有电流注入附近小范围内的导体起散流作用,经理论和数学推导可以得出随着方孔地网的增大(为地网面积)，冲击接地电阻迅速下降到接近极限值，以为例，大约增大到,时，已下降到接近极限最小值，即再要用扩大地网面积的办法来降低冲击接地 电阻，其收效将甚微这也说明，不论地网面积有多大，它在冲击下的有效是有限的，在此有效以外地网的冲击电压已接近于o，,方孔地网的冲击接地电阻,3.1.4冲击电位分布,在独立避雷针附近和一些高层建筑物的

17、进出口处为了验算冲击跨步电势对人体的电击伤害，需要计算地面冲击电位分布。但由于受到接地体形状、地层电阻率和介电系数的分布以及雷电流波形和集肤效应等复杂因素的影响，要用解析的方法直接计算地面冲击电位的分布是比较困难的。因此常用试验的方法将测量的冲击电位分布和工频电位分布加以比较，以便得出冲击跨步电势的估算式。 试验证明：在接地体附近冲击电位的梯度比工频电位的梯度大这是因为冲击电流通过接地体时，接地体附近的阻抗区除有与工频电流相似的电阻分量外，由于磁场和集肤效应的作用，还包括了较为显著的与频率有关的电阻和电感分量，故电位梯度较大；离开接地体愈远，由于电流通过的地层截面增大，这一分量所占的比例显著减

18、小，因而地面冲击电位分布和工频电化分布相似。这种相似性提供了用测量工频接地电阻的方法来测量冲击接地电阻的可能性。,在距避雷针接地体3m的范围内，由于冲击电位梯度大，对人体有危险的是由跨步电压引起的电击伤害。 因此，独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面。 针对冲击电流的冲击电位分布情况，对发电厂、变电所的接地网应采取针对性的措施。如：改善地网的均压；在防雷设备，如构架避雷针、避雷线和避雷器的接地处，加强集中接地；对电缆沟要另附均压接地带，并每隔5m与电缆沟内的接地扁钢相连一次，对二次电缆，特别是屏蔽电缆

19、的一点接地要正确。 试验证明：屏蔽电缆的一点接地要选在低压控制仪器处，而在被控制的一次设备处悬空；反之，就可能把接地网的局部电位升高产生的高电压经屏蔽电缆的接地引到控制仪器，再经电容的藕合作用而将控制仪器击坏。,3.2外引接地装置,在高土壤电阻率地区为了有效地解决接地电阻过高问题，往往采用外延接地的办法来降阻，比如采用水平外延放射线来降低杆塔或发、变电所的接地电阻，如附近有可以利用的低土壤电阻率的地方可以用外延地网来降阻，这对降低工频接地电阻是行之有效的，但对冲击电流来讲，由于冲击电流的频率较高就应该考虑外延接地体的电感、电容效应问题，而不能无限制的外延。 从杆塔或发变电地网的中心(或主设备接

20、地处起)到外延地网的中心距离称为外延长度。,最大外延长度,GB50057-94中相应的内容,第434条 第一款，IEC的81（Secretariat）131984年1月的文件（TC81第4工作组的进展报告），在其附件（防雷接地体的有效长度）中提及：“由于电脉冲在地中的速度是有限的，而且由于冲击雷电流的陡度是高的，一接地装置仅有一定的最大延伸长度有效地将冲击电流散流入地”。在该附件的附图中画出两条线，其一是接地体延伸长度最大值lmax，它对应于长波头，即对应于闪击对大地的第一次雷击；另一是最小值lmin，它对应于短波头，即对应于闪击对大地在第一次雷击以后的雷击。将lmax和lmin这两条线以计算式表示，则可得出：lmax4 和lmin0.7 ，取其平均值，得 本款参考以上及其它资料，并考虑便于计算，故规定了“外