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北极星电力网技术频道 作者:3 2007/12/21 14:08:03
摘要：根据电力部通报的几次由于接地网问题引起的接地装置扩大事故的原因及分析，并结合保定供电公司地网检查中发现的问题，对地网改造的几个技术问题进行了探讨，并提出了建设性意见。
关键词：接地装置；热容量；腐蚀；变电站；接地网
近年来，国内许多地区连续发生多起因接地网不满足要求而引起的设备损坏事故。1985年东北某电厂66kV系统C相接地，弧光过电压使一条出线隔离开关闪络，构成两相异点接地短路，线路跳闸重合不成，使刀闸弧光蔓延到刀闸两侧形成三相弧光短路。短路电流将接地引下线烧断8处，高压进入直流系统和二次回路导致全部电源开关跳闸，全厂停电。全国还发生多起同类地网事故。
1保定供电公司地网腐蚀情况
为了摸清保定供电公司地网的腐蚀情况及存在的问题，从1999年起对南郊、高碑店、雄县、上陈驿、定县等运行20a以上的变电站地网进行了挖掘检查，经检查发现如下问题。
a.接地引下线热容量不够公司大部分变电站设备采用的接地引下线为ø12mm圆钢，部分设备甚至用ø8mm圆钢,而且个别站同一电压等级设备的接地引下线规格不齐，并有多点焊接。
b.接地引下线与水平地线截面配合不当高碑店220kV部分接地引下线截面ø22mm圆钢，而接地引下线与地网干线相连的地线截面却为ø12mm圆钢；10kV母线桥接地引下线为ø10mm的圆钢，主网为40×4mm扁钢。
c.没按图纸施工，接地引下线连接不合理东北郊变电站地网施工图为对称布置，是与西北角相对应的东北角上一条主干线，开挖检查却找不到。部分设备接地引下线不是直接引到主网，而是经过操作机构再引到主网，或就近与其它设备接地引下线相连，甚至有部分设备接地引下线直接引进电缆沟内扁铁上。
d.后期工程的接地引下线没有与一期工程主地网相连接容城220kV变电站二期工程#1变压器中性点没有与主地网相接；#1变压器本体与底座基础相连，但底座基础没有与主网相连，该主变长期运行在本体及中性点没有有效接地的情况下，侥幸在运行期间没有发生接地故障，并及时发现事故隐患。高碑店117、118、119间隔，南郊2210间隔均为新增间隔，刀闸与开关接地线相连，成独立网，没与主地网连接。
e.部分接地网（线）腐蚀严重电缆沟接地扁钢比土壤中的腐蚀严重；土壤中的接地引下线比水平敷设的主接地网干线腐蚀严重。如水源电缆沟内扁铁多处锈蚀50以上，甚至有几处已经锈断。
f.重要设备未能保证多于一点接地。
2改进地网的技术措施
以上问题的存在，严重威胁着电力系统的安全运行，如不加以解决将会出现类似东北某电厂的地网扩大事故。近几年部分单位实施了地网改造工程，从改造方式上看，大致可分为全面改造型和局部加强型两种方式。所谓全面改造就是对整个地网进行重新设计，重新敷设；加强型改造即仅对接地引下线增大截面或水平地网同时增加几条均压带。现针对地网改造中存在的问题，提供几点改进意见。
2.1接地网截面的选择
首先接地装置的截面选择要满足热稳定的要求，验算热稳定的关键是确定短路电流作用的时间，此问题应该结合保护的可靠性、施工情况、经济情况进行综合考虑。美国接地导则建议取热稳定校验时间为3s，即与开关电器的热稳定核验时间相同，且取材多为铜质。旧规程（SDJ8-1979）规定接地装置热稳定校验时间取主保护动作时间，但实践中发生很多次烧毁接地网事故，都是发生在主保护失灵的情况下。新规程（DL/T621-1997）规定有效接地系统接地装置热稳定校验时间应该取主保护动作时间加上失灵保护动作时间；不接地、消弧线圈接地和高阻接地系统接地装置热稳定校验时间应该取2s，即第一后备保护动作时间。
因为220kV系统在电网中的地位比较重要，一般配有两套保护，主保护的可靠性比较高。第一后备保护与主保护的时间间隔比较长，以第一后备保护确定的截面比按主保护确定的截面大得多，甚至到了设计和施工部门难以接受的程度。所以220kV系统接地装置的热稳定校验时间宜取主保护时间加上失灵保护动作时间。一般情况下，220kV变电站母线和出线的瞬动主保护配有断路器失灵保护，当某台断路器拒动时，经过0.3～0.5s跳开全部相关的断路器隔离故障点，同时考虑断路器的固有分闸时间和灭弧时间约为0.1s，所以考虑断路器拒动的情况存在，220kV有效接地系统接地装置的热稳定校验时间宜取0.6s。该公司220kV系统接地装置改造的热稳定校验时间取1s。110kV及以下变电站一般为普通降压变电所，属于不接地、消弧线圈接地系统，在电网中的重要性相对低一些，保护的可靠性要差一点，这些变电站按第一后备保护考虑所确定的截面比按主保护考虑所确定的截面增大较小，设计和施工部门比较容易接受，所以，为了防止接地装置扩大事故，110kV及以下系统热稳定校验时间宜按第一后备保护考虑。查阅有关资料，110kV及以下系统第一后备保护时间一般均限制在2s以内。该公司110kV系统接地装置改造的热稳定校验时间取2s。
2.2接地极截面的选择
从8座变电站的地网开挖检查结果来看，圆钢的腐蚀截面要小于扁钢。因为在相同的导电截面下，圆钢的表面积要小于扁钢，即在同样潮湿的土壤中，同样截面的圆钢与土壤接触的面积小于扁钢与土壤接触的面积，受潮湿土壤的腐蚀程度要小于扁钢。同时，从施工角度来说，圆钢易于机械加工，可向任何方向转变角度，相对而言扁钢受局限。在设计、施工中建议采用圆钢。
2.3设备接地引下线截面与主网干线截面的配合
旧规程（SDJ8-79）上并没有明确规定配合关系，按旧规程设计的变电站，接地引下线截面一般都小于主地网干线的截面。在发生短路故障时，流过接地引下线的电流是全部的故障电流，而地网干线有分流作用，流过接地引下线的电流是主接地网干线的2倍，较小的截面承受全部的短路电流，成为地网中的一个薄弱环节，我国大部分地网事故，往往是短路电流先将接地引下线烧断，从而导致故障扩大。所以接地引下线截面不应小于地网干线截面。新规程（DL/T621-1997）中明确规定：在未考虑腐蚀时，接地装置接地极的截面不宜小于连接至接地装置的接地线截面的75。在考虑腐蚀的情况下，接地装置接地极的截面不宜小于连接至接地装置的接地线截面。该公司变电站地网改造中接地极的截面与接地引下线的截面相同。
2.4设备接地引下线的连接
很大一部分设备的接地引下线引到电缆沟内的扁铁上。电缆沟扁铁只有几点与主网连接，在短路故障时，短路电流经电缆沟接地体流向主网，如果故障点距主接地网干线连接点较远，故障点的电位将会被抬得很高，对二次回路构成威胁。故不能将设备接地引下线连到电缆沟内的接地扁铁上。同时应该说明的，电缆沟内的接地带应多处与地网主干线相连，沟内电缆支架与接地带连接应可靠，这样可以沿途分流，避免大电流集中，避免电缆两端出现高电位差。
另外，接地引下线通过传动部分接地更不可取，传动部分的接触面积具有分散性，不能保证有效地传导故障电流；而且传动部分时常有人操作，有故障电流经过时会危及操作人员的人身安全。
2.5主要设备多点接地
主变本体及中性点接地引下线、带有二次线的一次设备接地引下线应与不同主网干线可靠相连，且连接线应不少于两根。这样一方面减少接地引下线的波阻抗，从而减少局部电位升高，另一方面可以起到互为备用的作用。因为设备接地引下线在地中与地网焊接不良，甚至漏焊，腐蚀断线的情况较多，且在运行中不易被查出，因此互为备用十分必要。
2.6接地网主干线结构
我国大部分地区接地网主干线都是长孔形布置，高压设备沿电缆沟布置。根据地网事故分析可知，接地网的网孔不只限于设备本身的接地和满足接触电势、跨步电压的要求，还要满足设备接地点与主变中性点有多路通道的要求，因此从增加短路电流散流通路，改善电位分布出发，建议将目前以长孔为主的接地网设计，改为以方孔为主，或将接地引下线接到两侧的水平地线上，形成不规则的方格网孔。均压带的交叉点应可靠连接，便于地网的散流，但规程上没有明确规定。
2.7严禁使用预应力水泥杆的钢筋作接地引下线
对利用预制水泥杆内钢筋作为接地引下线的情况，由于内部钢筋焊接情况以及钢筋的材质不易检查，建议采用专门的接地引下线。
2.8防腐措施
从安全经济方面考虑，接地网应根据不同部位腐蚀特点采用必要的防腐措施，新敷设的接地网要特别注意接地体的防腐能力，钢材本身要作防腐处理，如热镀锌；焊接处应去掉焊渣后，涂厚度2mm左右的沥青；电缆沟相对湿度较大，构成电化学腐蚀条件，故电缆沟内的扁铁除采用镀锌防腐外，还应从降低电缆沟湿度出发减缓腐蚀。防腐的另一项措施是水平地线回填土要夯实，从地网开挖发现腐蚀严重处大都是与地线有空洞或不紧密的地方，而土块紧粘在扁铁外的腐蚀就比较少。
2.9关于新旧地网连接
目前规程及资料没有这方面的介绍，有人认为新旧地网并联后彼此存在屏蔽作用，不赞同新旧地网并联。该问题可从两个方面考虑，一方面，由电力系统接地技术理论可知，当变电站占地面积为A时，那么当该面积内全部铺满钢材，即地网成为一面积为A的金属板时，其接地电阻可达最小值；反之，把水平接地体减少到只剩一个勾划出地网轮廓的外框时，其接地电阻将达最大值。而新旧地网并联相当于向金属板地网靠近，故其接地电阻应为减小趋势；另一方面，两根均压带并联后，因互相屏蔽的缘故，总的电阻不是单根的一半，而是要大一些，其利用系数仍为0.9，并联后总电阻接近单根的一半。从以上两方面看出，新旧地网应该并联。湖北省电力公司“关于220kV及以上变电站重点反措的补充规定”中规定：地网改造要求另外敷设新接地网及设备接地引下线同时保留原接地网，而且要求新接地网在地中要紧紧贴靠老接地干线敷设焊接。
2.10施工中的注意事项
在实施接地网改造时，施工的管理和检查对于保证质量十分重要。因此必须按图纸施工，同时接地扁铁之间的焊接质量也不容忽视，首先要保证搭接面积，严禁点焊，必要时可以在焊接处搭接一根相当于扁铁截面的圆钢，圆钢长度要大于其直径的12倍；其次在折弯处禁止采用高温加热处理，因为高温加热后，钢铁的有效截面发生变化，不能保证足够的通流量，易形成薄弱环节；另外，禁止设备接地引下线串接，以防某处地线断开时，造成后面串接设备失地。为避免遗留事故隐患，地网回填土之前必须经专业人员验收，验收资料及改造图纸存档待查。
3结论
a.220kV中性点有效接地系统接地装置热稳定校验时间应该取主保护动作加上失灵保护动作时间；110kV及以下小电流接地系统接地装置热稳定校验时间应该取第一后备保护动作时间。
b.在设计、施工中建议接地装置截面宜采用圆钢。
c.设备的接地引下线截面不应小于地网干线截面。
d.设备接地引下线必须就近直接引到地网主干线。不得串接或通过其它装置引至地网。
e.将目前以长孔为主的接地网设计，改为以方孔为主，或将接地引下线接到两侧的水平地线上，形成不规则的方格网孔。
f.采用专门的接地引下线，严禁使用预应力水泥杆的钢筋作接地引下线。
g.主变本体及中性点、带有二次线的一次设备应多于一点接地。
h.接地引下线地下部分、电缆沟内的扁铁、焊接处、垂直接地极必须采取防腐措施。
i.敷设新接地网及设备接地引下线同时保留原接地网，而且要求新接地网在地中要紧紧贴靠老接地干线敷设焊接。
j.必须按图纸施工，严格执行隐蔽工程验收制度，保证施工质量。
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