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机房防雷接地工程设计方案

  以浙江石油化工有限公司舟山绿色石化基地厂区220kV变电站的实际工程数据为例,详细阐述变电站接地网接地电阻的计算和校验方法,采用软件计算接地网的接地电阻,并对地电

  近年来,伴随着我们国家的经济的加快速度进行发展,电网规模逐步扩大,电压等级也逐渐升高,电力系统在不断的发展和进步,但电网出现故障时的接地电流也随之增大,接地电压也相应的慢慢的升高,不仅给日常巡检和故障维护人员带来了严重的安全风险隐患和危险,同时也会破坏电气设备绝缘,导致变电站开关跳闸、机组停机等连锁事故发生,严重威胁人民的生命财产安全。电气接地系统作为变电站不可缺失的一部分,对保障站内电气设备稳定可靠运行,站内外运维人员安全,具有很重要的作用。因此,合理布置变电站接地网,选择正真适合的接地导体,准确计算接地电阻和校验接触电压及跨步电压,使之满足相应的国家标准、安全标准,对变电站整体设计具有十分重要的意义。

  220kV鱼南变建设规模为:4×240MVA,4回220kV出线kV出线kV系统均采用双母线双分段接线kV鱼南变位于鱼山岛石化园区内,变电站位于中央大道与滨海南路交叉处西南角。220kV鱼南变北侧为2#管廊,便于110kV电缆出线 土壤电阻率测量

  根据《浙江石油化工有限公司4000万吨/年炼化一体化项目地块二岩土工程勘测考察技术报告书》,本次勘察在场地内进行了大地土壤电阻率测试,测试结果如表1所示。

  地下水含盐碱时土壤电阻率较小,垂直接地极可有效与低电阻土壤接触。综合上面讲述的情况,本项目取220kV变电站区域平均土壤电阻率为50Ω·m。同时,由于石化区内均设有地下接地线kV变电站和石化区的地下接地网紧密连接(不少于4点),因此本项目石化区地下接地网接地电阻取0.1Ω。2变电站接地电阻计算及接触电压和跨步电压的校验

  根据《交流电气装置的接地设计规范》GB/T 50065—2011中附录E.0.1和E.0.3条文规定,

  ;ts为计算接触电位差及跨步电位差允许值时接地故障电流维持的时间。计算方式如下。(1)发电厂和变电站的继电保护设施配置有

  2套速动主保护、近接地后备保护、断路器失灵保护和自动重合闸时,te应按式(1)取值:

  式中,tm为主保护动作时间,按实际整定,取0.04s;tf为断路器失灵保护动作时间, 按工程经验, 取0.2s;to为断路器开断时间,按当前市场主流设备开断时间,取0.06s。(2)当配有

  1套速动主保护、近或远(或远近结合的)后备保护和自动重合闸,有或无断路器失灵保护时,te应按式(2)取值:

  式中,tr为第一级后备保护动作时间,按工程经验和保护上下级配合,取0.5s。

  本220kV变电站220kV系统安装2套主保护,接地故障等效维持的时间为0.3s。2.2.2 分流系数

  故障电流分流系数 Sf 的计算可分为站内故障短路和站外故障短路。参考规范《交流电气装置的接地设计规范》GB / T 50065—2011 附录 B 及其条文说明,当站内发生短路故障时,其分流系数是由系统中的电流分布决定的。影响分流系数的因素如下。

  当发生接地故障时,按照基本电路原理,若变电站接地网的接地阻抗较小时,通过变电站入地的故障电流就较大;反之,当变电站接地网的接地阻抗很大时,故障电流则分别经接地网、架空地线、电缆外皮等不同途径流入大地。此外,变电站接地网的接地阻抗值并非恒定不变,会随着季节变化、接地材料腐蚀等因素在一些范围内变化,故分流系数也随之变化。

  (2)线路杆塔的接地电阻与前述变电站接地阻抗类似,当线路杆塔接地电阻比较小时,故障电流通过杆塔流入大地更容易,站内分流系数随之减小;反之,若杆塔接地电阻较大,站内分流系数也会相应的变大。

  与线路杆塔接地电阻情况类似,在地线导电性能好、架空线路全线架设双地线等情况下,相应的站内分流系数会减小。

  参考附录B.0.2条文说明中的表6~8,随着变电站的进出线回路数增加,分流系数减小;线路的档距和档数增加时,变电站的分流系数会增大。

  由于本站出线主要是采用电缆,且与另外2个220kV变电站(龙峙变和鱼东变) 均位于同一石化区内,因此按工程经验,本项目取站内短路发生接地故障时的分流系数为0.4。2.2.3 入地故障电流

  入地电流也是决定地电位升高的一个主要的因素。系统发生短路故障时有一部分电流从接地网散流入地,余下部分经变压器中性点、架空地线、电力电缆屏蔽层等途径回流到系统。

  设计人员应根据当前和远景的最大运行方式下电气一次接线、送电线路状况、故障状态下系统的电抗与电阻比值等方面做出相应的规划,确定设计水平年的最大接地故障不对称电流的有效值

  式中,Sf为分流系数, 取0.4;Df为衰减系数, 取1.0;Ig为接地故障时的最大接地短路电流,根据本项目的短路电流计算得Ig约为33.3kA。

  根据《交流电气装置的接地设计规范》GB/T50065—2011中的规定,发电厂、变电站的接地网,除了利用建筑物、构筑物等自然接地极外,还应该敷设以水平接地体为主的人工接地网。水平接地网布置图如图1所示。

  主接地网以道路周围内1m为边缘线,敷设以水平接地体为主的人工接地网,接地网外部边缘应闭合,接地线外部边缘各角做成圆弧形状,圆弧的半径不宜小于均压带间距的50%,接地网内还应敷设水平均压带,防止出现电位差。本站水平接地体的埋深按1.0m设计,并设Φ25mm长度2.5m的不锈钢棒垂直接地极。

  主接地网按不等距网格布置设计,最外侧边缘水平接地体间隔布置稍密,但不小于6m。

  按照《交流电气装置的接地设计规范》GB/T50065—2011 中的规定,本项目有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电所电气装置保护接地的接地电阻应符合公式(4)的要求。

  本项目220kV变电站的接地电阻、地电位升高值、接触电压和跨步电压的计算结果如表2所示。

  通过上述的计算和校验分析,鱼南变220kV变电站的地电位升高值、接触电压和跨步电压满足规范要求;在变电站发生接地故障产生最大入地电流时,满足人员的生命安全保障需求。但随着电力系统容量逐步扩大发展,考虑接地网跟着时间受腐蚀,特别是沿海地区,接地截面变小,甚至局部断裂,造成接地电阻变大,也许会出现接触电压和跨步电压不再满足规范要求的情况。因此

  ,如不足以满足,可向设计单位等专业机构咨询相应的措施降低变电站的接地电阻,直至满足规范要求,保障电站运维人员的生命安全和设备正常安全运行。

  本文引用格式:[1]杨坤.220kV变电站接地电阻计算及接触电压和跨步电压校验[J].智能建筑电气技术,2022,16(05):45-49.

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