南方电网变电站接地网设计安全性评价

顺应接地网安全性评价工作向前端设计阶段延伸的趋势,以6个变电站接地网初步设计及施工安全性评价为例,总结了安全性和经济性分析在南方电网变电站接地网设计中应用的经验,给出了相应的评价方法。阐明了对于站址土壤条件不理想的情形,应在接地网特性参数符合设备运行和人员安全要求的前提下,科学地选择接地阻抗设计值,取得较优的经济性,逐步改变以往只关注接地阻抗的传统做法,向以安全性为前提,兼顾经济性的接地网设计理念转型,对高土壤电阻率地区和城市变电站接地网的设计有着较好的借鉴价值。     

土壤特性对变电站接地网特性参数影响的数值分析

为了了解土壤特性对接地网特性参数(接地阻抗、地线分流、地网电位升高、场区压差、跨步电压和接触电压)的影响规律,结合具体的工程案例,采用数值仿真方法,分析接地网特性参数与土壤分层结构特性之间的相关性。结果表明,站址土壤电阻率不同时,接地网特性参数在变电站发生单相接地短路故障时具有不同的表现行为,接地网特性参数是分层结构土壤电阻率、接地网结构和形状以及入地故障电流水平等几个因素协同作用的结果。高土壤电阻率条件不利于散流,地网电位升高较高,但整体压差较小,跨步电压和接触电压分布较为均衡。低分层土壤电阻率条件下,地网电位升高很低,但场区压差较大,高水平跨步电压和接触电压可能出现在接地故障点且超过安全限值,在设计时应注意均压措施的完善。     

深井接地极在变电站接地网中的应用分析

传统的水平接地网由于面积受限难以满足接地网的安全性日益提高的要求,离子接地深井这种降阻措施被逐步应用到接地网的降阻中。以典型的高土壤电阻率站址220 k V变电站设计为例,结合现场实测和仿真计算,计算不同深井接地参数下接地网性能的特性参数,仿真结果表明,离子接地深井降阻措施起到的效果比较有限,在变电站接地网设计中,不推荐使用该降阻措施。     

牵引变电所接地网特性参数测试分析

随着电气化铁路的快速发展,对牵引变电所的安全性和可靠性提出了更高的要求。接地网是维护牵引变电所可靠运行及保障人身安全必不可少的环节,对接地网安全状态进行测试,及时掌握接地网运行状态,可避免事故的发生。基于相关标准,对接地阻抗、接触电压、跨步电压、场区地表电位梯度及电气完整性等接地网特性参数开展了综合测试,并结合限值要求,定量评估了牵引变电所接地网的运行状态,为保障电气化铁路的安全稳定运行提供参考。     

基于安全性的接地阻抗校核的变电站接地网工程验收实践

作为接地网设计的最基本的参数,接地阻抗常成为接地网评价主要强调的单一指标。目前由于征地困难,新建变电站站址土壤条件不理想,导致地网接地阻抗越来越难以满足传统设计值(0.5Ω)的要求,接地阻抗取值合理性问题成为变电站接地网工程建设最为关注的问题之一。本文提出了一种基于安全性的接地阻抗校核方法,根据10 kV金属氧化物避雷器和电缆护层保护器在接地故障期间的能量吸收耐受,确定地电位升极限值,并将吸收的能量与通流容量进行比较,校核地电位升和接地阻抗是否满足要求。该方法较传统方法更科学,在确保安全性的前提下,适当放宽接地阻抗取值,对变电站接地网设计和验收工作具有较好的指导价值。     

安全性分析在变电站接地网设计中的应用

接地网的科学设计是变电站接地网能否成功建设的首要环节。顺应安全性已成为接地网状态评价基本点的趋势,笔者将安全性分析引入接地网设计阶段,以一个有代表性的220 kV变电站地网设计方案评价为例,基于CDEGS软件,介绍了安全性分析在设计中应用的基本流程和实施方法,提出离子接地等降阻方式的拓扑结构模拟方法和故障电流分布简易计算方法,对变电站发生接地短路故障时反映接地网安全性能的地网特性参数进行计算分析,判断是否满足安全限值要求并最终对设计方案进行评价,对接地网工程设计具有较好的借鉴价值。     

基于接地网状态评估技术对场区地表电位梯度分布测试方法的分析

场区地表电位梯度分布是表征接地装置状况的重要参数,场区地表电位梯度分布测试需横跨整个场区,但变电站场区表层有水泥硬化路面、铺设的砾石、裸露的泥土,使得土壤电阻率并非一致且差别很大.对于场区地表电位梯度实际测试过程中存在电位极铁钎和金属圆盘混合使用,进而导致电位差测试数据与接地网真实情况相差很大的情况,基于现场实际测试案例,结合CDEGS仿真计算得到的站址土壤结构模型,对测试数据进行分析,以便为现场测试提供参考.     

110 kV全户内智能变电站接地网优化设计

全户内智能变电站占地面积小,入地短路电流高,虽然城区土壤电阻率相对较低,但接地电阻和地电位升仍难以降低。以某110 kV全户内变电站土壤模型为例,对新一代智能变电站典型设计方案110-A2-X1的接地网进行优化设计。优化设计时,通过分析设计规范对接地参数的要求,适当放宽接地网地电位升高的限值;基于CDEGS接地分析软件,分析不同面积和网孔尺寸的双层地网的降阻效果,以及不同数量和长度深井接地极的降阻效果,并对应用了双层地网和深井接地极的优化方案进行安全性评估和经济性比较。结果表明,与双层地网相比,接地深井虽然成本较高,但降阻效果良好,对于无人值守的110 kV全户内智能变电站,选取6口55 m的接地深井的降阻方式形成其接地网优化方案可满足各项安全性要求。     

蒙西地区典型季节变化对接地网接地阻抗影响研究

季节变化改变土壤电阻率值,土壤电阻率的改变对接地装置阻抗值造成影响。在某场区土壤电阻率监测的基础上,研究该场区埋设的不同类型接地装置阻抗变化情况。结果表明：经相关性分析,该地区全年土壤电阻率与气温变化呈强负相关,表现出明显的季节变化特性;在设计受季节变化影响较大的区域接地网时,可以通过增大接地网面积、接地网埋深,以及采用磁导率小、柔韧性好的石墨接地装置,来减小季节变化对接地阻抗值的影响,为受季节变化影响较大地区接地网设计提供参考。     

500kV香山变电站接地网安全性状态评估及整改

针对变电站发生接地短路故障时,设备场区电位差和接触电压偏高的问题,基于现场实际测量和接地分析软件CDEGS(current distribution,electromagnetic field,grounding and soil structure analysis)数值计算,对500kV香山变电站接地网安全性状态进行评估。通过仿真计算,提出在高接触电压值的区域采用加密水平接地网格,在高接触电压值场的区地面铺设高阻砾石或高阻层,设备外壳喷涂高阻层等整改措施。实施整改措施后,变电站运行情况表明整改工程达到了提高接地网安全性的目的。     

CDEGS在复杂大型接地网优化设计中的应用研究

如何有效地降低接地电阻、最大接触电压和最大跨步电压是复杂大型接地网设计经常碰到的一个难题。应用CDEGS仿真分析传统经验法设计的一个500 kV变电站接地网存在危险过电压、资源浪费等现象,通过大量仿真研究,找到该地网设计的最佳方案。CDEGS在土壤、地网建模等方面有着精确、灵活的优势,应用它进行复杂大型接地网设计能够取得良好技术经济效益,保证地网运行安全可靠。     

基于遗传算法的变电站接地网优化

提出了基于电磁场和电路相结合的节点电压法,研究了接地网参数的数值计算,通过求取接地网分支导体上的轴向电流和端点电压获取地表任意一点的电位。并在此基础上结合遗传算法对接地网的优化设计进行了研究,通过计算接地网横向和纵向压缩比从而均匀接地网导体散流,使接地网最大接触电势不高于IEEE规程规定值。通过一个实际变电站接地网计算实例表明:优化设计后的接地网确实均匀了地表电位,降低了最大接触电势,采取中心点引流方式效果更佳。     

高土壤电阻率地区变电站接地网设计思路

针对高土壤电阻率地区变电站接地系统的接地电阻很难满足规程要求的问题,根据设备安全与人身安全的要求,分析了接地网设计的约束条件,并结合工程实例讨论了常规的接地网设计方法在高土壤电阻率地区的局限性;提出了一种不拘泥于现有规程中接地电阻限值的设计思路,即结合变电站的运行参数与设备参数得到接地电阻允许值的上限并利用均衡电压的思想优化接地网结构,然后根据接触电压与跨步电压的要求校核、修改设计方案以保证人身安全,同时,适度增加对一、二次设备保护的投入,保证设备安全。在高土壤电阻率地区,将放宽接地电阻上限值与加强设备保护的思想结合,可降低工程总体造价,达到技术经济综合优化。实践证明,这种思路行之有效。     

考虑雷电暂态效应结合FOA的接地网优化设计

针对接地网受雷击时地电位分布不均的问题,提出了基于果蝇算法的接地网优化设计方法。首先根据接地体的通用数学模型搭建EMTP接地体单元模型,并在此基础上搭建小型接地网模型,仿真计算其雷电暂态效应。然后再以优化地网电压为目标,通过果蝇算法来寻找地网最优压缩比。仿真表明,采用本方法可有效提高地网运行的安全水平。     

1 000 kV特高压变电站接地系统的设计

特高压系统的电压等级高、容量大,接地短路电流将相当大,为确保电力系统的安全、可靠运行,对接地系统的要求将更加严格。结合晋东南特高压变电站短路电流分流系数变化曲线,提出了变电站接地电阻的设计取值方法。采用电磁场数值计算方法对分层土壤中接地系统的电气参数进行计算。分析表明,晋东南变电站采用水平地网可以将地电位升控制在5 000 V以内,但接触电压较大,超过了安全限值,探讨了应用深垂直接地极降低接触电压的效果,以及水平接地网的均压优化布置对接地系统接地电阻、接触电压和跨步电压的影响。最后给出了1 000 kV晋东南特高压变电站接地系统的设计方案以及二次电缆屏蔽层的接地方式。     

110kV鹿邑变电站接地网改造研究

降低变电站的接地电阻、接触电压和跨步电压对保障变电站人员、设备安全特别重要。110kV鹿邑变电站因运行日久,地网腐蚀严重,已不能满足安全运行的要求。针对鹿邑变电站原有地网设计不规则的现状,运用CDEGS软件建立地网模型并仿真计算,提出两种地网改造方案。通过仿真分析结果得出敷设垂直接地极能有效地改善地网的接地性能。     

非均匀土壤矩形接地网优化设计

当接地网周围土壤环境一定,使用最优的均压带布置方案可以有效均匀接地网地表表面的电位,进而降低接触电压和跨步电压,并且尽可能的节约材料,降低建设成本。为了得到适用于非均匀土壤环境下,矩形的接地网最优布置方案,基于CDEGS建模,首先移动各个均压带,得到优化后均压带的位置,通过函数拟合得出优化函数。进一步研究了优化函数在不同的土壤反射系数、上层土壤厚度和接地网面积等因素对优化系数的影响,最后,将拟合函数应用到非均匀土壤下矩形接地网的优化中。通过和其他方法的计算对比得出,利用文中计算方法优化的接地网,最大接触电压降低12%左右。采用文中提出的方法,既适用于均匀和非均匀土壤,又可以优化矩形和方形接地网,且优化效果满足电力行业的基本标准。     

光伏站内用直流微网的接地方式分析

接地方式的选择是直流微网设计的关键部分。以北京延庆八达岭31.5 MW光伏电站站内负荷用直流微网为例,对直流微网的接地方式进行了分析。首先,介绍了该直流微网的运行方式、拓扑结构及备选的几种接地方式。然后分别从稳态特性、故障特性以及人身安全三个方面,对不同接地方式进行了深入的理论分析。最后在PSCAD/EMTDC中建立了该直流微网的电磁暂态仿真模型,通过电磁暂态仿真对理论分析进行了验证。研究结果表明:相比于其他接地方式,电源侧通过大电阻接地的IT接地方式更适用于低压直流微网系统。     

A Cathodically Protected Electrical Substation Ground Grid

A discussion is presented on the design of a cathodically protected electrical substation grounding system in which a steel ground grid and steel ground rods were used in place of the commonly used copper ground grid and copperweld ground rods. Several electrical constraints are presented which discuss common electrical utility requirements, safety considerations, and economic factors. The grounding system materials chosen are discussed along with the means of cathodic protection. Finally, the design, construction, and testing considerations are presented as an aid to others who wish to design a similar system.