110?kV变电站接地系统设计及施工问题

庾家球

[摘    要]变电站接地系统出现问题往往会导致在发电厂建设过程中的许多人员伤亡。此外，由于变电站接地的种类较多，在施工中会存在一定的风险，设计人员必须综合考虑安全性以及科学性等因素来设计变电站接地系统，以确保顺利运行，并在施工过程中最大程度地保障施工人员的生命安全。

[关键词]变电站接地;接地系统;施工问题

[中图分类号]TM862 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）09–00–02

[Abstract]The problem of the grounding system of the substation often leads to many casualties during the construction of the power plant. In addition， because there are many types of substation grounding， there are certain risks in construction. Designers must comprehensively consider factors such as safety and science to design the substation grounding system to ensure smooth operation. And in the construction process， the life safety of construction personnel is guaranteed to the greatest extent.

[Keywords]substation grounding; grounding system; construction issues

变电站接地系统是否安全可靠直接影响人员和设备的安全，操作不当会导致人员伤亡。110 kV变电站主要存在接地短路电流增大、场地面积较小、关键设备较多的特点，因此在设计时需要特别关注其特点。文章就110 kV变电站接地系统的设计和施工提出了自己的看法。

1 接地方式及施工方法

1.1 防雷接地

1.1.1 防雷

雷击是影响变电站安全可靠运行的重要原因。尤其是在雷击频繁地区的变电站，发生雷击事故的概率很高，电站主变等关键设备的防雷设置非常重要。变电站的防雷措施如下。

（1）避雷针能够有效地防范直击雷，是预防电气设备以及建筑物等被雷击的方法中应用最为广泛的一种。当使用避雷针时，变电站里的设备大概率能够避免受到直击雷的击中。

（2）在变电站的外部，和避雷针相连接的电路即便也设置了避雷针或者避雷线，由于雷电的绕击，电路仍然有过电压流入变电站中的风险。雷电过电压攻击影响变压器，对母线、断路器等电气设备有害。所以，为了确保变电站中的设备尽量避免雷电侵袭，安装避雷装置非常重要，安装避雷装置主要是为了控制过电压的最高值。

（3）为了在设计中实现对变电站电气设备的防雷保护，必须正确选择合适的避雷器。变电站直接防雷的主要范围是室外配电装置。雷电活动强烈地区的所有建筑物，包括框架结构，都必须得到直接雷击的保护。采用电气综合体室内布置，电气综合体屋顶可安装16热镀锌圆钢避雷带，防止直击雷，每层楼板可铺设均压网;如果屋顶上的GIS放置在室外，则必须在屋顶上安装避雷针，以防止直接雷击。如果GIS放置在室内，主变压器放置在室外时，可以在屋顶上安装避雷针。用于联合保护的避雷带。对于电压在110 kV及以上的配电装置，通常安装避雷针，如果土壤电阻接地电阻超过1000 M以上，则必须安装独立的避雷针，以防止直击雷。

（4）避雷针不应安装在人多的地方，而应安装在距离人多的地方3m处。变压器结构上不宜设置结构避雷针和避雷针导体，接地导体离变压器太近，容易对变压器线圈造成反击。独立避雷针与变压器在空中的距离应为3 m，接地体的长度至少应为15 m。避雷针的高度优选为30 m以下。因为超过30 m的避雷针的保护效果比避雷针的保护效果低30 m。变电站的防雷设计应计算两脚保护的最小宽度bx，并检查保护弧高。

1.1.2 避雷针及避雷针电缆安装原理及接地装置要求

（1）独立避雷针避雷。选取单独避雷针，防止直击雷，需要提高雷电流分流，把整个变电站避雷针整合成一个部分最方便。防止独立反击，最佳的方式是使避雷针最大程度地与电气设备保持距离。单独的避雷针一定要设置中央接地极，接地电阻不得超过10Ω。

（2）独立避雷针接地要求。为防止避雷针（线）接地装置接入主接地网，接地网可响应过电压，损坏高达35 kV的电气设备。与主接地網的连接需要独立的接地装置，电压为35 kV及以下的电气设备与主接地系统的连接点必须至少为15 m。

1.1.3 主变压器中性点感应过电压及保护措施

主变压器中性点过电压保护主要如下。雷击线路时，侵入的雷电波振动变压器中性点形成过电压，三相雷击时，过电压最为严重。对于变压器中性点不接地系统：当供电系统单相接地时，供电系统可以短时间工作，变压器中性点的正常电压为线电压。对于变压器中性点直接接地的系统，变压器中性点的过电压由系统中正序阻抗与其他序阻抗之比决定。变压器中性点通过消弧电抗器接地，当出现两相段时，消弧电抗器不灭弧或谐振区发生单相接地时，电气系统和空载变压器在中性点过电压切断。

保护措施：110 kV通常通过闸刀开关直接接地。考虑到变压器运行方式的变化，中性点必须安装具有相应电气参数的避雷器，并必须安装放电间隙。（南方电网及部分省市中性点无放电间隙。）35 kV中性点未装避雷器。

1.2 工作接地

工作接地主要是为了能够让电气装置在工作状态时保持接地，这种方式在日常工作时应用的最多，比如直流监控接地，交流接地以及通信电源接地等，此种方式能够与地网进行直接连接，或者也能够通过阻力后再接地。

1.3 保护接地

1.3.1 高压设备接地

对高压设备进行接地时的重要准则是，一个或者几个共同连接成的设备应用，一个线路进行接地，倘若为一次设备，就必须要两个线路分开做接地处理，此种方式能够减少由于一根线出现故障，高压电进到二次回路中，从而使设备发生二次破坏的风险。

1.3.2 低压系统设备接地

此系统包含5种形式，其中，TT系统是最为适宜变电站的一个系统，此种系统的PE线是以直接接地的形式设置的，PE线能够选择距离较近的接地网，这是由于变电站设置较为完善的接地网，此种系统的导电部位能够与PE线连接，从而直接接地，其中，零线和PE线要分开设置，这种设置当时能够确保触电保护器正常发挥作用。

1.4 屏蔽接地

屏蔽接地主要是為了把影响到电气的因素引导到大地中，从而减弱外在的电磁等对设备产生的影响。屏蔽接地主要应用在三个情况中：对建筑进行屏蔽接地，弱电设备其中某些部位的屏蔽接地以及对低电压电缆进行屏蔽接地。但是，需要注意的是，低压电缆的屏蔽部分无法承担偏大的电流，这是由于短路电流的作用，倘若发生分流，电缆会被破坏，并且电子设备也无法正常应用，所以，低压电缆设置屏蔽线时，必须仅对其一端进行连接。

控制电缆的大部分都是和高压控电装置相关，倘若因为发生意外情况把高压电设置成控制电缆，一定会使二次设备发生破坏，因此当对控制电缆进行设置屏蔽层时，一定要将其接入设备所配套的圆形接地网。

1.5 逻辑信号地

（1）又叫作信号接地，或者线接地，为计算机系统保持稳定运行的参数之一。计算机系统的电压大概为3 V或者5 V。由于信号接地时操作必须规范，如果操作不对会让计算机系统的运营状态受到影响。其中，零电位母线的选取常是TMY型号，直径为240 mm，选用4个，或者选取100 mm的铜线。

（2）当强电接地以及弱电接地时，为了解决由于混接产生的问题，适当的设置零电位母线是一种相对较合理的当式.虽然方式合理，但是当实际应用时，必须必要对其做更深一部分改进。

在母线进行接地时，一定要选择与强接电距离远的接地点，同时，为了尽可能地减小强电对弱电的干扰，弱电系统进行接地时的接地点一定要距离防雷接地远一些，所以，以上母线接地时候的位置一定要与强电接地保持一些距离，绝对不允许把母线设置到强电接地的线上。

（3）因为这种母线是专门的接地用具，所以，如果母线的其中部分不需要接地，则这部分一定要保持和大地绝缘，因此，在选取母线时，需要母线的耐压值要等于或者高于弱电装置的耐压值。因此，能够选用2kV的母线;不能将地母线用于一次或者二次设备的接地。有部分人错把传感器的二次接地接上了，导致传感器发生绕阻力击穿现象，不仅让该母线的电位上升了，也让弱电设备有了被损坏的风险。因此，接地母线一定不得和设备的工作接地相连，同时也不允许和屏蔽层接地相连接;接地母线不允许过长，这是由于当母线过长时，电流所产生的电势会增大，因此控制母线在合适范围，能够有效减小电势。当所需控制的距离过远时，可以分开设接地母线，当所需线路实在过长时，可以选用电缆。

2 主接地网的设计与施工

（1）变电站需要被填高，这种做法能够有效减免水进入变电站以及洪水危害等，把废弃物作为填土使用能够降低成本。然而，由于土的电阻较大，并不适合接地。因此，需要把主接地网面积设置到原土壤里，在填土时注意不要填土太高，否则不仅会让线路太长，而且还会增大电阻，会让施工难度加大。根据资料以及实践结果可知，倘若把填土高度设置为1m以下，同时将主地网大面积设置到土壤层下面的0.2 m，并且，埋入的高度大概为1.2 m，以上方式能够让施工过程更加便利，并且可以方便地对线路工作时的状态进行监控。当所填土壤的高度大于1m时，主要的接地网设置的高度应该在填土层的0.8 m之内。在此过程中，要明确的是，接地体的附近应该选取电阻率较好的土壤，或者取用降阻物品去填充，如果情况需要，也可以设深井对其接地。

（2）室内接地网应围绕室内设备区环形接地网、接地干线和电压平衡带建立，使所有用电设备就近接地。该措施是保证室内设备接地的重要组成部分。环形接地网的常规间距为58 m，通常多点与室外接地网相连。一些设计图纸容易出现接地危险。在这个方案中，水平接地体只放置在房子周围的一圈内，地面结构的隐蔽性使得很难找到缺失的连接。水平接地体可以穿透房屋，水平接地体之间的距离为5 m，可以保证室内外的连通。将电网接地，减少施工过程中的问题。土建预制铁件截面极大满足短路电流热稳定性试验，可作为接地干线。但是，在接地过程中必须小心。接地扁钢织机需要重新焊接，以保证槽钢接头的流通，这种槽钢的设计使流经多点环形接地网槽钢的电流为尽可能地阻止。

3 结束语

总之，110 kV变电站接地系统的设计和施工应从各种接地特性入手，消除强接地弱接地混乱的情况，采取等电位、均压措施，形成合理的接地网络。

参考文献

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