发电厂电力接地系统的设计研究

发电厂电力接地系统的设计研究

吕路垒

广州珠江电力有限公司 511400

摘要 在发电厂运行中，电力系统和电气设备起着至关重要的作用。为保证发电厂电力系统的正常运行，防止发生触电危险，保证人身和电气设备的安全，必须要有良好的接地装置。接地装置不仅能为发电厂的各种电气设备提供一个公共的参考地，而且在系统故障时，可以将故障电流迅速排泄，降低变电站的地电位升高，保证电力系统安全运行。发电厂的接地网主要有一次系统接地，电缆接地，直流系统接地以及为检修工作做得临时性接地装置等接地形式。随着电力系统的发展，对发电厂接地系统要求越来越高，所以发电厂的接地网的设计变得越来越重要。

关键词：发电厂；发电厂接地系统；土壤电阻率；接地网

引言

发电厂接地系统的设计要综合考虑多方面影响因素，主观因素如接地材料的选择、接地体的连接方式，客观因素如土壤电阻率等、土壤含盐量等。只有充分考虑这些因素的影响，才能使发电厂接地系统的设计方案更加科学，后期安装完毕后才能保证接地保护功能的顺利实现。除此之外，设计人员还应从发电厂接地系统的使用寿命、安装现场的自然环境等方面，对设计方案予以优化，使接地系统在复杂环境下维持稳定、长期运行。在满足发电厂运行安全的基础上，也能保障发电厂用户的用电需求。

1发电厂电气系统接地

接地方式按其作用和功能划分可以有以下几种，主要有工作接地、保护接地、防雷接地、屏蔽接地、逻辑接地等，本文主要讲解一次系统的接地，发电厂电力一次系统接地方式有两种：一种是有效接地；一种是非有效接地。有效接地就是中性点直接与大地做有效连接。6~35 kV系统为低电阻接地系统，非有效接地即小电流接地系统。分为中性点谐振接地（经消弧线圈）、中性点经高低电阻接地、中性点不接地。中性点直接与大地连接称为有效接地（0.4 kV、110 kV以上系统）。低压发电厂系统有TN、TT和IT之分。当发电厂系统单相接地时，会有很大的电流通过中性点形成回路，这时继电保护装置就会动作，把故障点从系统切开，保证整个发电厂系统安全运行，避免扩大故障造成系统瘫痪。缩小故障范围，提高整个发电厂系统的供电可靠性。中性点通过消弧线圈（10 kV供电系统接地容性电流超过10 A，35~66 kV及以下发电厂系统接地容性电流超过30 A）、高低电阻（高阻用于200 MW以上发电系统）与大地连接的称为非有效接地。如66kV以下供电系统，当系统出现单相接地时，理论上消弧线圈会将故障点电容电流降低至安全值以下，但无法从根本上消除故障点电压，根据ATP-EMTP电磁暂态程序的仿真结果，补偿后的中性点位移电压幅值仍然较高，但系统能在新的平衡下稳定运行，为查找故障点争取了时间。相对电阻接地系统供电可靠性高些，但就目前来讲，经过消弧线圈补偿的发电厂系统接地选线准确率无法达到100%。而经电阻接地的发电厂系统，当系统出现单相接地时，故障回路跳开，避免扩大事故。而且有利于系统增扩，节约成本。试验表明，电缆供电系统中发生单相接地时，经消弧接地系统接地点所产生的过电压幅值（3.2 pu）大于经小电阻接地系统接地点所产生的过电压幅值（2.5 pu）。因此，在中性点接地系统选用时，后者优于前者。出现接地后，消弧线圈对工频电容电流进行补偿，使接地点电容电流小于燃弧值，理论上弧光熄灭，但近年来很多研究者进行了大量试验，试验表明接地点电压降至4 V时，弧光仍然无法熄灭，要使电弧熄灭，仅降低电流是完全不够的。目前由于自动化水平的逐步提高，变流及变频设备大量使用，使供电系统内谐波大量增加，消弧线圈只对故障点工频电流进行补偿，对谐波电流不起作用，致使电弧无法熄灭而扩大事故。经消弧线圈补偿的电力系统出现接地后运行1～2 h的接地系统仅完全适用于系统电容电流较小（对于6~10 kV系统不大于10 A）、电动机和电缆数量较少的电网。因此，经消弧线圈接地的供电系统必须对系统谐波（如超标）进行治理。

2发电厂发电厂接地系统的设计

2.1测量以及改善土壤电阻率

土壤电阻率是影响接地系统功能发挥的关键指标，也是决定接地体电阻的重要因素。理论上来说，土壤电阻率越小，越有利于电力接地系统的运行。如果安装区域的土壤电阻率较大，则必须采取降阻措施。因此，在电力接地系统的设计环节，应当开展现场测定，确定施工区域内各处土壤电阻率的实际值。开展现场勘测时，除了土壤电阻率这一指标外，还可同时测定土壤含盐量。物质的电阻率是该物质单位立方体的电阻，单位为欧姆.米。将被测物质做成横截面为s,长度为L的几何体，夹在两电极之间，并通以电流，分 别用电流表、电压表测出回路中的电流和电极两端的电压U, 则电极间物质的电阻为

R= 再由R=ρ 计算出物质的电阻率为：

ρ=R =

物质的电阻率与几何形状无关，而电阻则由其几何形状的大小决定。物质的电导率为电阻率的倒数，用表示，单位为西门子/米，记为s/m

改善降低接地电阻可以通过更换土壤、处理土壤、深埋接地极、使用降阻剂、外接接地装置等方法，以便更好的达到接地要求。

2.2发电厂接地系统的防腐设计

1. 科学选择接地体材质由于接地体长时间埋置在土壤中，在土壤水分、盐分的多重影响下，很容易出现腐蚀。因此，为了延长接地系统的寿命，应当尽可能选择耐腐蚀的材料。例如，铜的耐腐蚀效果要优于钢，但是其价格较贵，可以在关键节点上使用铜，保证节点处连接效果和导电能力良好；在普通位置使用钢，降低成本。当然，还可以采取外渡涂层的方式，进一步提高钢材的防腐能力。

2)使用覆盖层加以保护覆盖层的作用在于将导体与外界隔离，从而避免导体接触潮湿土壤，达到了延缓腐蚀的效果。根据材质不同，常用的覆盖层可分为两类，一类是金属覆盖层，选择化学性质相对稳定的金属，如锌、镍等，采用电泳等方式，使其在接地体表面形成致密的保护层。另一类是非金属覆盖层，如沥青、油漆以及高分子塑料等，相当于在金属接地体表面包裹一层绝缘护套。

2.3选择地网的布置方式

发电厂接地装大多数都是以水平接地极为主，外缘闭合，内部敷设若干均压导体的接地网。在过去的设计中，均压导体一般按3m、 5m、7m、10m等间距布置。由于端部效应和邻近效应，各均压导体流散电流很不均匀，地网中部导体流散的电 流较小，而在边角处导体的流散电流急剧增加， 这就使地网内部的地表面电位分布很不均匀，造成地网边角处的接触电位差和中心处的接触电位差相差根大，且这种不均匀随地网面积的增大和网孔数的增多而越来越严重。为了保证发电厂、变电站人身和没备安 全，又不过多地耗费铜材，设计是以比边角网孔低20%~ 30%的次边角网孔电势不超过允许接触电位差为原则。但这样做并没有根除因地面电位分布不均匀而引起事故的危险， 还需要在地网边角处采取辅助安全措施， 面中部导体 得不到合理利用。这样，大型地网均压导体如果仍按传统的等间距布置，在技术经济上都是不够合理的。为了改变这种情 况，最好的方法是采用不等间距布 置均压导体。

2.4接地体防护的形式

接地体在发电厂配电防雷项目建设中占据了重要地位，主要由接地线、接地网构成，接地网埋藏在厂区地下与土壤相连接，材质一般是裸铜线、镀锌钢，接地干线是接地网和电气设备连接的部位，容易受到土壤湿度、温度、土壤内部多种因素的影响。 目前接地防护技术中最常见的措施是电化学防护中的阴极防护，将直流电导入地下后产生极化效果实现接地保护。 还存在一种常见的防护措施，人们常常以增加金属的厚度来实现。 最好选择有特殊涂层的材料进行接地涂抹，从而实现接地防护效果。

1. 防腐要求。 表面防腐要求非常高，但是会影响到电阻的稳定性、接地效率，接地体需要直接接地，在土壤、水、空气中的腐蚀受到很大影响，要想保持寿命就必须要重视防腐处理工作。

2. 加降阻剂。 个别情况下需要添加降阻剂实现部分功能。降阻剂是增加接地导体界面的一种特殊材料，添加过程中析出无机盐降低土壤周围的电阻率，因此会污染土质、水源，还会腐蚀接地体，使用时一定要慎重选择。

３）换土降。 这是一种比较新型的降阻模式，通过使用低电阻率的土壤来作为接地网基本材料，降低接地网周围土壤中的电阻。

结语

发电厂接地系统是发电厂稳定运行的关键，在进行接地系统设计时，应重点关注土壤电阻率的测定、接地体材质的选型、接地体截面面积的计算等方面，保证设计方案的科学性、可行性。另外，从发电厂接地系统的实用性考虑，还要在设计方案中，着重考虑降阻措施和防腐措施。根据现场情况决定采用长垂直接地极或使用降阻剂降阻，以及采取加覆盖层或电化学保护等措施提高耐腐蚀性能。依托科学的设计方案，保障发电厂接地系统的可靠运行。

参考文献

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