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變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
摘 要 接地網(wǎng)等間距布置存在地電位分布不均勻的問題。在建 220 kV 新塘變電站采用了不等間距布置，即從地網(wǎng)邊緣到中心，均壓導(dǎo)體間距按負(fù)指數(shù)規(guī)律增加。運(yùn)用 GPC 接地參數(shù)計(jì)算程序?qū)煞N方法進(jìn)行分析和計(jì)算，結(jié)果表明接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)能顯著地改善導(dǎo)體的泄漏電流密度分布，使土壤表面的電位分布均勻，提高安全水平，節(jié)省鋼材和施工費(fèi)用。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增加，流經(jīng)地網(wǎng)的入地短路電流也愈來愈大，因此要確保人身和設(shè)備的安全，維護(hù)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，不僅要強(qiáng)調(diào)降低接地電阻，還要考慮地網(wǎng)上表面的電位分布。在以往接地設(shè)計(jì)中，接地網(wǎng)的均壓導(dǎo)體都按 3 m，5 m，7 m，10 m等間距布置，由于端部和鄰近效應(yīng)，地網(wǎng)的邊角處泄漏電流遠(yuǎn)大于中心處，使地電位分布很不均勻，邊角網(wǎng)孔電勢(shì)大大高于中心網(wǎng)孔電勢(shì)，而且這種差值隨地網(wǎng)面積和網(wǎng)孔數(shù)的增加而加大。本文結(jié)合在建工程 220 kV 新塘變電站的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)，闡釋了接地網(wǎng)不等間距布置的方法及其合理性。
1 接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理性
1.1 改善導(dǎo)體的泄漏電流密度分布
圖1是面積為190 m×170 m的新塘變電站接地網(wǎng)，在導(dǎo)體根數(shù)相同的情況下，分別按10 m 等間距布置和平均10 m不等間距布置。沿平行導(dǎo)體①、②、③、④、⑤的泄漏電流密度分布曲線見圖2。從圖中可見，不等間距布置的接地網(wǎng)，邊上導(dǎo)體①的泄漏電流密度較等間距布置的接地網(wǎng)平均低15%左右；對(duì)于導(dǎo)體②的泄漏電流密度，這兩種布置的接地網(wǎng)幾乎相等(僅相差0.3%)；對(duì)于中部導(dǎo)體③、④、⑤，不等間距布置的接地網(wǎng)的泄漏電流較等間距布置的接地網(wǎng)分別提高了9%，14%和15%。由此可見，不等間距布置能增大中部導(dǎo)體的泄漏電流密度分布，相應(yīng)降低了邊緣導(dǎo)體的泄漏電流密度，使得中部導(dǎo)體能得到更充分的利用。
1.2 均勻土壤表面的電位分布
由表1的計(jì)算結(jié)果可知，不等間距布置的接地網(wǎng)能較大地改善表面電位分布，其最大與最小網(wǎng)孔電位的相對(duì)差值不超過0.7%，使各網(wǎng)孔電位大致相等，而等間距地網(wǎng)，其最大與最小網(wǎng)孔電位的相對(duì)差值在12.2%以上。同時(shí)不等間距地網(wǎng)的最大接觸電勢(shì)較等間距地網(wǎng)的最大接觸電勢(shì)降低了60.1%，極大地提高了接地網(wǎng)的安全水平。
表1 計(jì)算結(jié)果比較
布置 最大網(wǎng)孔電位Vmax／kV 最小網(wǎng)孔電位Vmin／kV 最大接觸電勢(shì)Vjmax／kV 接地電阻 R／Ω δ／%
等間距 5.709 5.081 0.799 0.523 12.2
不等間距 5.544 5.506 0.315 0.519 0.7
注：1)δ=(Vmax-Vmin)／Vmin；
2)地網(wǎng)面積為190 m×170 m；
3)長(zhǎng)方向?qū)w根數(shù)n1=18，寬方向?qū)w根數(shù)n2=20。
1.3 節(jié)省大量鋼材和施工費(fèi)用
如果按 10 m等間距布置的新塘變電站接地網(wǎng)，最大接觸電勢(shì)在邊角網(wǎng)孔，其值為0.799 kV，但采用不等間距布置時(shí)，保持最大接觸電勢(shì)與該值接近，這時(shí)可節(jié)省鋼材31.2%，見表2。
2 接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法
在設(shè)計(jì)時(shí)采用嘗試的方法來確定均壓導(dǎo)體的總根數(shù)和總長(zhǎng)度，即先對(duì)地網(wǎng)長(zhǎng)和寬方向的導(dǎo)體根數(shù)n1和n2進(jìn)行試算，對(duì)于大地網(wǎng)一般可采用均壓導(dǎo)體間距為10 m左右試算，若接觸電勢(shì)滿足要求，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后再考慮增減導(dǎo)體的根數(shù)。如圖3所示，當(dāng)確定了n1和n2后，則地網(wǎng)長(zhǎng)寬方向的分段數(shù)就確定了：長(zhǎng)方向上導(dǎo)體分段為k1=n2-1，寬方向上的導(dǎo)體分段為 k2=n1-1，然后按下式得出各分段導(dǎo)體的長(zhǎng)度。
表2 使用鋼材量的比較
布置 n1 n2 Vjmax／kV 鋼材長(zhǎng)度 L／m
等間距 18 20 0.799 6 860
不等間距 12 14 0.756 4 700
Lik=L.Sik，
式中 L——地網(wǎng)邊長(zhǎng)(長(zhǎng)方向L=L1，寬方向L=L2)，m；
Lik——第 i 段導(dǎo)體長(zhǎng)度，m；
Sik——Lik占邊長(zhǎng)L的百分?jǐn)?shù)。
Sik與i的關(guān)系似一負(fù)指數(shù)曲線，即Sik=b1×e-b2i+b3，
式中，b1，b2，b3均為常數(shù)，其確定方法如下：
當(dāng)7≤k≤14時(shí)，當(dāng)k＞14時(shí)，
對(duì)于任意矩形地網(wǎng)，只要長(zhǎng)、寬方向?qū)w的布置根數(shù)一經(jīng)確定，就可根據(jù)長(zhǎng)、寬方向?qū)w的不同分段 k，分別按上述推得的公式布置導(dǎo)體的間距。
3 結(jié)論
a)采用不等間距布置優(yōu)化設(shè)計(jì)接地網(wǎng)，能夠使地網(wǎng)各網(wǎng)孔電位趨于一致，從而提高了變電站的安全水平。
b)在同樣安全水平下，優(yōu)化設(shè)計(jì)的接地網(wǎng)較常規(guī)布置的接地網(wǎng)，一般能節(jié)省鋼材量達(dá)38%以上，同時(shí)也減少了相應(yīng)的接地工程投資，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上較為合理。
c)從邊緣到中心均壓導(dǎo)體間距采用按負(fù)指數(shù)規(guī)律增加的新方法來布置接地網(wǎng)，其指數(shù)公式的系數(shù)b只與某平行導(dǎo)體根數(shù)(或平行導(dǎo)體分段數(shù)k)有關(guān)。
參考文獻(xiàn)
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2 顏懷梁，陳先祿，李定中.接地計(jì)算方法及應(yīng)用不均勻網(wǎng)孔改善地網(wǎng)電位分布的計(jì)算研究［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，1985(4)
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