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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(wèn)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(lái)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(jiàn)圖2。從圖中可見(jiàn)，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(jiàn)，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(guò)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(jiàn)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(lái)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
[1] [2]
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