1、毕 业 论 文题目 电力系统变电站接地网分析与优化 专 业：电气工程及其自动化学 院： 电气工程学院 年 级： 学习形式： 学 号： 论文作者： 指导教师： 职 称： 学院 制完成时间： 年 月 日郑 重 声 明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，否则，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。学位论文作者（签名）：年 月 I摘 要变电站的接地网是确保变电站工作接地、保护接地和防雷保护接地的必要设施，也是保障人身和设备安全、保证变电站可靠运行的重要手段。在我国的电力发展史上，曾多次出现因接地网设计不当造成
2、的停电事故和安全隐患，因此，接地网的安全应引起电力部门的高度重视。特别是近年来我国经济的快速发展推动了电力负荷需求节节攀高，为了满足负荷日益增长的需要，变电站正朝大容量、特高压、紧凑型方向发展。接地短路电流越来越大，同时国家政策要求新建工程要少占或不占良田好土，建在高土壤电阻率地区的变电站越来越多，这些因素给变电站接地设计和施工造成了困难。为确保变电站投运后接地网的安全，就必须把好接地网设计这一关，从源头上减少和排除接地网出现故障的隐患。关键词：变电站、地网设计、接地阻抗、测量IIAbstracThe substation ground network is to ensure that th
3、e substation grounding, protective grounding and lightning protection grounding necessary facilities, and to ensure the safety of person and equipment, to ensure the important means of substation and reliable operation. Power development history in our country, has repeatedly appeared due to imprope
4、r grounding network design of the power outage and safe hidden trouble, therefore, the safety of grounding network should be paid attention during the height of the power sector. Especially in recent years the rapid development of economy of our country promotes the spiralling power load demand, in
5、order to meet the increasing needs of the load, the transformer substation is moving in the direction of large capacity, high pressure, compact development. Grounding short circuit current to the bigger, at the same time, national policy requires less (or not (new construction land, the good earth,
6、built in high soil resistivity area substation stand more and more, these factors caused difficult to substation grounding design and construction. In order to ensure the safety of substations parameter ground net.through, you must put this good grounding network design, from the source to reduce an
7、d eliminate the hidden trouble of the grounding network failure.Key words: substation, in design, grounding impedance, measurementIII目 录摘 要 .IAbstrac .II目 录 .III1 绪 论 .11.1 接地技术的背景 .11.2 接地的意义 .11.3 接地网再国内的发展 .12 接地的基本原理 .32.1 接地的概念 .32.2 接地的作用 .32.3 电气接地的分类 .42.4 土壤电阻率 .52.4.1 土壤电阻率 的取值 .62.4.2 接地电
8、阻值的要求 .72.4.3 直接计算法 .92.4.4 变电站地网的接地电阻 .102.5 跨步电位差与跨步电压 .113 变电站接地网设计 .133.1 概述 .133.2 变电站地网设计的总原则 .133.2.1 对接地电阻的要求 .143.2.2 接触电位差和跨步电位差允许值 .143.3 地网的设计步骤和方法 .153.3.1 调查土壤特性 .153.3.2 入地故障电流的计算 .163.3.3 地网导体材料及截面的选择 .163.3.4 选择地网的布置方式 .184 变电站接地网优化设计 .204.1 接地网接地电阻计算及量大电阻的确定 .204.2 减小接地电阻的方法 .204.2
9、.1 两层接地网 .204.2.2 深井式垂直接地极 .214.2.3 用自然体接地 .214.2.4 引外接地 .214.2.5 扩大接地面积 .224.2.6 使用降阻剂 .224.3 工程设计中的几点建议 .224.3.1 土壤电阻率的测量要准确 .234.3.2 接地施工应提前进行 .23IV4.3.3 优先考虑深井式垂直接地极 .234.3.4 接地体的选择 .234.3.5 降低接地电位的其他方法 .235 与接地网相关的问题 .256 结 论 .27致 谢 .28参考文献 .2911 绪 论1.1 接地技术的背景接地技术作为一门新兴的边缘学科，主要是建立在电学理论基础之上的。这门
10、学科的兴起及其发展与电学比较，晚了近90年。1981年，美国学者G夏里克(Sharik)指出：“ 接地技术不能列为一门精密的科学，在 很大程度上它是一种理论科学、实践经验和个人心得的综合技术。”日本学者高桥建彦指出：“与其说接地是理论，倒不如说是一种现场必须反复进行实 践的技术。这是因为大地的电气特性有许多不确定的因素，不能用一句话简单地下结论，并且在很多场合不能纸上谈兵，只能通过理论计算就得出结论。接地是越想深究其问题就越是深奥的技术，不是能轻易解决的一门学问。”1.2 接地的意义电力系统的接地问题是一个看似简单、而实际上却又非常复杂又至关重要的问题，它直接关系到人身和设备的安全。特别是随着
11、电力系统的发展，电网规模不断扩大，接地短路电流越来越大，各种微机监控设备的普遍应用，对接地的要求越来越高。在电力系统中为了工作和安全的需要，常需将电力系统及其电气设备的某些部分与地 中的接地装置相连接，这就是接地。接地网不仅为变电站内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将故障电流迅速排泄，降低变电站的地电位升高，以保证人身和设备安全。调查表明，我国曾发生多起因接地系统接地电阻未达到要求所导致的事故或事故的扩大。据统计，每发生一次事故的直接经济损失都在几百到数千万元，并且间接所造成的社会影响也非常之大。1.3 接地网再国内的发展2随着电力工业的发展，电力变电站一次设备二次保护对接
12、地装置的要求不断提高。接地装置是确保电力设备安全运行及其工作人员人身安全的重要设备。电力系统中对接地装置的要求越来越严格，变电所接地系统直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。然而由于接地网设计考虑不全面、施工不精细、测试不准确等原因，近年来，发生了多起地网引起的事故，有的不仅烧毁了一次设备，而且还通过二次控制电缆窜入主控室，造成了事故扩大，故接地网对电力系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。大型枢纽变电站，就因开关室接地与主接地网之间的接地电阻不合格，引发接地网局部地电位升高，造成高电压、大电流窜入直流系统、继电保护系统、击穿保护二次电缆、造成主控楼及保护装置、二次电缆、低压配
13、电设备全部烧毁；150MVA 主变压器和 220kV、110kV 部分高压设备烧毁。致使多家大型发电厂被迫停机，造成电力系统解裂大面积停电。现在尤其是 35kV、10kV 系统接地故障，由于接地网存在缺陷导致变电站接地网局部电位升高，致使避雷器不能正确动作，甚至发生逆闪，引发母线对地放电，开关爆炸，烧毁电气设备，甚至烧断接地装置，造成大面积停电的事故时有发生。然而，因为设计、施工、验收等各个方面的因素，未能有效地解决接地装置的防腐问题。比如，福州电业局旗山变，经过多次普测和开挖检查，发现接地网锈蚀严重，接地电阻逐年升高。规程规定：变电站接地装置接地电阻应不大于 0.5 欧。而该站接地网接地电阻
14、由建站时的 0.46 欧升高至 2007年的 1.05 欧。32 接地的基本原理2.1 接地的概念所谓接地，就是把电气系统、电路或设备的某一部分通过接地装置同大地紧密连接在一起。其目的在于确定与之相连接的导体电位并使之大致维持在大地电位。接地是一种有 目的的永久性或临时性的导体连接，通过这种连接而使电路或设备成为接地的。电气连接处与地相接触的导体称为接地体。若接地体为垂直埋设在地中的金属导体则 称为垂直接地体；若接地体为水平埋设在地中的金属导体则称为水平接地体；若接地体为一组水平埋设的金属导体网格则称为水平接地网。若接地体为水平接地网和垂直接地体共同构成则称为复合接地网。电气回路或电气设备与接
15、地体之间的电气连线称为接地引线。接地引线、接地体统称为接地装置或接地系统。接地功能是能过接地装置或接地系统来实现的。电力系统的接地装置可分为两类，一 类为输电线路杆塔或微波塔的比较简单的接地装置，如水平接地体、垂直接地体、环形接 地体等；另一类为变电站的接地网。表征接地装置电气性能的参数为接地电阻，关于 接地电阻的内容将在后面的章节介绍。到目前为止，接地仍然是应用最广泛的并且无法用其他方法替代的电气安全措施之一。2.2 接地的作用接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受破坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。防止人身遭受电击将电气设备在正常运行时不带电的金属导体部
16、分与接地极之间做良好的金属连接，以保护人体的安全，防止人身遭受电击。当电气设备某处的绝缘体损坏后外壳就会带电，由于电源中性点接地，即使设备不接 地，因线路与大地之间存在电容，此时人体接触到设备外壳时也会有电流流经人体；或者 线路上某处绝缘不好，如果人体触及此绝缘损坏的电气外壳时，4电流就会经人体而成通路， 从而使人体遭受电击伤害。有接地装置的电气设备，当绝缘损坏、外壳带电时，接地电流将同时沿着接地极和人 体两条通路流过，此时，人体与接地极是并联的关系，流过每一条通路的店里只将与其电 阻的大小成反比，接地极电阻越小，流经人体的电流也就越小。通常人体的电阻比接地极 电阻大数百倍，所以流经人体的电流
17、就比流经接地极的电流小数百倍。当接地电阻极小时， 流经人体的电流几乎等于零，相当于接地极将人体短路，因此，人体就能避免触电的危险。所以，不论施工还是运行，在一年中的所有季节，均应保证接地电阻不大于设计或规范中所规定的接地电阻值，以免发生电击伤害。保障电气系统正常运行：电力系统接地一般为中性点接地，中性点的接地电阻很小，因此中性点与地之间的电位差接近于零。当相线碰壳或接地时，其他两相对地电压，在中性点绝缘的系统中将升高为相电压的 3 倍，而在中性点接地的系统中则接近于相电压，因此中性点接地将有利于系统的稳定运行，防止系统震荡，且系统中的电气设备和线路只需按相电压来考虑其绝缘 水平，可降低电气设备
18、的制造成本和线路的建设费用。中性点接地的系统，还可以保证继电保护的可靠动作。通信系统一般采用正极接地，可防止杂音窜入和保证通信设备的正常运行。电力线路需要稳定的参考点才能正常运行，因此也需要进行接地。防止雷击和静电的危害：雷击时会产生静电感应和电磁感应，物料在生产和运输过程中因摩擦而引起的静电，都有可能造成电击或是火灾的危险。直接遭受雷击的危害，比之于感应雷就更大了，而且发生的机会更多，所以，为了防止直击雷，必须装设防雷装置。所有防雷装置和防止静电危害的措施中，最主要的方法就是设置接地装置。2.3 电气接地的分类常用的接地方式按其作用或功能来分可分为以下几种。(1)工作接地。也叫系统接地，为了满足电力系统运行方式的需要，在电力系统中的适 当地点进行，保证电力设备在正常或事故情况下能可靠工作而设的接地，称为工作接地。 如发电机和变压器中性点直接接地或经消弧线圈接地；在直
