220kV变电站接地电阻计算及接触电压和跨步电压校验.docx

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1、近年来，伴随着我国经济的快速发展，电网规模不断扩大，电压等级也逐渐升高，电力系统在不断的发展和进步，但电网发生故障时的接地电流也随之增大，接地电压也相应的越来越高，不仅给日常巡检和故障维护人员带来了严重的安全隐患和危险，同时也会破坏电气设备绝缘，导致变电站开关跳闸、机组停机等连锁事故发生，严重威胁人民的生命财产安全。电气接地系统作为变电站不可缺失的一部分，对保障站内电气设备稳定可靠运行,站内外运维人员安全，具有很重要的作用。因此,合理布置变电站接地网，选择合适的接地导体，准确计算接地电阻和校验接触电压及跨步电压,使之满足相应的国家标准、安全标准，对变电站整体设计具有十分重要的意义。1变电站背景

2、及概况1.1 变电站规模220kV鱼南变建设规模为：4x240MVA,4回22OkV出线+18回11OkV出线，22OkV及IIOkV系统均采用双母线双分段接线方式。1.2 站址位置220kV鱼南变位于鱼山岛石化园区内，变电站位于中央大道与滨海南路交叉处西南角。22OkV鱼南变北侧为2#管廊,便于I1OkV电缆出线。1.3 土壤电阻率测量根据浙江石油化工有限公司4000万吨/年炼化一体化项目地块二岩土工程勘察技术报告书，本次勘察在场地内进行了大地土壤电阻率测试，测试结果如表1所示。各地层土壤电阻率表1地层编号地层名称频数逊奴平均值电阻率推荐值/(Qm)-1冲填土2. 133.383. 663.

3、66-1粉质黏土19412.7436.406.40-2淤泥质粉质黏土1.11-9.81451.971.97-3粉砂1.92-2.762.312.31-1粉质黏土1.621.62-2粉质黏土1.56-2.41161.931.93-6角砾2.422.9222.672.67-4-1(-4)凝灰岩3OoO由于本变电站位置处于开方区和填方区之间，根据土壤电阻率测试报告,不同类型的土壤电阻率普遍较低(1936.40Qm),但凝灰岩地层电阻率很高，故采用回填素土的方式来降低土壤电阻率，考虑到石块等因素，该地层土壤电阻率按IOOdm进行计算。结合整个变电站的位置布局，其大部分区域位于填方区，仅小部分区域位于开

4、方区，且变电站对开方区要求回填素土，同时地下水位较高，地下水含盐碱时土壤电阻率较小，垂直接地极可有效与低电阻土壤接触。综合上述情况,本项目取22OkV变电站区域平均土壤电阻率为50m同时，由于石化区内均设有地下接地线，且面积极大（不小于3km3km）,要求220kV变电站和石化区的地下接地网紧密连接（不少于4点）,因此本项目石化区地下接地网接地电阻取0.1Q。2变电站接地电阻计算及接触电压和跨步电压的校验2.1 计算依据接地电阻、接触电压和跨步电压的计算依据交流电气装置的接地设计规范GB/T500652011.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范GB/T500642014Guidefor

5、SafetyinACSubstationGroUndingIEEEStd802000o2.2 原始数据2.2.1 故障电流有效值和持续时间根据交流电气装置的接地设计规范GB/T500652011中附录E.0.1和E.0.3条文规定,计算接地导体（线）最小截面中接地故障等效持续时间te与ts相同；ts为计算接触电位差及跨步电位差允许值时接地故障电流持续时间。计算方法如下。(1)发电厂和变电站的继电保护装置配置有2套速动主保护、近接地后备保护、断路器失灵保护和自动重合闸时,te应按式(1)取值：4N力m+，+%(O式中，tm为主保护动作时间，按实际整定,取0.04s;tf为断路器失灵保护动作时间，

6、按工程经验，取0.2s;t。为断路器开断时间,按当前市场主流设备开断时间，取0.06s(2)当配有1套速动主保护、近或远(或远近结合的)后备保护和自动重合闸，有或无断路器失灵保护时,te应按式(2)取值：tet+tr式中，tr为第一级后备保护动作时间，按工程经验和保护上下级配合，取0.5so本22OkV变电站22OkV系统安装2套主保护，接地故障等效持续时间为0.3s。2.2.2 分流系数故障电流分流系数Sf的计算可分为站内故障短路和站外故障短路。参考规范交流电气装置的接地设计规范GB/T500652011附录B及其条文说明，当站内发生短路故障时，其分流系数是由系统中的电流分布决定的。影响分流

7、系数的因素如下。(1)变电站接地网的接地阻抗当发生接地故障时，按照基本电路原理，若变电站接地网的接地阻抗较小时，通过变电站入地的故障电流就较大；反之，当变电站接地网的接地阻抗很大时,故障电流则分别经接地网、架空地线、电缆外皮等不同途径流入大地。此外，变电站接地网的接地阻抗值并非恒定不变，会随着季节变化、接地材料腐蚀等因素在一定范围内变化,故分流系数也随之变化。(2)线路杆塔的接地电阻与前述变电站接地阻抗类似，当线路杆塔接地电阻相对较小时,故障电流通过杆塔流入大地更容易，站内分流系数随之减小；反之，若杆塔接地电阻较大，站内分流系数也会相应的变大。(3)地线的布置、尺寸和材质与线路杆塔接地电阻情况

8、类似，在地线导电性能好、架空线路全线架设双地线等情况下,相应的站内分流系数会减小。(4)其他因素参考附录B.0.2条文说明中的表68,随着变电站的进出线回路数增力口,分流系数减小;线路的档距和档数增加时,变电站的分流系数会增大。由于本站出线主要采用电缆,且与另外2个220kV变电站(龙峙变和鱼东变)均位于同一石化区内，因此按工程经验，本项目取站内短路发生接地故障时的分流系数为0.4o2.2.3 入地故障电流入地电流也是决定地电位升高的一个重要因素。系统发生短路故障时有一部分电流从接地网散流入地,余下部分经变压器中性点、架空地线、电力电缆屏蔽层等途径回流到系统。设计人员应根据当前和远景的最大运行

9、方式下电气一次接线、送电线路状况、故障状态下系统的电抗与电阻比值等方面做出相应的规划，确定设计水平年的最大接地故障不对称电流的有效值。入地故障电流计算公式见式(3)。Ic=StDfg(3)式中，Sf为分流系数，取0.4;Df为衰减系数，取1.0;Ig为接地故障时的最大接地短路电流,根据本项目的短路电流计算得Ig约为33.3kA经计算,本项目22OkV变电站的最大人地故障电流约为13.32kA.2.3计算过程2.3.1 主接地网的布置根据交流电气装置的接地设计规范GB/T500652011中的规定,发电厂、变电站的接地网，除了利用建筑物、构筑物等自然接地极外，还应该敷设以水平接地体为主的人工接地

10、网。水平接地网布置图如图1所示。I-1-1A8IP50,IIII1III-t-T-TII4IIIRV*I-ft4-f-4-1IIII1III卜+T-4-C-E-d-E-4.图1水平接地网布置图主接地网以道路周围内Im为边缘线，敷设以水平接地体为主的人工接地网，接地网外部边缘应闭合，接地线外部边缘各角做成圆弧形状，圆弧的半径不宜小于均压带间距的50%,接地网内还应敷设水平均压带，防止出现电位差。本站水平接地体的埋深按1Om设计，并设25mm长度2.5m的不锈钢棒垂直接地极。主接地网按不等距网格布置设计，最外侧边缘水平接地体间隔布置稍密,但不小于6m为了增强雷电冲击电流的散流效果，在避雷针、避雷器

11、附近加装垂直接地体。垂直接地体的长度为2.5m,垂直接地极之间的水平距离不宜小于5m,其顶部与水平接地体焊接。2.3.2 接地网的计算（1）接地电阻要求按照交流电气装置的接地设计规范GB/T500652011中的规定,本项目有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电所电气装置保护接地的接地电阻应符合公式（4）的要求。2000=0.15(4)（2）接地电阻计算1）等距复合接地网根据GB50065中式（A.0.4-4）计算，见式（5）。R=PX1+-I=US1)50I乒.+I=0.20。(5)4135803410Z式中，p为土壤电阻率,50。m；S为闭合接地网的面积，194x70=13580m2；1为

12、水平接地极总长度,19410+7021=3410mo2）不等距复合接地网根据GB50065中式（D.0.4-12）计算,见式（6）。R=1RhX1R1XRmX1RNX1RdX(1.068X104+P=0.9911.220.840.890.936/0.0451. 068IO-4+50=0.16(6)13580式中，1Rh、品1&N分别为接地网的埋设深度、形状、网孔数量、导体根数和导体直径对接地电阻的影响系数,计算公式见式(7)(11)or11=1.061-0.070M=1.061-0.0701=0.991(7)1.144-0.13=0.92670kRtn=1.168-O.079znA：RN-1.

13、168-O.079180O.89=O.84(9)NTNTka=1.256-0.62/一+0.126一=N20.89(10)=0.936(11) 式中,口、12为接地网的长度和宽度，本项目中ZJ=194m,12=70m；N1、N2为长宽方向布置的导体数,本项目中N1=10,N2=21；m为接地网孔的数量=(10-1)(21-1)=180；D为接地体直径,0.0176m。N210101.256-0.620.126X2121,0.01740.0174ARd=0.931+=0.931+沥M1763）地电位升高值根据GB50065中式（B.0.4）计算,见式（12）。V=/XR=13.32IO30.06

14、2=825.8VVy（12）式中，R为化工区接地电阻,R=R/R1=O.062。；A1为化工区接地电阻（除220kV变电站区域外）,0.1。因此,22OkV变电站区域入地电流为I=VR=825.8/0.16=5161A04）接触电压允许值根据GB50065中式（4.2.2-1）计算，见式（13）。UI=174+0.17psXCii1740.1710000.78zx=560.OV(13)O式中，ps为地表层土壤电阻率,地面敷设0.15m厚的碎石,1000m；CS为表层衰减系数,按式（14）计算。0.09(1-PSCs=1-5010000.09I1-1-2s+0.09=0.7820.15+0.09式中，店为接地故障等效时间,0.3so5）跨步电压允许值根据GB50065中式（4.2.22）计算，见式（15）。1740.7p.CIJ=,瓦174+0.710000.78=1314.5VO(15)6）接触电压计算值根据GB50065中式（D.0.3-1）计算，见式（16）（23）。PIg义Ktn义Ki