論文220kV變電站接地 網改造 論文(定稿) 220kV變電站接地網改造摘要對于一個變電站接地網的設計與改造，為了使接地電阻盡可能小，一般取最大接地面積，但當變電站接地網面積很大，接地網不再是等電位的。 等間距的變電站接地網的地表電位梯度很大、散流不均勻，為達到國家標準，常常會犧牲較高的成本，因此研究變電站不等電位模型接地網布置具有重要工程意義。 本文針對220kV變電站采用了等間距和不等間距布置2種方法分別計算，利用MATLAB語言編寫對等間距和不等間距布置求最優成本方案的程序，求得將成本降低到最低的最優設計參數，同時考慮了參數的設計具有一定的可行性。 最后，將2組最優方案數據進行對比，得出結論，畫出相應的施工圖和電位圖，更直觀地說明不等間距的優越性。 關鍵字接地網等間距不等間距1.問題重述某220kV變電站最大邊長分別為240m、180m，主地網為一類似240180m的矩形結構。 現場實際測得地網數據如下土壤電阻率為75m；220kV側最大入地短路電流22.3kA；110kV最大入地短路電流10.5kA；請為該變電站設計所需的地網，并繪出相應的施工圖和電位比較圖。 2.設計步驟1調查土壤特性；短路故障發生在站內當短路故障發生于站內時，由于“避雷線桿塔”接地系統的分流作用，入地故障電流i的計算公式為故障點的全部故障電流，A；is電網系統提供的短路電流，A；in發電廠、變電站提供的短路電流，A；iB 1、2n通過避雷線分走的電流，A；i經站內地網流散的入地故障電流，A；Ke1短路故障發生在站內時的分流系數；短路故障發生在站外當短路故障發生于站外時，由于“避雷線桿塔”接地系統的分流作用，入地故障電流i的計算公式為式中imax故障點的全部故障電流，A；is電網系統提供的短路電流，A；in發電廠、變電站提高的短路電流，A；iB 1、2n通過避雷線分走的電流，A；i經站內地網回流的入地故障電流，A；Ke2短路故障發生在站外時的分流系數； 1、導體材料選擇比較熱穩定性、土壤中的平均腐蝕速度、導電性以及經濟成本。 2、導體截面積的選擇根據熱穩定性的要求，我們可以列出方程中I入地故障電流有效值，A；R導體電阻，；t入地故障電流持續時間，s；G導體質量，g；C導體比熱容，ws/g；1土壤環境溫度，；2導體最大允許溫度，；由于電流大，導體溫升快，所以導體電阻R和比熱容c都是隨溫度變化的函數，即地網導體一般為均勻導體，其質量可根據導體的密度和體積計算，即式中00時導體的電阻率，?m c00時導體的比熱容，ws/gL導體的長度，mm；S導體的截面積，mm2；導體的溫度系數；導體的比熱容系數；導體密度，g/mm3；入地故障電流計算；地網導體材料及截面大小的選擇；地網布置方式的選擇；接地參數的計算。 3.接地網改造應達到的標準和參數已知土壤電阻率=75m，面積A=240180m，入地短路電流I=22.3kA，長L1=240m、寬L2=180m3.1土壤特性3.1.1土壤電阻率根據已知條件，得到土壤電阻率為=75m3.1.2土壤腐蝕率根據表1，得到土壤電阻率、土壤腐蝕度、土壤腐蝕率的關系。 但實際工程中，土壤電阻率與土壤腐蝕率之間的這種分類關系不明顯，故不妨考慮土壤腐蝕性為中等，取r=0.15mm/a。 3.2持續短路時間據文獻2，發電廠、變電所的繼電保護裝置配置有2套速動主保護、近接地后備保護、斷路器失靈保護和自動重合閘時，te可按式 （1）取值tetm+tf+to （1）式中tm主保護動作時間，s；tf斷路器失靈保護動作時間，s；to斷路器開斷時間s。 根據實際通常情況下，tm取0.1s，tf取0.3s，to取0.2s，te0.6，取最小值為te=0.6s。 3.3入地電流根據已知條件，得到入地故障電流為I=22300A。 3.4地網導體材料3.4.1材料方面，全面技術經濟比較比較如下1.熱穩定性銅的短時最高允許溫度為300，熔點1083；鋼的短時最高允許溫度為400，熔點為1550，故鋼的耐熱性好，能通過更高的短路電流。 2.導電性局部電位差可高達地網電位升高的10%左右（Fe=1.710-7?m、Cu=1.6710-8?m）。 3.腐蝕性未鍍鋅鋼在土壤中腐蝕速度約為銅的45倍，而鍍鋅鋼在土壤中的腐蝕速度僅為銅的12倍，故鍍鋅鋼的耐腐蝕性更好。 4經濟性銅的價格約為鋼的幾倍到十幾倍，鋼更為經濟。 5污染銅會產生化學反應生成銅綠Cu（OH）2，對環境不利。 綜合以上幾方面，材料選用鍍鋅鋼。 3.4.2材料截面積形狀截面積形狀無外乎為圓形和矩形，但同樣的已知條件下，滿足同樣的標準條件下，通過本文作者的程序驗證下得出所需的成本、根數確實相差很大，具體數據就不累贅了，所以實際工程中采用扁鋼。 3.5深埋根據文獻3，深埋取0.6-0.8m，不妨取h=0.6m。 3.6接地電阻根據文獻3，當I4000A時，R=0.5。 式中I入地故障電流，A3.7接觸電壓和跨步電壓=-=241.1V t=-=292.4V式中t接地短路電流持續時間，取0.6s地面土壤率，取75m（抄的時候改為Uj和Uk）3.8熱穩定性在壽命期內，考慮到腐蝕的影響，接地網及地網主干線的最小截面積應符合（改S為Sg，K為c）S=246.76mm2式中Sg接地線的最小截面，mm2；I流過接地線的短路電流穩定值，取入地短路電流22300A；t接地短路的等效持續時間，取0.6s c接地線的熱穩定系數，鋼取70。 考慮10年的壽命，則10年腐蝕的距離l=r*y=0.15*10=1.5mm，同時考慮到腐蝕的非均勻性，所以乘以20%的裕度，得到按腐蝕速度確定的導體截面積及截面長寬。 故扁鋼截面長和寬x1，x2必須滿足下式（x1-l）*（x2-l）=Sg*（1+20%）=246.76=296.1124.接地設計與計算4.1工頻接地電阻的計算根據經驗公式，接地電阻為4.2接地網的接觸電壓和跨步電壓接觸電壓和跨步電壓的計算與地網布置方式有關，公式分別如下.Ut0170174+=t.US070174+=tKI4.2.1等間距分布式中Utmax最大接觸電位差，V；Ktmax最大接觸電位差系數。 當地網的埋設深度h=0.60.8m時，Ktmax可按下式計算，即Ktmax=KdKLKnKs式中Kd、KL、Kn和Ks系數，對3030m2S500500m2的地網，可按下式計算。 式中n均壓導體根數；KL=d均壓導體等效直徑，mm；1.=L 1、L2地網的長度和寬度，m對于地網最大跨步電壓來說，最大跨步電位差一般出現在接地網外緣，它的大小可按下式計.Kn77600760+=算式中Usmax最大跨步電位差，V；Ksmax最大跨步電位差系數。 正方形接地網的最大跨步電位差系數可按下式計算而T=0.8m，即跨步距離。 =350.對于矩形接地網，n值由下式計算?式中L、L0分別與前式中意義同。 4.2.2不等間距布置n=2最大接觸電壓計算式?見資料最大跨步電壓計算式LLLS?40012/dlg.Kd22508410?=Slg.KS414?0234U0+=n01.4121LL方孔型接地網長孔型接地網?n3021412Sn.=01.ngtmaxtmax K=UU?gsmaxsmaxU K=()()dhS.lnThhThhln.Kmaxs420225122222?+?=gtmaxtmax K=UU?見資料式中n1沿長方向布置的均壓帶根數；n2沿寬方向布置的均壓帶根數；m接地網孔數，其中m=(n1-1)(n2-1)；h水平均壓帶的埋設深度,m；L 1、L2接地網的長度和寬度,m。 4.3具體數據計算4.3.1等間距布置等間距布置采用反推和嘗試法相結合，用反推法求出不同情況下滿足接觸電壓的根數n（n是沿長方向根數和沿寬方向根數的平均數，即n=（n1+n2）/2），然后用嘗試法求出不同情況下中成本最優的一種組合，即成本最低的組合，并記錄顯示出來。 程序流程圖如下程序如附錄A，本程序中除了主程序外，還有2個子程序，分別是名為qiuchanghekuan和qiuchengben的子程序，前者是為了求出等間距布置下，根據求出的根數平均值n，來算出網孔盡量為正方形的沿長和寬方向上的根數；后者是為了求出每種情況參數下的總成本，便于主程序中的擇優選擇。 結果如下最優成本=1.9075e+005最優成本截面長=45最優成本截面寬=12最優成本均根數=34最優成本沿長方向根數=39最優成本沿寬方向根數=29最優成本10年后截面積=456.7500最優成本跨步電壓最大值=227.5401最優成本跨步電壓10年后最大值=226.3863由此看出，這種最優結果滿足標準要求。 4.3.2不等間距布置不等間距布置，由于Kjmax和Kjn都涉及到n1和n2的值，故無法用等間距的反推法來求n（其中n=n1+n2，有別于等間距的n），所以只能用嘗試法將不同n 1、n2（當然n1=n2）、x 1、x2來分別調用qiuchengben子程序求出成本，并通過判斷語句求出成本最低即最優方案及其參數，程序流程圖如下程序如附錄B，本程序中除了主程序外，還有1個子程序，是名為qiuchengben的子程序，比等間距布置少用1個子程序，取而代之的是用2個for循環語句來嘗試帶入n 1、n2（n1=n2），子程序是為了求出每種情況參數下的總成本，便于主程序中的擇優選擇。 結果如下最優成本=8.5181e+004最優成本截面長=45最優成本截面寬=12最優成本沿長方向根數=16最優成本沿寬方向根數=14最優成本跨步電壓最大值=84.9238最優成本跨步電壓10年后最大值=85.8947最優成本接觸電壓最大值=227.7939最優成本接觸電壓10年后最大值=229.4466最優成本10年后截面積=456.7500值得一提的是，該程序考慮了接觸電壓裕度為1.05，如果不考慮接觸電壓裕度，則求出的實際接觸電壓與標準接觸電壓幾乎剛好一致，只相差0.0001左右，太冒險，故添加了一定的電壓裕度來保證安全。 5成本校核成本是用qiuchengben的子程序動求，根據實際調查，得到土方費用為120元/立方米，鍍鋅鋼材料是4300元/噸，人工費（包括焊接）是350元/噸，故根據每種情況的沿長方向根數nl1，沿寬方向根數nl2，埋深h，截面長x1，截面寬x2，和相對應的材料質量與長度關系z（kg/m）分別得到3種費用tr、cl、rg，再求得總費用chengben。 但由于在規格中有部分沒有對應的z值，故將其設為0，并用if語句來排除這種情況，程序如下function chengben=qiuchengben(nl1,nl2,h,x1,x2,z)tr=(180*x1*nl1/1000+240*x1*nl2/1000-nl1*x1*x1*nl2/1e6)*h*120;cl=4300*z*(nl1*180/1000+nl2*240/1000);rg=z*350*(nl1*180/1000+nl2*240/1000);if rg=0chengben=0;else chengben=tr+cl+rg;end end結果，等間距最優方案的成本為190750元，不等間距最優方案的成本為85181元。 相差10萬左右，節約了不少成本，施工圖見附錄C和D。 6電位分布2種情況,根據2種最優方案的數據，用軟件畫出電位分布圖，如附錄E，可看出不等間距的電位分布優于等間距的電位分布。 7方案改進對于地網由于端部效應和鄰近效應，等間距布置地面電位分布不均勻，故可在4個直角處采用弧形閉合，半徑不小于間距，而且可以在邊角處的網孔進行二次網孔設計，目的也是在于均勻電位，但是對于不等間距而言，這種優化不理想，因為在不等間距布置的邊角處接地極本來就分布比較密集，所以沒必要進行二次網孔設計。 除此之外，不等間距的設計可以用遺傳算法優化模型4，具體實現方法就不詳細闡述。 當然，實際工程中還有引外接線、采用降阻劑降低土壤電阻率、加大接地體的尺寸、增加接地體的埋深、利用自然接地體、置換土壤等方法來改善參數，但本設計中已經滿足標準，所以沒必要采用以上方法。 8結語對于面積為240m*180m的某220kV變電站，本文分別設計了等間距分布地網和不等間距分布地網的最優成本方案，并將2種最優成本方案進行比較、分析，選取不等間距布置為最終方案。 通過本文所述，可知等間距布置具有結構簡單，計算簡便，設計施工容易的優點，適用于小型地網的設計場合；不等間距布置具有地面分布均勻，地網安全性高，建設成本低的特點，接地網面積越大，不等間距的技術經濟效果越明顯，適用于大中型地網的設計。 因