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文檔簡介
1、廣西電網公司電力科學研究院鄧雨榮2010年04月27日變電站接地網安全狀態評估方法 1 概述 1.1 接地網安全狀態評估的意義 通過對接地網接地阻抗等參數的測量和理論仿真的研究,探索接地網安全狀態評估的方法,減輕測量勞動強度,提高工作效率,準確評估接地網安全狀態,確保電力系統的安全可靠運行和變電站工作人員的人身安全具有十分重要的意義。 1 概述1.2 接地網安全的概念1)確保地電位升小于允許值,以確保發變電站設備(主要指二次電纜和二次設備)的安全。2)確保接觸電位差和跨步電位差滿足人身安全的要求。3)由于設備外殼都與地網相聯,高的地電位升加在設備外殼上,會產生反擊事故,要確保不產生危及設備安全
2、的反擊過電壓。 1 概述1.2 接地網安全的概念4)接地阻抗不是表征電網安全與否的唯一參數。5)接地阻抗低并不意味著接地網安全,要進行全面評估。2 接地網安全狀態評估方法2.1評估工作內容一是變電站接地阻抗、接觸電位差和跨步電位差的測量;二是接地網安全狀態的分析評估;三是接地網腐蝕及斷點的診斷。 2 接地網安全狀態評估方法2.2 評估方法 表征變電站接地網安全狀態的主要參數包括接地阻抗、接觸電位差、跨步電位差、地網電位分布及地網的完整性等。2 接地網安全狀態評估方法2.2 評估方法1)變電站接地網安全狀態評估工作主要是結合現場測試和理論計算,準確給出接地網入地故障電流、接地阻抗、接觸電位差、跨
3、步電位差、地網電位分布、地網完整性、等現時狀態。2)地網金屬導體腐蝕情況目前通過開挖來進行檢查。3)內容多,測量計算工作量大,采用專業軟件分析計算。2 接地網安全狀態評估方法 2.3 評估程序1)收集分析計算所需要的基礎資料,包括地網結構、系統短路電流等;2)測量接地網接地阻抗,測量分流系數、確定短路入地電流;3)對運行變電站接地阻抗測試結果以及分流對運行變電站接地阻抗測試結果的影響進行詳細計算研究,通過軟件計算和實測結果對照,給出變電站接地阻抗值。4)測量土壤電阻率,分析得到土壤分層模型; 2 接地網安全狀態評估方法 2.3 評估程序5)以整個變電站場區為研究對象,計算實際接地網在單相接地短
4、路故障情況下,變電站接地網接地導體的電位升高,是否滿足二次設備安全的要求。6)計算變電站跨步電位差US和接觸電位差UT分布情況,對比測試結果以及跨步電位差US和接觸電位差UT的限值,判斷變電站US、UT的分布情況,分析和評估在地表產生的接觸電位差和跨步電位差是否滿足人身安全要求。 2 接地網安全狀態評估方法 2.3 評估程序3 接地網安全狀態評估標準 變電站接地網安全狀態評估標準就是接地網安全限值,這些安全限值包括入地故障電流、接地阻抗、接觸電位差和跨步電位差。3 接地網安全狀態評估標準3.1 入地故障電流 入地故障電流是分析接地網安全指標的基礎。電力系統發生短路時,只有一部分短路電流經接地網
5、流入大地,其余部分經變壓器中性點、與地網相連的架空地線、電力電纜的屏蔽層流回系統。 3 接地網安全狀態評估標準3.2 接地阻抗限值 我國電力行業接地規程DL/T621-1997交流電氣裝置的接地中既規定了對接地阻抗的要求,也規定了對接觸電位差和跨步電位差的要求。DL/T621-1997規定“有效接地和低電阻接地網中發電廠、變電站的接地裝置的接地阻抗R一般情況下應滿足R 2000/I”,即允許地電位升不大于2000V,這里I為入地短路電流。當接地裝置的接地阻抗不符合R 2000/I時,可通過技術經濟的比較來增大接地阻抗,但接地阻抗值不得大于5,且要滿足接觸電位差和跨步電位差的要求。 3 接地網安
6、全狀態評估標準3.3 接觸電位差和跨步電位差限值 我國電力行業接地規程DL/T621-1997交流電氣裝置的接地中規定,110kV及以上有效接地網和635kV低電阻接地網發生單相接地或同點兩相接地時,發變電站接地裝置的接觸電位差UT和跨步電位差US允許值不應超過式3.3.1和3.3.2。 3 接地網安全狀態評估標準3.3 接觸電位差和跨步電位差限值4 接地網電氣參數測量4.1 測量適用標準 接地網電氣參數測量適用標準為國家標準GB/T 17949.1-2000接地系統的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導則第1部分:常規測量或者中華人民共和國電力行業標準DL/T 475-2006接地裝置特性參
7、數測量導則 4 接地網電氣參數測量4.2 測量用儀器1)推薦采用異頻電流法測試大型接地裝置的工頻特性參數,試驗電流宜在3A20A,頻率宜在40Hz60Hz范圍,異于工頻又盡量接近工頻。2)如果采用工頻電流測試大型接地裝置的工頻特性參數,則應采用獨立電源或經隔離變壓器供電,并盡可能加大試驗電流,試驗電流不宜小于50A。3) 儀器的準確度不低于1.0級,測試場區地表電位梯度、跨步電位差、接觸電位差的電壓表分辨率不低于1mV,采用異頻電源時的測試儀表的選頻性能良好。 4 接地網電氣參數測量4.3 接地阻抗測量 4 接地網電氣參數測量4.3 接地阻抗測量 電流極和電壓極同向布置(圖4.3.1中電極P的
8、位置):電流極引線和電壓極引線同方向布置,電流極引線長度取4D(D為接地網的等效直徑),電流極引線和電壓極引線之間的距離取5m以消除引線間互感對測量結果的影響。測量時電壓極從靠近電流極開始,每隔50m或100m測量一個視在接地阻抗。 4 接地網電氣參數測量4.3 接地阻抗測量 也可以采用電流極和電壓極反方向布置(圖4.3.1種電極P1的位置)來測量接地阻抗,即電流極引線和電壓極引線分別布置在接地網的反方向,二者成180o布置,電流極引線長度取3D(D為接地網的等效直徑),電壓極長度取2D。 4 接地網電氣參數測量4.4 接觸電位差和跨步電位差的測量4 接地網電氣參數測量4.5 土壤電阻率測量4
9、.5.1測量方法 土壤電阻率的測量方法有土壤試樣分析法、三極法和四極法。在實際中很少有均勻的土壤,我們一般測量得到的是土壤的等值電阻率或土壤的視在電阻率。 目前,我國接地阻抗測量國家標準推薦采用的土壤電阻率測量方法是四極法,一般采用等測量間距的溫納(Wenner)四極法,如圖4.5.1所示4 接地網電氣參數測量4.5 土壤電阻率測量4 接地網電氣參數測量4.5 土壤電阻率測量視在土壤電阻率可以由測量得到的電阻值和極間距換算得到: 4 接地網電氣參數測量4.5 土壤電阻率測量通過計算機分析計算得到土壤電組率分層模型。 作為地網分析計算的基礎。4 接地網電氣參數測量4.5 土壤電阻率測量注意事項:
10、 土壤電阻率測量時,測量電流極應打入地中20cm深,有時為了增大測量電流可能要將電流極打入地中更深,或增加電流極的數量。測量電壓極應打入地中10cm。 為了得到比較準確的土壤電阻率分層模型,一般每個地網土壤電阻率測試樣本10-20個值,極間距離從10米到地網對角線長度,均勻選取。5 接地網腐蝕診斷5.1 接地網導體材料的選擇 由于土壤條件的差別,金屬在土壤中的腐蝕數據帶有一定的近似性。我國接地網一般都采用鍍鋅鋼。鋅的平均腐蝕率比鋼鐵略小。鋼鐵上的鍍鋅層在土壤中對內部的鋼能起到保護效果,鍍鋅層起了陰極保護作用。 5 接地網腐蝕診斷5.2 接地網導體連通性測試 接地網連通性測試比較簡單,按照規程要
11、求,首先選定一個很可能與主地網連接良好的設備的接地引下線為參考點,再測試周圍電氣設備接地部分與參考點之間的直流電阻。根據兩個測量點的直流電阻大小來判斷連通情況。 5 接地網腐蝕診斷5.3 接地網腐蝕及斷點的診斷方法1、開挖檢查2、網絡拓撲分析計算法 拓撲分析計算法基本原理就是通過接地網拓撲結構,應用適當的計算方法,計算出接地網每一段導體的理論電阻值。通過測量接地網可及端點之間的電阻得到接地網實際電阻。接地網導體實測電阻值與理論值的比值大小就可以判斷導體腐蝕或者斷裂的情況,從而實現對接地網故障的診斷。6 220kV擋村變電站接地網安全狀態評估應用實例6.1 地網概況 220kV擋村變電站的接地網
12、平面結構如圖6.1.1所示,主接地網為182157.6m2,另有150161m2和4556m2的兩個外引網,同時還輔以垂直接地極。 6 220kV擋村變電站接地網安全狀態評估應用實例6.2 參數測量 2005年11月,對220kV擋村變電站接地網進行了測試評估,內容包括不同電流極長度下的接地阻抗正、反向法的測量。使用接地網安全狀態數值評估系統,對變電站接地網安全狀態進行了分析評估。6 220kV擋村變電站接地網安全狀態評估應用實例6.2 參數測量1)接地阻抗測量 使用紅相接地儀和AVO接地儀,當電壓引線和電流引線同向和反向放置時,使用不同電流引線長度分別對擋村220kV變電站接地網進行了測量,
13、以確定變電站的接地阻抗。同時,使用變電站接地網安全狀態數值評估系統,對測量結果進行分析,以驗證變電站接地網安全狀態評估系統的有效性。 6 220kV擋村變電站接地網安全狀態評估應用實例6.2 參數測量1)接地阻抗測量 測量和分析結果如圖6.2.1-圖6.2.10所示。電壓引線和電流引線同向放置時,由圖6.2.1-圖6.2.7結合變電站接地阻抗理論分析值1.47,可得不同電流引線長度時電壓極的正確位置,結果如表6.2.1所示。 6 220kV擋村變電站接地網安全狀態評估應用實例6.2 參數測量2)土壤電阻率測量及分層分析 在評估接地網安全狀態之前,先對站址處的土壤電阻率進行了測試,結果如表6.2
14、.2所示,基于測量結果,使用接地網安全狀態評估系統,經過分析,檔村變電站站址土壤的分層模型如表6.2.3所示,使用該土壤分層模型模擬測量得到的視在土壤電阻率分布如圖6.2.11所示,可以看到,表6.2.3所示的土壤分層模型是比較有效的。 6 220kV擋村變電站接地網安全狀態評估應用實例6.3 安全狀態分析評估 使用接地網安全狀態數值評估系統對圖6.1.1所示擋村220kV變電站接地網進行了分析,分析所用土壤結構如表6.2.2所示,入地電流為14kA。經過計算,變電站接地阻抗為1.47,地表電位、跨步電位差和接觸電位差分布如圖6.3.1所示。6 220kV擋村變電站接地網安全狀態評估應用實例6.3 安全狀態分析評估6 220kV擋村變電站接地網安全狀態評估應用實例6.3 安全狀態分析評估6 220kV擋村變電站接地網安全狀態評估應用實例6.3 安全狀態分析評估 7 結論1)地網評估是一項目重要工作, 涉及到人身、電網及設備安全,開展有非常必要。2)地網評估是一項目技術難度大,工作內容多的一項系統性工作,準確分析評估的前提條件是資料完整、模型準確
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