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安全管理網(wǎng)

變電站接地網(wǎng)存在的問題及改造意見

  
評論: 更新日期:2008年05月09日

摘 要:根據(jù)電力部通報的幾次由于接地網(wǎng)問題引起的接地裝置擴(kuò)大事故的原因及分析,并結(jié)合保定供電公司地網(wǎng)檢查中發(fā)現(xiàn)的問題,對地網(wǎng)改造的幾個技術(shù)問題進(jìn)行了探討,并提出了建設(shè)性意見。

關(guān)鍵詞:接地裝置;熱容量;腐蝕;變電站;接地網(wǎng)

近年來,國內(nèi)許多地區(qū)連續(xù)發(fā)生多起因接地網(wǎng)不滿足要求而引起的設(shè)備損壞事故。1985年東北某電廠66 kV系統(tǒng)C相接地,弧光過電壓使一條出線隔離開關(guān)閃絡(luò),構(gòu)成兩相異點接地短路,線路跳閘重合不成,使刀閘弧光蔓延到刀閘兩側(cè)形成三相弧光短路。短路電流將接地引下線燒斷8處,高壓進(jìn)入直流系統(tǒng)和二次回路導(dǎo)致全部電源開關(guān)跳閘,全廠停電。全國還發(fā)生多起同類地網(wǎng)事故。

1保定供電公司地網(wǎng)腐蝕情況

為了摸清保定供電公司地網(wǎng)的腐蝕情況及存在的問題,從1999年起對南郊、高碑店、雄縣、上陳驛、定縣等運(yùn)行20 a以上的變電站地網(wǎng)進(jìn)行了挖掘檢查,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)如下問題。

a. 接地引下線熱容量不夠公司大部分變電站設(shè)備采用的接地引下線為ø12 mm圓鋼,部分設(shè)備甚至用ø8 mm圓鋼,而且個別站同一電壓等級設(shè)備的接地引下線規(guī)格不齊,并有多點焊接。

b. 接地引下線與水平地線截面配合不當(dāng)高碑店220 kV部分接地引下線截面ø22 mm圓鋼,而接地引下線與地網(wǎng)干線相連的地線截面卻為ø12mm圓鋼;10 kV母線橋接地引下線為ø10 mm的圓鋼,主網(wǎng)為40×4 mm扁鋼。

c. 沒按圖紙施工,接地引下線連接不合理東北郊變電站地網(wǎng)施工圖為對稱布置,是與西北角相對應(yīng)的東北角上一條主干線,開挖檢查卻找不到。部分設(shè)備接地引下線不是直接引到主網(wǎng),而是經(jīng)過操作機(jī)構(gòu)再引到主網(wǎng),或就近與其它設(shè)備接地引下線相連,甚至有部分設(shè)備接地引下線直接引進(jìn)電纜溝內(nèi)扁鐵上。

d. 后期工程的接地引下線沒有與一期工程主地網(wǎng)相連接容城220 kV變電站二期工程#1變壓器中性點沒有與主地網(wǎng)相接;#1變壓器本體與底座基礎(chǔ)相連,但底座基礎(chǔ)沒有與主網(wǎng)相連,該主變長期運(yùn)行在本體及中性點沒有有效接地的情況下,僥幸在運(yùn)行期間沒有發(fā)生接地故障,并及時發(fā)現(xiàn)事故隱患。高碑店117、118、119間隔,南郊2210間隔均為新增間隔,刀閘與開關(guān)接地線相連,成獨立網(wǎng),沒與主地網(wǎng)連接。

e. 部分接地網(wǎng)(線)腐蝕嚴(yán)重電纜溝接地扁鋼比土壤中的腐蝕嚴(yán)重;土壤中的接地引下線比水平敷設(shè)的主接地網(wǎng)干線腐蝕嚴(yán)重。如水源電纜溝內(nèi)扁鐵多處銹蝕50%以上,甚至有幾處已經(jīng)銹斷。

f. 重要設(shè)備未能保證多于一點接地。

2改進(jìn)地網(wǎng)的技術(shù)措施

以上問題的存在,嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行,如不加以解決將會出現(xiàn)類似東北某電廠的地網(wǎng)擴(kuò)大事故。近幾年部分單位實施了地網(wǎng)改造工程,從改造方式上看,大致可分為全面改造型和局部加強(qiáng)型兩種方式。所謂全面改造就是對整個地網(wǎng)進(jìn)行重新設(shè)計,重新敷設(shè);加強(qiáng)型改造即僅對接地引下線增大截面或水平地網(wǎng)同時增加幾條均壓帶?,F(xiàn)針對地網(wǎng)改造中存在的問題,提供幾點改進(jìn)意見。

2.1接地網(wǎng)截面的選擇

首先接地裝置的截面選擇要滿足熱穩(wěn)定的要求,驗算熱穩(wěn)定的關(guān)鍵是確定短路電流作用的時間,此問題應(yīng)該結(jié)合保護(hù)的可靠性、施工情況、經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行綜合考慮。美國接地導(dǎo)則建議取熱穩(wěn)定校驗時間為3 s,即與開關(guān)電器的熱穩(wěn)定核驗時間相同,且取材多為銅質(zhì)。舊規(guī)程(SDJ8-1979)規(guī)定接地裝置熱穩(wěn)定校驗時間取主保護(hù)動作時間,但實踐中發(fā)生很多次燒毀接地網(wǎng)事故,都是發(fā)生在主保護(hù)失靈的情況下。新規(guī)程(DL/T 621-1997)規(guī)定有效接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗時間應(yīng)該取主保護(hù)動作時間加上失靈保護(hù)動作時間;不接地、消弧線圈接地和高阻接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗時間應(yīng)該取2 s,即第一后備保護(hù)動作時間。

因為220 kV系統(tǒng)在電網(wǎng)中的地位比較重要,一般配有兩套保護(hù),主保護(hù)的可靠性比較高。第一后備保護(hù)與主保護(hù)的時間間隔比較長,以第一后備保護(hù)確定的截面比按主保護(hù)確定的截面大得多,甚至到了設(shè)計和施工部門難以接受的程度。所以220 kV系統(tǒng)接地裝置的熱穩(wěn)定校驗時間宜取主保護(hù)時間加上失靈保護(hù)動作時間。一般情況下,220 kV變電站母線和出線的瞬動主保護(hù)配有斷路器失靈保護(hù),當(dāng)某臺斷路器拒動時,經(jīng)過0.3~0.5 s跳開全部相關(guān)的斷路器隔離故障點,同時考慮斷路器的固有分閘時間和滅弧時間約為0.1 s,所以考慮斷路器拒動的情況存在,220 kV有效接地系統(tǒng)接地裝置的熱穩(wěn)定校驗時間宜取0.6 s。該公司220 kV系統(tǒng)接地裝置改造的熱穩(wěn)定校驗時間取1 s。110 kV及以下變電站一般為普通降壓變電所,屬于不接地、消弧線圈接地系統(tǒng),在電網(wǎng)中的重要性相對低一些,保護(hù)的可靠性要差一點,這些變電站按第一后備保護(hù)考慮所確定的截面比按主保護(hù)考慮所確定的截面增大較小,設(shè)計和施工部門比較容易接受,所以,為了防止接地裝置擴(kuò)大事故,110 kV及以下系統(tǒng)熱穩(wěn)定校驗時間宜按第一后備保護(hù)考慮。查閱有關(guān)資料,110 kV及以下系統(tǒng)第一后備保護(hù)時間一般均限制在2 s以內(nèi)。該公司110 kV系統(tǒng)接地裝置改造的熱穩(wěn)定校驗時間取2 s。

2.2接地極截面的選擇

從8座變電站的地網(wǎng)開挖檢查結(jié)果來看,圓鋼的腐蝕截面要小于扁鋼。因為在相同的導(dǎo)電截面下,圓鋼的表面積要小于扁鋼,即在同樣潮濕的土壤中,同樣截面的圓鋼與土壤接觸的面積小于扁鋼與土壤接觸的面積,受潮濕土壤的腐蝕程度要小于扁鋼。同時,從施工角度來說,圓鋼易于機(jī)械加工,可向任何方向轉(zhuǎn)變角度,相對而言扁鋼受局限。在設(shè)計、施工中建議采用圓鋼。

2.3設(shè)備接地引下線截面與主網(wǎng)干線截面的配合

舊規(guī)程(SDJ8-79)上并沒有明確規(guī)定配合關(guān)系,按舊規(guī)程設(shè)計的變電站,接地引下線截面一般都小于主地網(wǎng)干線的截面。在發(fā)生短路故障時,流過接地引下線的電流是全部的故障電流,而地網(wǎng)干線有分流作用,流過接地引下線的電流是主接地網(wǎng)干線的2倍,較小的截面承受全部的短路電流,成為地網(wǎng)中的一個薄弱環(huán)節(jié),我國大部分地網(wǎng)事故,往往是短路電流先將接地引下線燒斷,從而導(dǎo)致故障擴(kuò)大。所以接地引下線截面不應(yīng)小于地網(wǎng)干線截面。新規(guī)程(DL/T 621-1997)中明確規(guī)定:在未考慮腐蝕時,接地裝置接地極的截面不宜小于連接至接地裝置的接地線截面的75%。在考慮腐蝕的情況下,接地裝置接地極的截面不宜小于連接至接地裝置的接地線截面。該公司變電站地網(wǎng)改造中接地極的截面與接地引下線的截面相同。

2.4設(shè)備接地引下線的連接

很大一部分設(shè)備的接地引下線引到電纜溝內(nèi)的扁鐵上。電纜溝扁鐵只有幾點與主網(wǎng)連接,在短路故障時,短路電流經(jīng)電纜溝接地體流向主網(wǎng),如果故障點距主接地網(wǎng)干線連接點較遠(yuǎn),故障點的電位將會被抬得很高,對二次回路構(gòu)成威脅。故不能將設(shè)備接地引下線連到電纜溝內(nèi)的接地扁鐵上。同時應(yīng)該說明的,電纜溝內(nèi)的接地帶應(yīng)多處與地網(wǎng)主干線相連,溝內(nèi)電纜支架與接地帶連接應(yīng)可靠,這樣可以沿途分流,避免大電流集中,避免電纜兩端出現(xiàn)高電位差。

另外,接地引下線通過傳動部分接地更不可取,傳動部分的接觸面積具有分散性,不能保證有效地傳導(dǎo)故障電流;而且傳動部分時常有人操作,有故障電流經(jīng)過時會危及操作人員的人身安全。

2.5主要設(shè)備多點接地

主變本體及中性點接地引下線、帶有二次線的一次設(shè)備接地引下線應(yīng)與不同主網(wǎng)干線可靠相連,且連接線應(yīng)不少于兩根。這樣一方面減少接地引下線的波阻抗,從而減少局部電位升高,另一方面可以起到互為備用的作用。因為設(shè)備接地引下線在地中與地網(wǎng)焊接不良,甚至漏焊,腐蝕斷線的情況較多,且在運(yùn)行中不易被查出,因此互為備用十分必要。

2.6接地網(wǎng)主干線結(jié)構(gòu)

我國大部分地區(qū)接地網(wǎng)主干線都是長孔形布置,高壓設(shè)備沿電纜溝布置。根據(jù)地網(wǎng)事故分析可知,接地網(wǎng)的網(wǎng)孔不只限于設(shè)備本身的接地和滿足接觸電勢、跨步電壓的要求,還要滿足設(shè)備接地點與主變中性點有多路通道的要求,因此從增加短路電流散流通路,改善電位分布出發(fā),建議將目前以長孔為主的接地網(wǎng)設(shè)計,改為以方孔為主,或?qū)⒔拥匾戮€接到兩側(cè)的水平地線上,形成不規(guī)則的方格網(wǎng)孔。均壓帶的交叉點應(yīng)可靠連接,便于地網(wǎng)的散流,但規(guī)程上沒有明確規(guī)定。

2.7嚴(yán)禁使用預(yù)應(yīng)力水泥桿的鋼筋作接地引下線

對利用預(yù)制水泥桿內(nèi)鋼筋作為接地引下線的情況,由于內(nèi)部鋼筋焊接情況以及鋼筋的材質(zhì)不易檢查,建議采用專門的接地引下線。

2.8防腐措施

從安全經(jīng)濟(jì)方面考慮,接地網(wǎng)應(yīng)根據(jù)不同部位腐蝕特點采用必要的防腐措施,新敷設(shè)的接地網(wǎng)要特別注意接地體的防腐能力,鋼材本身要作防腐處理,如熱鍍鋅;焊接處應(yīng)去掉焊渣后,涂厚度2 mm左右的瀝青;電纜溝相對濕度較大,構(gòu)成電化學(xué)腐蝕條件,故電纜溝內(nèi)的扁鐵除采用鍍鋅防腐外,還應(yīng)從降低電纜溝濕度出發(fā)減緩腐蝕。防腐的另一項措施是水平地線回填土要夯實,從地網(wǎng)開挖發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重處大都是與地線有空洞或不緊密的地方,而土塊緊粘在扁鐵外的腐蝕就比較少。

2.9關(guān)于新舊地網(wǎng)連接

目前規(guī)程及資料沒有這方面的介紹,有人認(rèn)為新舊地網(wǎng)并聯(lián)后彼此存在屏蔽作用,不贊同新舊地網(wǎng)并聯(lián)。該問題可從兩個方面考慮,一方面,由電力系統(tǒng)接地技術(shù)理論可知,當(dāng)變電站占地面積為A時,那么當(dāng)該面積內(nèi)全部鋪滿鋼材,即地網(wǎng)成為一面積為A的金屬板時,其接地電阻可達(dá)最小值;反之,把水平接地體減少到只剩一個勾劃出地網(wǎng)輪廓的外框時,其接地電阻將達(dá)最大值。而新舊地網(wǎng)并聯(lián)相當(dāng)于向金屬板地網(wǎng)靠近,故其接地電阻應(yīng)為減小趨勢;另一方面,兩根均壓帶并聯(lián)后,因互相屏蔽的緣故,總的電阻不是單根的一半,而是要大一些,其利用系數(shù)仍為0.9,并聯(lián)后總電阻接近單根的一半。從以上兩方面看出,新舊地網(wǎng)應(yīng)該并聯(lián)。湖北省電力公司“關(guān)于220 kV及以上變電站重點反措的補(bǔ)充規(guī)定”中規(guī)定:地網(wǎng)改造要求另外敷設(shè)新接地網(wǎng)及設(shè)備接地引下線同時保留原接地網(wǎng),而且要求新接地網(wǎng)在地中要緊緊貼靠老接地干線敷設(shè)焊接。

2.10施工中的注意事項

在實施接地網(wǎng)改造時,施工的管理和檢查對于保證質(zhì)量十分重要。因此必須按圖紙施工,同時接地扁鐵之間的焊接質(zhì)量也不容忽視,首先要保證搭接面積,嚴(yán)禁點焊,必要時可以在焊接處搭接一根相當(dāng)于扁鐵截面的圓鋼,圓鋼長度要大于其直徑的12倍;其次在折彎處禁止采用高溫加熱處理,因為高溫加熱后,鋼鐵的有效截面發(fā)生變化,不能保證足夠的通流量,易形成薄弱環(huán)節(jié);另外,禁止設(shè)備接地引下線串接,以防某處地線斷開時,造成后面串接設(shè)備失地。為避免遺留事故隱患,地網(wǎng)回填土之前必須經(jīng)專業(yè)人員驗收,驗收資料及改造圖紙存檔待查。

3結(jié)論

a. 220 kV中性點有效接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗時間應(yīng)該取主保護(hù)動作加上失靈保護(hù)動作時間;110 kV及以下小電流接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗時間應(yīng)該取第一后備保護(hù)動作時間。

b. 在設(shè)計、施工中建議接地裝置截面宜采用圓鋼。

c. 設(shè)備的接地引下線截面不應(yīng)小于地網(wǎng)干線截面。

d. 設(shè)備接地引下線必須就近直接引到地網(wǎng)主干線。不得串接或通過其它裝置引至地網(wǎng)。

e. 將目前以長孔為主的接地網(wǎng)設(shè)計,改為以方孔為主,或?qū)⒔拥匾戮€接到兩側(cè)的水平地線上,形成不規(guī)則的方格網(wǎng)孔。

f. 采用專門的接地引下線,嚴(yán)禁使用預(yù)應(yīng)力水泥桿的鋼筋作接地引下線。

g. 主變本體及中性點、帶有二次線的一次設(shè)備應(yīng)多于一點接地。

h. 接地引下線地下部分、電纜溝內(nèi)的扁鐵、焊接處、垂直接地極必須采取防腐措施。

i. 敷設(shè)新接地網(wǎng)及設(shè)備接地引下線同時保留原接地網(wǎng),而且要求新接地網(wǎng)在地中要緊緊貼靠老接地干線敷設(shè)焊接。

j. 必須按圖紙施工,嚴(yán)格執(zhí)行隱蔽工程驗收制度,保證施工質(zhì)量。

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