220kV變電站的防雷接地設(shè)計(jì)問(wèn)題探討摘要：為保證設(shè)備及人員安全，變電站需要合理配置防雷接地設(shè)施。由于接地電阻的存在，電流流過(guò)接地體會(huì)引起電位升高，可能對(duì)設(shè)備造成反擊，破壞二次設(shè)備絕緣，電流在地中擴(kuò)散時(shí)，在地面出現(xiàn)的電位梯度會(huì)使人體遭受接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)的作用，必須對(duì)接觸電阻值進(jìn)行限制。220kV變電站室配電網(wǎng)主供電源，其防雷接地具有典型性，對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：變電站；防雷接地；接地電阻1變電站防雷接地概述為避免遭受雷電危害，針對(duì)直擊雷、感應(yīng)雷或雷電波侵入，變電站通常分別設(shè)置不同的措施。對(duì)直擊雷，通過(guò)設(shè)置避雷針、避雷線或避雷帶，并配以相應(yīng)的接地裝置以便把雷電流導(dǎo)入大地，將雷電與大地的異種電荷充分中和；對(duì)感應(yīng)雷一般通過(guò)保證接地不同設(shè)備的接地與帶電部分在空氣中和地中距離來(lái)防止反擊；對(duì)雷電波侵入，在進(jìn)出線、母線及其他相應(yīng)位置設(shè)置避雷器，并以最短路徑將避雷器接地。接地是將電氣設(shè)備某些部位、電力系統(tǒng)某些點(diǎn)與大地相連，提供故障電流及雷電流的泄流通道、穩(wěn)定電位、提供零電位參考點(diǎn)，確保電力系統(tǒng)及電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行及人身安全。變電站接地除應(yīng)利用自然接地極外，還須通過(guò)設(shè)置人工接地裝置，來(lái)保證接地電阻，以滿(mǎn)足接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)要求，保證設(shè)備及人員安全。對(duì)于110kV及以上有效接地系統(tǒng)，一般要求地電位升(groundpotentialrise,GPR)<2kV[1]，相應(yīng)的接地電阻應(yīng)為R<2000/I(I為最大接地故障不對(duì)稱(chēng)電流有效值)。實(shí)際工程中，部分變電站短路電流過(guò)大，地電位升控制在2kV難度很大。二次系統(tǒng)承受干擾電壓和工頻耐壓試驗(yàn)表明，短路電流較大或土壤電阻率較高區(qū)域，地電位升允許提高到5kV，但應(yīng)驗(yàn)證接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)要求，同時(shí)應(yīng)保證10kV及以下避雷器的安全性。220kV變電站防雷接地特點(diǎn)220kV變電站根據(jù)配電裝置型式可以分為常規(guī)戶(hù)外變電站、戶(hù)外GIS變電站和全戶(hù)內(nèi)變電站。戶(hù)外變電站通過(guò)設(shè)置獨(dú)立避雷針或構(gòu)架避雷針進(jìn)行防直擊雷保護(hù)，GIS一般不需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的直擊雷保護(hù)，但應(yīng)做好接地，戶(hù)內(nèi)變電站一般在屋頂設(shè)置避雷帶來(lái)防直擊雷保護(hù)。根據(jù)進(jìn)出線形式，一般在進(jìn)出線、母線及主變高中低壓側(cè)均設(shè)置避雷器來(lái)防止雷電波侵入造成的破壞。變電站的接地電阻與土壤電阻率成正比，與接地面積的開(kāi)方成反比。常規(guī)戶(hù)外變電站占地面積較大，一定程度上，降低接地電阻相對(duì)容易；戶(hù)外GIS占地面積較小，戶(hù)內(nèi)變電站占地面積最小，接地設(shè)計(jì)難度較大，在接地電阻無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況下，需要采取附加措施。220kV變電站的防雷接地設(shè)計(jì)問(wèn)題探討3.1接地網(wǎng)材料選擇目前主要使用的接地材料是鋼材和銅材，鋼材成本低廉，耐腐蝕性差；銅材耐腐蝕性好，但成本高，有鑒于此，銅覆鋼材也有很廣闊的應(yīng)用場(chǎng)合。選擇接地材料的出發(fā)點(diǎn)是接地網(wǎng)在變電站設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)免維護(hù)，接地導(dǎo)體尺寸須考慮熱穩(wěn)定，同時(shí)應(yīng)考慮變電站設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)的腐蝕總量。銅接地體導(dǎo)電性能較鋼接地體好，接地體截面相同時(shí)，銅材熱穩(wěn)定性較好。接地體的腐蝕主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種形式，多數(shù)情況兩種腐蝕同時(shí)存在。土壤腐蝕性是客觀并長(zhǎng)期存在的，針對(duì)具體工程，應(yīng)充分調(diào)研土壤特性，合理選擇接地材料。對(duì)于常規(guī)戶(hù)外變電站，一般采用熱鍍鋅鋼材作為接地材料；對(duì)于戶(hù)內(nèi)變電站或戶(hù)外GIS變電站，由于接地網(wǎng)維護(hù)和修復(fù)難度大、成本高，一般選用銅接地材料。此外，接地材料的選擇應(yīng)充分考慮土壤的酸堿腐蝕性，在中性或酸性土壤中，接地裝置宜選用熱鍍鋅鋼，在強(qiáng)堿性土壤或高腐蝕介質(zhì)的中性土壤中，宜選用銅接地或銅覆鋼材。3.2接地網(wǎng)設(shè)計(jì)變電站接地網(wǎng)通常以水平接地網(wǎng)為主、垂直接地極為輔構(gòu)成復(fù)合地網(wǎng)。水平地網(wǎng)根據(jù)導(dǎo)體布置可分為等間距或不等間距。由于端部效應(yīng)與鄰近效應(yīng)，等間距布置的地網(wǎng)，邊角網(wǎng)孔電勢(shì)比中心網(wǎng)孔電勢(shì)高，而且隨著地網(wǎng)面積與網(wǎng)孔數(shù)的增多，其差值也不斷增加。在不等距布置的情況下，中部導(dǎo)體得以更充分的利用。較短的垂直接地極由于受水平接地極屏蔽的影響，對(duì)地網(wǎng)接地電阻所產(chǎn)生的改善效果較弱，但對(duì)一些設(shè)備接地可以加強(qiáng)散流，避雷器、構(gòu)架避雷針、變壓器中性點(diǎn)等位置應(yīng)設(shè)置集中垂直接地裝置。在接地網(wǎng)的邊沿可設(shè)置一定數(shù)量的垂直接地極，擴(kuò)大接地面積，加強(qiáng)散流。實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)變電站站址土壤條件合理設(shè)置接地網(wǎng)。對(duì)于面積狹小的城市220kV變電站應(yīng)充分考慮巖層特性、土壤電阻率、地下水等相關(guān)因素，充分利用深井接地的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)先考慮采用深井接地，深井深度應(yīng)以接至滲水層為宜；對(duì)于非城市變電站，一般地處郊區(qū)或村鎮(zhèn)，應(yīng)充分調(diào)研周邊實(shí)際情況，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證，選擇外引接地、深井接地或其他綜合降阻措施。3.3降低接地電阻的措施針對(duì)工程實(shí)際，應(yīng)根據(jù)入地電流計(jì)算變電站的電阻值R，并據(jù)此計(jì)算地電位升和相應(yīng)的接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)，均滿(mǎn)足要求才能保證設(shè)備和人身安全。隨著電力系統(tǒng)發(fā)展，短路電流增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，對(duì)R<2000/I的限值，有些項(xiàng)目很難實(shí)現(xiàn)，根據(jù)參考文獻(xiàn)［2］規(guī)定，有效接地系統(tǒng)的電力設(shè)備的接地電阻要求為：R<2000/I或R<0.5Q（當(dāng)I>4000A）。在高土壤電阻率地區(qū)，接地電阻如按規(guī)定值要求，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上極不合理時(shí)，允許有較大的數(shù)值。但必須采取措施以保證發(fā)生接地短路時(shí)，在該接地網(wǎng)上接觸電勢(shì)和跨步電壓均不超過(guò)允許的數(shù)值；不發(fā)生高電位引外和低電位引入；3kV~10kV閥式避雷器不動(dòng)作。為了降低地電位升，保證人身和設(shè)備安全，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理的范圍內(nèi)必須降低接地電阻。常用的降阻措施主要包含以下幾種：（1）外引接地（2）深井接地（3）采用降阻劑（4）加裝接地模塊（5）電解離子接地極。外引接地受周?chē)鷪?chǎng)地及土壤特性限制，有較大的局限性；當(dāng)下部巖層或土壤電阻率較低時(shí)，可采用深井接地；降阻劑有一定的腐蝕性，對(duì)接地體及周遭環(huán)境有一定影響；接地模塊具有耐腐蝕、接地電阻穩(wěn)定等特點(diǎn)，它由導(dǎo)電性、穩(wěn)定性較好的非金屬礦物和電解物質(zhì)組成，缺點(diǎn)是接地模塊市場(chǎng)混亂，良莠不齊；電解離子接地極，由合金化合物組成，導(dǎo)體外部一般為紫銅管能耐壓腐蝕物質(zhì)，內(nèi)部填充特制電解化合物，能充分吸收空氣中的水分，有效降低電阻并保持穩(wěn)定，缺點(diǎn)是成本過(guò)高。深井接地是根據(jù)站區(qū)面積采用長(zhǎng)垂直接地極，增設(shè)一定數(shù)量的接地深井（一般不少于4座），利用底層土壤和地下水電阻率較低，能有效降低接地電阻。當(dāng)降阻難度太大，經(jīng)濟(jì)技術(shù)不合理時(shí)，可與相關(guān)部門(mén)協(xié)商，在不影響二次設(shè)備工作和不引起10kV及以下避雷器動(dòng)作的前提下，通過(guò)提高接觸電勢(shì)、跨步電勢(shì)允許值來(lái)保證人身和設(shè)備安全。4220kV變電站防雷接地設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1） 適當(dāng)配置直擊雷防護(hù)措施。220kV戶(hù)外或架空線為主的變電站一般采取適當(dāng)高度的構(gòu)架避雷針或獨(dú)立避雷針進(jìn)行直擊雷防護(hù)，局部不在保護(hù)范圍內(nèi)的主控室等建筑可以增設(shè)避雷帶進(jìn)行保護(hù)；220kV全戶(hù)內(nèi)變電站在屋頂設(shè)避雷帶進(jìn)行防直擊雷保護(hù)。（2） 合理設(shè)置避雷器。根據(jù)進(jìn)出線方式、配電裝置型式，在進(jìn)出線側(cè)、架空與電纜連接處、架空線與GIS套管連接處，主變進(jìn)線的三側(cè)、主變中性點(diǎn)，各段母線均應(yīng)設(shè)置避雷器，防止雷電波侵入，保護(hù)電氣設(shè)備絕緣。（3） 根據(jù)統(tǒng)短路電流水平及（包括腐蝕性），合理選擇接地材料，結(jié)合變電站站址及周邊巖層、土壤特性及地下水深度情況，經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后選擇合理的降阻措施。（4） 與二次接地協(xié)調(diào)，防止對(duì)二次