1、变电站设计问题分析及接地网的优化设计摘要：变电站安全设计接地网将故障电流导入大地减少了安全事故的发生，但是由于接地网是等间距布置的，存在将电流导入大地之后电位分布不均匀的现象。而采用不等间距布置接地网，或用不等电位数学模型等方法优化变电站接地网的设计，可以有效的减少安全事故的发生。本文从电力系统的接电方式和变电站设计涉及到的问题入手，重点提出接地网的优化设计方法。 关键词：变电站，设计问题，接地网，优化设计 中图分类号： S611 文献标识码：A 文章编号： 前言：变电站在运行时存在一定的安全隐患，为了消除或减少这种安全隐患，保障变电站安全运行，接地网技术就应运而生。当变电站发生安全故障时，接
2、地网就会把这种故障电流导入大地，保护人身和机器设备的安全。近几年，我国电力系统发展迅速，造成变电站发生故障时的电流也越来越大，接地措施不当引起的事故不断发生。为了使接地网在地表导入的电位均匀分布，减少安全事故的发生， 优化变电站接地网设计就显得尤为重要。 电力系统接地方式 电力系统的配接线方式多种多样,使电力系统呈现复杂多样的特点。其中相当重要的就是接地和接零。电器设备如外壳等部位只有采取了接地或接零的预防措施才能保证有漏电事故发生的时候人身和财产损害降到最低。常见的接地方式有低压配电系统接地方式、接地和接零。其中低压配电系统接地方式包括 TN 系统、TT 系统和 IT 系统；接地和接零包括工
3、作接地、保护接地和保护接零。 电力系统接地方式在变电站接地安全中扮演极其重要的角色，其中接地和接零是必不可少的组成部分，在不同的电力系统中要注意选择合适的接地方式，掌握其应用方法，我们才能有效防范安全事故的发生。 变电站设计涉及到的问题 2.1 传统变电站设计中存在的问题 电压互感器消谐问题是变电站设计中长久存在的一个大问题，许多电力设计人员在设计电压互感器消谐设备时采用的配置千篇一律，在解决电压互感器谐振问题时未充分结合具体情况就采取措施。比如电压互感器谐振与互感器种类、电网接地方式等因素都有很大关系，然而设计人员不按具体情况一律采用同样的消除设备，给运行和设备维修都带来许多难度。 2.2
4、数字化变电站设计中存在的问题 2.2.1 电子互感器应用中存在问题 数字化变电站采用电子互感器，主要是线圈配置存在问题，与传统互感器相比，电子互感器配置的不是传统的多组线圈，而是只有三组线圈。三组线圈分工合作，相辅相成，两组用来保护，一组用来测量，一旦一个线圈发生故障，所有相关装置都会受到影响。相比传统互感器其应用成本也相当高。 2.2.2 数据采集同步化比较困难 与传统变电站实现保护装置内部各个单元的同步采样特点相比较，数字化变电站需的保护装置受前置采集回路影响，一旦有某一部分互感器数据丢失就会造成间隔采样数据失效，保护装置不起作用的后果。 2.2.3 实施方案还存在一定问题 从传统变电站到
5、数字化变电站的过渡还没有理想的方案去完成实施，而在新建的变电站进行数字化实施时还出现了如何进行数字化保护和进行设备保养的问题，这些都有待相关人员提出比较完善的实施方案。 2.2.4 信息共享受阻碍 目前数字化变电站的信息共享仅局限于变电站内部，这是由研发人员注重数字化过程或严格遵守国家 IEC61850 标准造成的。我们应该认识到提出变电站的数字化只是一种改革手段，其最终目的还是要实现整个电网行业的信息共享。所以应该利用数字化的信息提高整个电网行业的供电质量、安全等方面，以便获得更高的社会经济效益。 变电站接地网的优化设计方法 3.1 接地网不等间距布置优化法 一般的接地网都是等间距布置的，但
6、是此种布置方法存在较大弊端，等间距布置的变电站接地网地表电位梯度很大,导致接地故障发生时流入地网的电流导入大地之后呈现出电位分布不均匀的现象。而采用不等间距布置（即从接地网边缘到中心,均压导体间距按负指数规律增加）能明显的改善这种情况，使土壤层的电位分布均匀化，降低了安全隐患，减少了钢材和运行费用。 具体方法是在设计之初先尝试确定接地网布置的长和宽方向上的导体根数，分别用 m1 和 m2 来表示，按照以往经验一般接地网使用的均压导体间隔为 10m， 假如系统的接触电势符合需要，设计人员需要进行相关经济技术比对之后再决定是否要改变导体的根数。当我们根据尝试法把 m1 和 m2 都确定之后就可以把
7、接地网长宽方向将要布置的分段数定下来。具体长宽方向分段数的计算方法为：长方 n1= m2-1, n2= m1-1,其中 n1， n2 分别代表长宽方向的分段数。 一旦我们知道了 m1 和 m2，不管什么样的矩形地网，都可以由 n1= m2-1, n2= m1-1 算出导体间布置的间距。 利用不等间距方法布置接地网是变电站接地网设计的优化，此种方法使接地网接收的故障电流导入大地后形成均匀的电位分布，大大消除了变电站中存在的安全隐患，使变电站工作人员的人身安全和设备的安全得到了保障。同时此种方法与传统等间距布置接地网方法相比，还大大节省了钢材的用量，减少了投资成本，并且此种方法在技术经济上也比等间
8、距布置接地网更加合理。 3.2 基于电磁场和电路相结合的节点电压优化法 在我国变电站接地网设计中，大多使用钢材作为原材料，相较于金属铜，钢材的相对磁导率是相当大的，由于此种原因，接地网实现故障电流导入大地所产生的电位分布不均问题更加严重。所以，结合此种现象提出了基于电磁场和电路相结合的节点电压优化接地网设计方法，利用此方法求出最大接触电势，进一步 来探讨接地网设计是否符合安全要求，该种方法的另一大优点是不受接地网分层问题局限，从而使接地网设计更加发挥安全作用。 其设计原理是采用在规定范围内的最大接触电势，改变接地网接收的故障电流密度分布情况和地表产生的电位分布情况。求取接地网的最大接触电势要使
9、用基于电磁场和电路相结合理论以及遗传算法，其中的遗传算法采用以群体共同搜索为起点，实现了从任何一个点都能获得极值的优点，避免了局部最优状况的发生。最终实现变电站接地网的优化设计，消除或减少安全隐患。 3.3 降低接地阻抗方法 在建造变电站时所设计的建地面积是一定的，不同地区的土壤情况是不同的。在故障电流一定的条件下，接地网的接地电阻主要与土壤情况与接地网的尺寸大小相关，一般要是该地区土壤的电阻率偏低并且所铺设的接地网面积非常广，就可以降低接地电阻，可是如果接地网装置发生故障，仍然会在地表出现较高的电位值，给人们的生命安全带来危害。 在现实情况中，设计人员在变电站接地网设计时通常会考虑到当地的土
10、壤电阻率是否比较低，然后计算所需接地网面积参数，降低接地阻抗，在此基础上优化接地网装置，使接地网设计更加合理化。 对于土壤电阻率比较高的地区可以采用局部换土的方法达到降低土壤电阻率的目的， 4.结语 电力系统的接地通常就是要保证电力系统的安全运行，在当今的变电站设计中还存在诸多问题，为了提高变电站的安全运行系数就必须优化变电站接地网设计。从接地网目前存在的问题出发，找到了三种有效优化接地网设计的方案，在实际应用中还可以把三种方法结合起来，达到更好的优化效果，减少甚至消除安全隐患。 参考文献： 【1】伊立挺， 变电站接地网优化与改造 ，科技资讯，2009 NO.05 【2】康瑞军， 浅谈电力系统接地方式及接地、接零保护 ，内蒙古科技与经济，2011 年 8 月第 16 期 【3】何智强, 文习山, 张 科, 王建武， 基于遗传算法的变电站接地网优化 ，电力自动化设备，2008 年 6 月，第 28 卷第 6 期
