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變電站接地網優化設計
摘 要 接地網等間距布置存在地電位分布不均勻的問題。在建220kV新塘變電站采用了不等間距布置，即從地網邊緣到中心，均壓導體間距按負指數規律增加。運用GPC接地參數計算程序對兩種方法進行分析和計算，結果表明接地網優化設計能顯著地改善導體的泄漏電流密度分布，使土壤表面的電位分布均勻，提高安全水平，節省鋼材和施工費用。
隨著電力系統容量的不斷增加，流經地網的入地短路電流也愈來愈大，因此要確保人身和設備的安全，維護系統的可靠運行，不僅要強調降低接地電阻，還要考慮地網上表面的電位分布。在以往接地設計中，接地網的均壓導體都按3m，5m，7m，10m等間距布置，由于端部和鄰近效應，地網的邊角處泄漏電流遠大于中心處，使地電位分布很不均勻，邊角網孔電勢大大高于中心網孔電勢，而且這種差值隨地網面積和網孔數的增加而加大。本文結合在建工程220kV新塘變電站的接地網設計，闡釋了接地網不等間距布置的方法及其合理性。
1 接地網優化設計的合理性
1.1 改善導體的泄漏電流密度分布
圖1是面積為190m×170m的新塘變電站接地網，在導體根數相同的情況下，分別按10m等間距布置和平均10m不等間距布置。沿平行導體①、②、③、④、⑤的泄漏電流密度分布曲線見圖2。從圖中可見，不等間距布置的接地網，邊上導體①的泄漏電流密度較等間距布置的接地網平均低15%左右；對于導體②的泄漏電流密度，這兩種布置的接地網幾乎相等(僅相差0.3%)；對于中部導體③、④、⑤，不等間距布置的接地網的泄漏電流較等間距布置的接地網分別提高了9%，14%和15%。由此可見，不等間距布置能增大中部導體的泄漏電流密度分布，相應降低了邊緣導體的泄漏電流密度，使得中部導體能得到更充分的利用。
1.2 均勻土壤表面的電位分布
由表1的計算結果可知，不等間距布置的接地網能較大地改善表面電位分布，其最大與最小網孔電位的相對差值不超過0.7%，使各網孔電位大致相等，而等間距地網，其最大與最小網孔電位的相對差值在12.2%以上。同時不等間距地網的最大接觸電勢較等間距地網的最大接觸電勢降低了60.1%，極大地提高了接地網的安全水平。
表1 計算結果比較
布置最大網孔電位Vmax／kV最小網孔電位Vmin／kV最大接觸電勢Vjmax／kV接地電阻R／Ωδ／%
等間距5.7095.0810.7990.52312.2
不等間距5.5445.5060.3150.5190.7
注：1)δ=(Vmax-Vmin)／Vmin；
2)地網面積為190m×170m；
3)長方向導體根數n1=18，寬方向導體根數n2=20。
1.3 節省大量鋼材和施工費用
如果按10m等間距布置的新塘變電站接地網，最大接觸電勢在邊角網孔，其值為0.799kV，但采用不等間距布置時，保持最大接觸電勢與該值接近，這時可節省鋼材31.2%，見表2。
2 接地網優化設計的方法
在設計時采用嘗試的方法來確定均壓導體的總根數和總長度，即先對地網長和寬方向的導體根數n1和n2進行試算，對于大地網一般可采用均壓導體間距為10m左右試算，若接觸電勢滿足要求，進行技術經濟比較后再考慮增減導體的根數。如圖3所示，當確定了n1和n2后，則地網長寬方向的分段數就確定了：長方向上導體分段為k1=n2-1，寬方向上的導體分段為k2=n1-1，然后按下式得出各分段導體的長度。
表2 使用鋼材量的比較
布置n1n2Vjmax／kV鋼材長度L／m
等間距18200.7996860
不等間距12140.7564700
Lik=L.Sik，
式中 L——地網邊長(長方向L=L1，寬方向L=L2)，m；
Lik——第i段導體長度，m；
Sik——Lik占邊長L的百分數。
Sik與i的關系似一負指數曲線，即Sik=b1×e-b2i b3，
式中，b1，b2，b3均為常數，其確定方法如下：
當7≤k≤14時，當k＞14時，
對于任意矩形地網，只要長、寬方向導體的布置根數一經確定，就可根據長、寬方向導體的不同分段k，分別按上述推得的公式布置導體的間距。
3 結論
a)采用不等間距布置優化設計接地網，能夠使地網各網孔電位趨于一致，從而提高了變電站的安全水平。
b)在同樣安全水平下，優化設計的接地網較常規布置的接地網，一般能節省鋼材量達38%以上，同時也減少了相應的接地工程投資，在技術上、經濟上較為合理。
c)從邊緣到中心均壓導體間距采用按負指數規律增加的新方法來布置接地網，其指數公式的系數b只與某平行導體根數(或平行導體分段數k)有關。
參考文獻
1 解廣潤.電力系統接地技術［M］.北京：水利電力出版社，1985
2 顏懷梁，陳先祿，李定中.接地計算方法及應用不均勻網孔改善地網電位分布的計算研究［J］.重慶大學學報，1985(4)
作者：廣州電力設計院孫旭 王琦
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