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关于大型地网接地阻抗的测量和安全判据-接地阻抗测试仪的应用
关于大型地网接地阻抗的测量和安全判据
摘要:对于高压和超高压变电所来说,应当用“接地阻抗”的概念取代“接地电阻”,同时建议规程采用接触电压和跨步电压作为安全判据;还应选用轻便、准确的异频测量系统获得接地阻抗的正确结果,以保障人身、设备的安全,利于电力系统的安全运行。
关键词:异频法,接地阻抗,接地电阻,高压和超高压变电所,大型地网,测量,安全判据,跨步电压,接触电压
Ⅰ. 前言
我国的电力基本建设发展很快,随着系统额定电压等级的提高,高电压、大容量的变电所日益增多。相应于露天变电所,出现了许多大型和超大型的地网。而地网的工作状况直接关系到人身安全、电力设备和电力系统的安全运行。由于地网是地下埋设,工作条件不利,应当进行周期性的监测。为此,需要有合理的安全判据和理想的测量系统。而对于高压和超高压变电所来说,首先应当采用“接地阻抗”的概念取代“接地电阻”。
Ⅱ. 接地阻抗
A.概念
对于中压电网中的变电所来说,由于占地面积相对较小,地网的延伸面积也不大,其“接地电阻”呈现明显的“阻性”。这种情况已成为一种习惯认识。可是,对于一些露天的220 kV及以上高压、超高压变电所的地网来说,这个概念就值得商榷了。因为此时地网的几何尺寸十分可观,面积可达几万、乃至十几万平方米,这样,相应的“接地电阻”便呈现出较明显的“复数阻抗”性质,即包含电阻、电感和电容三个分量。实际上,在工频、谐波电流以及雷电冲击电流的情况下,电感和电阻分量所起的作用远胜于电容分量。至于电容分量,由于数值相对不大,它只在很高频率下表现出一定的作用,而且对于缓解变电所的跨步电压和接触电压来说,还是个偏于安全的有利因素,故本文不再讨论。
B. 实例
例如XM的220kV变电所,当测量地网接地阻抗所用的频率f1=40.18Hz时,地网接地阻抗Z1=0.6266Ω。当所用的频率f2=60.15Hz时,接地阻抗Z2=0.6617Ω。这样,工频时的接地阻抗应为0.6442Ω。由此可知,±10个周波的频差,可导致接地阻抗值比工频时增减±5.6%[1]。
当地网的直流接地电阻更低时,这种性质表现得更明显。如LC发电厂的220kV变电所地网,其直流接地电阻值为0.099Ω,工频时的接地阻抗值增大为0.151Ω,交流128Hz时更增大为0.230Ω。就直流时与工频情况相比,阻抗值减小了34.4%;就128Hz时与工频情况相比,阻抗值则增大了52.3%。
这个现象在220kV变电所中的表现已如上述。在额定电压更高的变电所中,则表现得更加突出。如在500kV、WN变电所地网进行的现场实测,直流接地电阻值为0.0623Ω,在50Hz时接地阻抗值为0.135Ω,在128Hz时为0.236Ω。同样由于电感分量的作用,与工频情况相比,直流时,阻抗值减小了53.9%;128Hz时,阻抗值则增大了74.8%。
这里应当指出,上述220kV和500kV变电所大型和超大型地网的实测数据表明,接地阻抗与频率保持良好的线性关系。这与理论分析是一致的。
以上情况说明,在大型和超大型地网中,应当用“接地阻抗”的概念取代“接地电阻”,方较符合实际情况。我国现行的电力行业标准DL/T621-1997“交流电气装置的接地”中,所应用的“接地电阻”概念,已经显示出了它的局限性。
Ⅲ. 大型地网的安全判据
A.确定合理安全判据的必要性
安全和经济上的合理性是变电所地网应当同时满足的两个基本要求。
在高土壤电阻率地区,欲降低变电所地网的接地阻抗值,不仅十分困难,而且往往很不经济、也很不合理。而在低土壤电阻率地区,即使地网的接地阻抗值达到了电力行业标准DL/T 621-1997“交流电气装置的接地”规定的要求,变电所内的接触电压和跨步电压,也不一定处处都能满足人身安全和设备安全的要求。因此,对于大型和超大型地网来说,用接地阻抗值作为安全判据是值得商榷的。
B. 安全判据
根据上述DL/T 621-1997标准中第6.2.2条的规定,在有效接地和低电阻接地系统中,发电厂、变电所地网的接地电阻不符合规定时,应校验接触电压和跨步电压。在一般的情况下,这样规定是没有问题的。然而,在超高压和特高压电力系统中,中性点采用“全接地”或“非常有效接地”方式,运行特性与中性点“有效接地和低电阻接地”方式的系统有所不同,单相接地故障电流较之显著增大。对于相应变电所的大型地网来说,则应把对“接触电压”和“跨步电压”的要求提到首位上来。这样,无论从保证人身安全和设备安全、还是从经济技术指标方面考虑,都会更加适用与合理。至于接地阻抗的绝对值,根据变电所当地的具体土壤条件,可以而且应当允许在一定的范围内变动。所以,新版DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》规定了要测量“场区地表电位梯度”,“接触电压”,“跨步电压”等项目。
C. 必要的监测
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