摘 要：根據(jù)電力部通報(bào)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(gè)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(diǎn)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(gè)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(dú)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(diǎn)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(shí)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(gè)地網(wǎng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，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(shí)增加幾條均壓帶。現(xiàn)針對地網(wǎng)改造中存在的問題，提供幾點(diǎn)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(yàn)算熱穩(wěn)定的關(guān)鍵是確定短路電流作用的時(shí)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(yàn)時(shí)間為3 s，即與開關(guān)電器的熱穩(wěn)定核驗(yàn)時(shí)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(yàn)時(shí)間取主保護(hù)動作時(shí)間，但實(shí)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(yàn)時(shí)間應(yīng)該取主保護(hù)動作時(shí)間加上失靈保護(hù)動作時(shí)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(yàn)時(shí)間應(yīng)該取2 s，即第一后備保護(hù)動作時(shí)間。
因?yàn)?20 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(shí)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(jì)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(yàn)時(shí)間宜取主保護(hù)時(shí)間加上失靈保護(hù)動作時(shí)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(shí)，經(jīng)過0.3～0.5 s跳開全部相關(guān)的斷路器隔離故障點(diǎn)，同時(shí)考慮斷路器的固有分閘時(shí)間和滅弧時(shí)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(yàn)時(shí)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(yàn)時(shí)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(diǎn)，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(jì)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(yàn)時(shí)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(shí)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(yàn)時(shí)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?yàn)樵谙嗤膶?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(shí)，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(jì)、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(jì)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(shí)，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(gè)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(shí)，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(diǎn)與主網(wǎng)連接，在短路故障時(shí)，短路電流經(jīng)電纜溝接地體流向主網(wǎng)，如果故障點(diǎn)距主接地網(wǎng)干線連接點(diǎn)較遠(yuǎn)，故障點(diǎn)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(shí)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(shí)常有人操作，有故障電流經(jīng)過時(shí)會危及操作人員的人身安全。
2.5主要設(shè)備多點(diǎn)接地
主變本體及中性點(diǎn)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?yàn)樵O(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(diǎn)與主變中性點(diǎn)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(jì)，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(diǎn)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(diǎn)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(xiàng)措施是水平地線回填土要夯實(shí)，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(gè)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(shí)，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(shí)，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(gè)勾劃出地網(wǎng)輪廓的外框時(shí)，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(diǎn)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(shí)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(xiàng)
在實(shí)施接地網(wǎng)改造時(shí)，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(shí)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(diǎn)焊，必要時(shí)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?yàn)楦邷丶訜岷?，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(shí)，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(yàn)收，驗(yàn)收資料及改造圖紙存檔待查。
3結(jié)論
a. 220 kV中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗(yàn)時(shí)間應(yīng)該取主保護(hù)動作加上失靈保護(hù)動作時(shí)間；110 kV及以下小電流接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗(yàn)時(shí)間應(yīng)該取第一后備保護(hù)動作時(shí)間。
b. 在設(shè)計(jì)、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(jì)，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(diǎn)、帶有二次線的一次設(shè)備應(yīng)多于一點(diǎn)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(shí)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(yàn)收制度，保證施工質(zhì)量。
