摘 要：根據(jù)電力部通報的幾次由于接地網(wǎng)問題引起的接地裝置擴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)改造的幾個技術(shù)問題進行了探討，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、定縣等運行20 a以上的變電站地網(wǎng)進行了挖掘檢查，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，該主變長期運行在本體及中性點沒有有效接地的情況下，僥幸在運行期間沒有發(fā)生接地故障，并及時發(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，成獨立網(wǎng)，沒與主地網(wǎng)連接。
e. 部分接地網(wǎng)（線）腐蝕嚴重電纜溝接地扁鋼比土壤中的腐蝕嚴重；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接地。
2改進地網(wǎng)的技術(shù)措施
以上問題的存在，嚴重威脅著電力系統(tǒng)的安全運行，如不加以解決將會出現(xiàn)類似東北某電廠的地網(wǎng)擴大事故。近幾年部分單位實施了地網(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型兩種方式。所謂全面改造就是對整個地網(wǎng)進行重新設(shè)計，重新敷設(shè)；加強型改造即僅對接地引下線增大截面或水平地網(wǎng)同時增加幾條均壓帶?，F(xiàn)針對地網(wǎng)改造中存在的問題，提供幾點改進意見。
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，驗算熱穩(wěn)定的關(guān)鍵是確定短路電流作用的時間，此問題應(yīng)該結(jié)合保護的可靠性、施工情況、經(jīng)濟情況進行綜合考慮。美國接地導(dǎo)則建議取熱穩(wěn)定校驗時間為3 s，即與開關(guān)電器的熱穩(wěn)定核驗時間相同，且取材多為銅質(zhì)。舊規(guī)程（SDJ8-1979）規(guī)定接地裝置熱穩(wěn)定校驗時間取主保護動作時間，但實踐中發(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)定校驗時間應(yīng)該取主保護動作時間加上失靈保護動作時間；不接地、消弧線圈接地和高阻接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗時間應(yīng)該取2 s，即第一后備保護動作時間。
因為220 kV系統(tǒng)在電網(wǎng)中的地位比較重要，一般配有兩套保護，主保護的可靠性比較高。第一后備保護與主保護的時間間隔比較長，以第一后備保護確定的截面比按主保護確定的截面大得多，甚至到了設(shè)計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)定校驗時間宜取主保護時間加上失靈保護動作時間。一般情況下，220 kV變電站母線和出線的瞬動主保護配有斷路器失靈保護，當(dāng)某臺斷路器拒動時，經(jīng)過0.3～0.5 s跳開全部相關(guān)的斷路器隔離故障點，同時考慮斷路器的固有分閘時間和滅弧時間約為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)定校驗時間宜取0.6 s。該公司220 kV系統(tǒng)接地裝置改造的熱穩(wěn)定校驗時間取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，保護的可靠性要差一點，這些變電站按第一后備保護考慮所確定的截面比按主保護考慮所確定的截面增大較小，設(shè)計和施工部門比較容易接受，所以，為了防止接地裝置擴大事故，110 kV及以下系統(tǒng)熱穩(wěn)定校驗時間宜按第一后備保護考慮。查閱有關(guān)資料，110 kV及以下系統(tǒng)第一后備保護時間一般均限制在2 s以內(nèi)。該公司110 kV系統(tǒng)接地裝置改造的熱穩(wěn)定校驗時間取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。因為在相同的導(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，從施工角度來說，圓鋼易于機械加工，可向任何方向轉(zhuǎn)變角度，相對而言扁鋼受局限。在設(shè)計、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，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，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與主網(wǎng)連接，在短路故障時，短路電流經(jīng)電纜溝接地體流向主網(wǎng)，如果故障點距主接地網(wǎng)干線連接點較遠，故障點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；而且傳動部分時常有人操作，有故障電流經(jīng)過時會危及操作人員的人身安全。
2.5主要設(shè)備多點接地
主變本體及中性點接地引下線、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。因為設(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)備接地點與主變中性點有多路通道的要求，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，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)濟方面考慮，接地網(wǎng)應(yīng)根據(jù)不同部位腐蝕特點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。防腐的另一項措施是水平地線回填土要夯實，從地網(wǎng)開挖發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴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，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，其接地電阻可達最小值；反之，把水平接地體減少到只剩一個勾劃出地網(wǎng)輪廓的外框時，其接地電阻將達最大值。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及以上變電站重點反措的補充規(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
在實施接地網(wǎng)改造時，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，嚴禁點焊，必要時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，因為高溫加熱后，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，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)人員驗收，驗收資料及改造圖紙存檔待查。
3結(jié)論
a. 220 kV中性點有效接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗時間應(yīng)該取主保護動作加上失靈保護動作時間；110 kV及以下小電流接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗時間應(yīng)該取第一后備保護動作時間。
b. 在設(shè)計、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，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、帶有二次線的一次設(shè)備應(yīng)多于一點接地。
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，嚴格執(zhí)行隱蔽工程驗收制度，保證施工質(zhì)量。
