CN103928771A - 降低发电厂、变电站局部冲击接地电阻的接地方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低发电厂、变电站局部冲击接地电阻的接地方法，它由内外双层环状水平接地体、水平连接体、垂直接地极构成，本方法具有降低发电厂、变电站局部冲击接地电阻，加强其局部冲击接地电流的扩散，防止地网局部电位升高，保护变压器等一、二次设备的安全；改善接地极四周电位分布和电场分布,降低跨步电压及设备接触电压值等功能；本发明具有适用范围广、施工方便、耐腐蚀、安全可靠、使用寿命长的优点。

Description

降低发电厂、变电站局部冲击接地电阻的接地方法

技术领域

本发明主要涉及降低冲击接地电阻领域，特指一种降低发电厂、变电站内避雷线、避雷针或避雷器接地引下线入地处冲击接地电阻的方法。

背景技术

随着电网输送容量不断地增大，电力系统稳定性要求逐步地提高，人为因素造成的系统故障正在逐步地减少，而雷击所造成的故障比例正在逐步地增大，当雷击于发电厂、变电站时接地装置所呈现的接地电阻称为冲击接地电阻，当雷电流通过避雷线、避雷针或避雷器接地引下线入地时，其周边变压器等电气设备的电压                                                为：（电路示意图见附图3）

                 ①

式中，为避雷器残压，kV ；为直击雷电流，其直击雷幅值一般大于10KA；为避雷针、避雷器或避雷线等接地装置的冲击接地电阻，Ω；L为接地引下线的电感，。由①式可知如果其冲击接地电阻过大，则附加在变压器等电气设备上的电压也会过高，电压多次超过变压器绕组的额定雷电冲击耐受电压值，变压器就有可能被打坏；此外，接地装置冲击接地电阻过大，会造成接地装置周围区域的电位异常升高，导致接地系统本身的局部电位差超过安全值，还会对系统二次设备形成反击，进一步扩大事故；变电站接地装置地电位的升高，容易在变电站相应部位形成危险的跨步电压及设备接触电压，这样附近工作人员的人身安全则存在隐患。因此，降低接地装置在雷电流作用下的冲击接地电阻对保护发电厂、变电站内的一、二次电气设备至关重要。

基于上述发电厂、变电站在防雷上的弱点，本发明专利对降低发电厂、变电站内避雷线、避雷针或避雷器接地引下线入地处冲击接地电阻，保护电气设备安全及接地均压方面有较大的实际应用价值，同时对人身的安全也起到较好的保护作用。

发明内容

本发明针对发电厂、变电站内避雷线、避雷针或避雷器接地引下线入地处局部冲击接地电阻过高危及电气设备的正常运行及造成接地装置附近跨步电压、设备接触电压过高引起的危害，提供一种可以降低发电厂、变电站局部冲击接地电阻，同时也可降低发电厂、变电站接地装置附近跨步电压及设备接触电压的一种新的接地方法。

为解决发电厂、变电站局部冲击接地电阻过高的问题，本发明提供一种新的接地方法，它在避雷线、避雷针或避雷器接地引下线入地处外围距离地表约1米深处铺设一内外双层环状接地体（见附图1），然后在内外环状接地体之间隔段距离（5米，如果受地形限制可以适当缩小）铺设水平连接体把内外环连接在一起，并在外层环状水平接地体上隔段距离连接至原有地网，再在各连接点处嵌入1根1.2-1.5m的垂直接地极，把水平接地体与垂直接地极有效地焊接在一起，并把水平接地体用降阻剂包覆。接地网采用双层环状接地体辅以垂直接地极，既减小了局部冲击接地电阻，加强了冲击接地电流的扩散，保护了变压器等一、二次电气设备的安全运行；增大了散流截面，改善接地电极四周的冲击电位分布和电场分布。

本发明的技术方案为：

内外双层环状水平接地体，内外层之间隔段距离用水平连接体连接，连接处嵌入垂直接地极，把水平接地体与垂直接地极有效的焊接在一起。（如图1所示）

在实际接地工程中，水平接地体大多是使用扁钢，垂直接地体大多使用角钢，为了便于计算，可求出扁钢和角钢的等值半径等效成圆环状接地体，因此上述接地装置内外层均可看成圆环状电极，圆环由直径的圆导体弯成，环的直径，经圆环流入地中的电流为I；由于圆环的对称性，电流I必然沿圆环的周长均匀流散。为便于计算，可假设其处于无限大均匀土壤电阻率中且电流集中由圆导体的轴线散出，因此沿轴线流散电流密度将为：       

从附图6可得圆环周围空间任一点的电位为：

 

令上式可改为：

   

（其中          （第一类椭圆积分））

如果圆环的电位用其表面P点的电位来代表，即取Z=a , r=b,则圆环的电位为

其中

为了计算简便，考虑到当b>>a，有

且有

则

对于埋深为h的圆环接地电极，接地体实际上处于地表下，有一定的埋深，地表面的影响不能忽略。此时地表面成为全空间的平分面，我们把这样的问题称为半空间问题。由于在地表面与空气的分界面上，除电流流入点外，电流密度函数满足：

                                            

这相当于在地表面的上面有一个与接地装置关于地表面对称的电流源，并且充满电阻率为的媒质。由于电流源是假想的，被称之为镜像电流源，这种处理地表面的影响的方法被称之为镜像法。

在计算时需要考虑镜像的作用（如附图7所示）。

这样，计及镜像后圆环电极的电位将为

以圆环的周长代入可得

        

同理可求得外围圆环的电阻（见附图5） 

    

用上述电位分析方法可得单根垂直接地电极的接地电阻为：

考虑到n根环形等间距布置的垂直接地体并联，引入利用系数，略去复杂的计算和推导过程，并在处理时做相应的简化，n根垂直接地棒并联后的接地电阻为：

     

考虑到内外圆环状电极及n根垂直接地体的一个屏蔽效果，引用屏蔽系数，略去复杂的计算和推导过程，并在处理时做相应的简化，同时参考了一些相关的经验公式，提出了较为简约形式的接地电阻计算公式：

               

再考虑添加降阻防腐剂的降阻作用，该降阻剂埋入土壤后，可扩散并利用横向短接地体连接到周围原状土层和岩层的裂缝中，起到改善周围土壤电阻率的作用。根据以往的试验数据和使用经验，可用一个降阻系数来表示降阻剂的降阻效果，降阻防腐剂应用于发电厂、变电站局部降阻装置中降阻系数与降阻剂层厚度(cm)的关系表达式为：

                             

则使用降阻剂后的接地电阻值为：

               

冲击接地电阻

其中，与接地体形状有关的系数。

综上可得：  

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

由式

 可知：

（1）    减小，雷击时加在变压器等电气设备的压降也会降低，同时避雷线、避雷针或避雷器接地引下线直接入地接入接地装置，L也会相应降低，如此就大大减少了雷击时加在变压器等电气设备上的电压，附加到变压器上的电压就不会超过变压器的截波耐压值，避免变压器被雷击打坏的可能。

（2）    接地装置的冲击接地电阻值的减少，避免了雷击时接地装置周围区域的电位升高，避免对系统二次设备造成反击的可能，从而保护二次设备的安全。

（3）    上述双层环状接地体辅以垂直接地极的接地装置，当雷电流通过接地装置时有效的减小了散流电阻，同时有效增大了散流截面，还使得入地点冲击电流能够更为均匀地扩散，改善了入地点周边的冲击电位分布，降低了入地点周围区域跨步电压及设备接触电压值，人身的安全起到较好的防护。

（4）    双层环状结构填充降阻剂，不仅改善了接地装置附近土壤的土壤参数，降低了入地点接地装置的冲击接地电阻，增大了接地体的有效截面，起到很好的均压作用，同时还能降低接地体的腐蚀速率，延长接地装置的使用寿命。

附图说明

图1  接地装置整体结构平面俯视图

图2  接地装置结构剖视图

图3  雷电流经接地装置散流等效电路图

图4  均匀地中的圆环（内层）

图5  均匀地中的圆环（外层）

图6  圆环周围的电位计算

图7  接地装置与镜像模型示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是在发电厂、变电站内避雷线、避雷针或避雷器接地引下线入地处（2）周围距离地表一定深处铺设双层环状水平接地体（3）（6），并把接地引下线入地点（2）连接至内层环状水平接地体（3），内层环状水平接地体（3）与外层环状水平接地体（6）之间隔段距离用水平连接体（5）连接，同时在外层环状接地体（6）上隔段距离与原有地网连接，在各个连接点处嵌入垂直接地极（1）并与水平接地体有效的焊接在一起；其剖视图如图2所示，对水平接地体（9）施加降阻剂，对水平接地体（9）挖开如图2所示的梯形状沟槽，再进行水平接地体（9）与垂直接地体（11）的铺设和焊接，然后把水平接地体垫地，倒入降阻防腐剂（8）（10），把水平接地体（9）均匀地包裹在中间,然后加水洇透，用细土（7）回填，并分层夯实。

本发明的工作原理为：在发电厂、变电站内避雷线、避雷针或避雷器接地引下线入地处周边进行改造，使用内外双层环状水平接地体后，当雷电流经接地体入地时，不仅有效减小了冲击接地电阻，而且加强了冲击接地电流的扩散，增大了散流面积，使入地点电流能够更为均匀散流，防止地网局部电位升高，保护变压器等一、二次设备的安全；利用降阻剂的吸收性和保水性，不仅改善了接地装置附近土壤的土壤参数，降低了接地装置的冲击接地电阻，增大了接地体的有效截面，起到较好的均压作用，同时还能降低接地体的腐蚀速率，延长接地装置的使用寿命；在双层环状水平接地体上焊接等间距等长度的垂直接地极，减少了水平接地极的散流量，降低了地电位升（GPR）, 改善了接地装置周边的电位分布均匀度，从而可以更好地降低入地点周围区域接触电压及跨步电压值，人身的安全起到较好的防护。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，例如改变接地体的形状或增加或缩少垂直接地极的数量等，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种新的降低发电厂、变电站局部冲击接地电阻的接地方法，其特征在于：在发电厂、变电站内避雷线、避雷针或避雷器接地引下线入地处（2）周围距离地表一定深处铺设双层环状水平接地体（3）（6），并把接地引下线入地点（2）连接至内层环状水平接地体（3），内层环状水平接地体（3）与外层环状水平接地体（6）之间隔段距离用水平连接体（5）连接，同时在外层环状接地体（6）上隔段距离与原有地网连接，在各个连接点处嵌入垂直接地极（1）并与水平接地体有效的焊接在一起。

2.根据权利要求1所述的降低发电厂、变电站局部冲击接地电阻的接地方法，其特征在于：铺设双层环状水平接地体，内、外层环之间间隔一定距离（具体距离视地形环境而定）。

3.根据权利要求1所述的降低发电厂、变电站局部冲击接地电阻的接地方法，其特征在于：把水平接地体、水平连接体用降阻剂包覆。

4.根据权利要求1所述的降低发电厂、变电站局部冲击接地电阻的接地方法，其特征在于：在内、外双层环状接地体各连接点处嵌入一定长度的垂直接地极并与水平接地体有效地焊接。

5.根据权利要求2所述的双层环状水平接地体，其特征在于：双层环状水平接地体之间隔段距离（具体距离视地形环境而定）用水平连接体连接。