CN104967033B - 一种变电站地电流抑制装置及其抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站地电流抑制装置及其抑制方法，其中该装置包括变电站主变的接地网和变电站其他设备的接地网，所述变电站主变的接地网与变电站其他设备的接地网之间电气隔离；所述变电站主变的接地网，包括若干个接地井和接地体，接地体设置于接地井中；所述接地体与变电站内主变的中性点相连。本发明采用将中性点地网埋设于井中的方式使得电网上的地电流迅速引向地下深处，抑制地电流进一步扩散，从而保证了电网的安全。

Description

一种变电站地电流抑制装置及其抑制方法

技术领域

本发明属于变电站领域，尤其涉及一种变电站地电流抑制装置及其抑制方法。

背景技术

近几年，随着我国特高压电网技术的发展，国家电网提出的电力互联网和智能电网的概念已逐渐成为世界共识，未来电网有望成为一种以特高压交、直流输电线路为骨干的混合型超级电网。实际上，就最近来看，以特高压线路为骨干连接的华北、华东、华中地区的特大型电网已初具规模，电网的安全性比以往更加重要。随着电网规模的扩大，电网不平衡电流、太阳磁暴和地磁感应电流（GIC）的问题愈发突出，不平衡电流、地磁感应电流将在电网上大范围传播。如果不采取相应措施，未来必将造成严重事故和灾难。

关于太阳磁暴对电网影响的研究，国际上已有研究。关于地磁感应电流GIC的形成及传播机理，国内外也有研究。实际上，无论是电网固有的三相不平衡电流还是GIC，变电站的接地网其实已成为一个二传手。由于接地网本身也是金属导体，接地网的接地效果再好，也总有一部分跨过该网继续在另一侧导线传播。因为变压器的绕组对非周期或直流成分而言其阻抗很小或没有阻抗。接地网的这一潜在作用在可预见的时期内是无法改变的。这是因为，无论是目前的高压输电网络还是特高压电网，无一例外地都采用了自耦变压器。也就是说，变压器的高压侧和低压侧的中性点接地点，无法彻底分割。这就造成了这样一种局面，特高压电网有多大，这个电网导体就多大。因此，从导体阻值的角度看，电网其实是一个超级大导体横亘在地表上。只是这个导体在众多的点（变电站）上，一部分埋到土壤里了而已。因此，要彻底阻止直流电流在这个超级大导体上流动是不可能的，这也是太阳磁暴对电网影响的根本原因所在。

当然，对于接地方法，不同的地区，不同的地质，土壤的导电性和电气衰减特性差别很大，山川和河流差别很大，湖泊和海洋差别很大。从接地效果上，山地不如平原，平原不如河流，河流不如海洋。我们所寻求的接地效果，就是尽可能地使接地网靠近理想的“地”，即尽可能地使地网上的电位尽快地衰减至零电位。如果能将接地网接入大海，接地效果当然很好，可实际上这是不可能的。

综上所述，现有的接地系统存在的问题是：无法彻底分割变压器的高压侧和低压侧的中性点接地点，接地效果差，从而导致电网不平衡电流、太阳磁暴和地磁感应电流（GIC）的问题愈发突出，使得不平衡电流和地磁感应电流在电网上大范围传播。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种变电站地电流抑制装置及其抑制方法。本发明采用将中性点地网埋设于井中的方式使得电网上的地电流迅速引向地下深处，抑制地电流进一步扩散，从而保证了电网的安全。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种变电站地电流抑制装置，包括：

变电站主变的接地网和变电站其他设备的接地网，所述变电站主变的接地网与变电站其他设备的接地网之间电气隔离；所述变电站主变的接地网，包括若干个接地井和接地体，接地体设置于接地井中；所述接地体与变电站内主变的中性点相连。

所述接地体垂直埋设于接地井中，这样提高了接地体放电效果好。

所述接地体还包括保湿导电辅助材料，所述保湿导电辅助材料填充于接地井内。

所述接地井的直径大于20厘米，这样便于检查接地井地下水位线和测量土壤导电率，方便土壤取样；

所述接地井至少设置两个，最多设置七个；若设有七个接地井，这样可以按蜂窝状布置，最大程度地提高了土地利用率。

变电站主变的接地网所连接的接地体与变电站其他设备的接地网所连接的接地体之间的距离均大于20米，这样保证了变电站内设备的安全。

一种变电站地电流抑制装置的抑制方法，其特征在于，包括：

步骤（1）：根据变电站周围的地势和土壤导电率来选择接地井位置，并钻探接地井；

步骤（2）：将接地体垂直埋设于接地井中后，井内填充保湿导电辅助材料；

步骤（3）：变电站内主变的中性点与一组垂直埋置于接地井中的接地体相连接而构成变电站主变的接地网；变电站主变的接地网与变电站其他设备的接地网之间电气隔离。

所述步骤（1）中的接地井设置在有水的区域，接地井的深度以到旱季水位线为准；接地井的土壤与其周围的土壤相比，接地井的土壤的导电率最高。

所述步骤（1）中的接地井的直径设置为大于20厘米。

所述步骤（3）中变电站主变的接地网所连接的接地体与变电站其他设备的接地网所连接的接地体之间的距离均大于20米。

本发明的有益效果为：

（1）采用本发明提出方法将电网与站内设备之间、电网与发电厂之间实现了直接的物理隔离，阻断了二者通过地网相互影响的通道，同步提高了电网、变电站、发电厂的安全性。

（2）本发明采用接地井方式，使地电流难以跨过接地网而在电网中进一步扩散，从而将干扰电流限制在局部，消除了网上涌流风险。

（3）本发明采用接地井的方式对即将到来的特高压交流大电网具有特别重要的意义，太阳风暴引起的地磁感应电流将难以跨越采用本方案构建的枢纽站接地网，将使未来的特高压互联网具有应对百年一遇太阳风暴的能力。

附图说明

图1为本发明的接地电流通过公共接地网在电网内传播的原理示意图；

图2为本发明的接地电流陷阱的原理示意图；

图3a）为本发明的变电站主变中性点独立接地网示意图；

图3b）为变电站内其他设备独立接地网示意图；

图4为变电站主变中性点井式接地原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

在图1中，a1是特高压主变高压侧中性点，a2是特高压主变低压侧中性点。由于主变压器都是自耦变压器，因此，a1和a2实际为一个点。b1和b2也是500kV降压变压器的高、低压侧中性点，实际为一个点。G1和G2分别为特高压变电站和500kV站的公共接地网。

根据图1可知，接地电流通过公共地网在电网传播的过程：

由于G1的联通作用，特高压线路侧的三相不平衡电流或其他接地电流将毫无障碍地进入500kV线路，并通过G2的连接作用进入220kV线路，因此，地电流可以在电网上全网扩散。

在图2中，主变中性点接地采用本发明的埋设于接地井的方法。G是理想中的“地”，是真正的零电位。R1和C1是特高压站中性点连接的接地网的等效对地电阻和对地电容，R2和C2是500kV站中性点连接的接地网的等效对地电阻和对地电容。评价构造的接地井的导电效果的方法为：R1和R2均有大幅度的下降，G1和G2处的电流将通过R1或R2快速向G释放，接地井就成了地电流陷阱。相反，如采用目前通常的接地网浅地表构造方式，其对地电阻将大大超过R1和R2，电网中的地电流将不可避免地在电网中进一步传播和扩散。其中，对地电阻的大小可以通过接地网的放电时间法测量。

在图3a）和图3b）中，G1为变电站主变中性点接地点，G2为变电站内其他电气设备的公共接地网连接点。G1和G2之间是完全独立的，无金属连接。因此，除了空间电磁场，电网对站内设备便不再有任何影响，两个系统各自都是孤立的。设备安全性进一步提高，电网安全性也进一步提高。

如图4所示，本发明的变电站地电流抑制装置，包括：

变电站主变的接地网和变电站其他设备的接地网，所述变电站主变的接地网与变电站其他设备的接地网之间电气隔离；所述变电站主变的接地网，包括若干个接地井和接地体，接地体设置于接地井中；所述接地体与变电站内主变的中性点相连。

其中，变电站其他设备的接地网的形式可以采用任一种接地网形式。

所述接地体垂直埋设于接地井中，这样提高了接地体放电效果好。

所述接地体还包括保湿导电辅助材料，所述保湿导电辅助材料填充于接地井内。

所述接地井的直径大于20厘米，这样便于检查接地井地下水位线和测量土壤导电率，方便土壤取样；

所述接地井至少设置两个，最多设置七个；若设有七个接地井，这样可以按蜂窝状布置，最大程度地提高了土地利用率。

变电站主变的接地网所连接的接地体与变电站其他设备的接地网所连接的接地体之间的距离均大于20米，这样保证了变电站内设备的安全。

一种变电站地电流抑制装置的抑制方法，其特征在于，包括：

步骤（1）：根据变电站周围的地势和土壤导电率来选择接地井位置，并钻探接地井；

步骤（2）：将接地体垂直埋设于接地井中后，井内填充保湿导电辅助材料；

步骤（3）：变电站内主变的中性点与一组垂直埋置于接地井中的接地体相连接而构成变电站主变的接地网；变电站主变的接地网与变电站其他设备的接地网之间电气隔离。

所述步骤（1）中的接地井设置在有水的区域，接地井的深度以到旱季水位线为准；接地井的土壤与其周围的土壤相比，接地井的土壤的导电率最高。

所述步骤（1）中的接地井的直径设置为大于20厘米。

所述步骤（3）中变电站主变的接地网所连接的接地体与变电站其他设备的接地网所连接的接地体之间的距离均大于20米。

本发明中的变铁芯、金属构架等必须与现有接地网断开，其他辅助连接和固定架构必须采取绝缘措施。将中性点接地点和主变铁心、金属构架一起接入接地井中。

本发明的方法，就是在普通地质条件下，通过接地网的物理隔离，以及构建接地井，极大增强电网的接地效果，使电网非工频成分通过接地井迅速吸收，不使其在电网上进一步蔓延，从而避免了地电流在接地效果最好的某点集中释放而造成危害。

一个接地网最少应设置两个以上的接地井，以便于不停电维护。多个接地体可在上部并联，构成一个接地网。每个接地体的截面积允许通过最大三相不平衡电流。接地井钻探地点需勘探，一般选择在低洼有水的地方钻探。井的深度以到春季水位线为准。山地和干旱地区应营造可储水的人工井。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种变电站地电流抑制装置，其特征在于，包括：

变电站主变的接地网和变电站其他设备的接地网，所述变电站主变的接地网与变电站其他设备的接地网之间电气隔离；所述变电站主变的接地网，包括若干个接地井和接地体，接地体设置于接地井中；接地井中一起接入变电站内主变中性点接地点、主变铁心和金属构架；变电站其他设备的接地网的形式采用任一种接地网形式；

所述接地体与变电站内主变的中性点相连；

接地井设置在有水的区域，接地井的深度以到旱季水位线为准；接地井的土壤与其周围的土壤相比，接地井的土壤的导电率最高；

所述接地体垂直埋设于接地井中；

所述接地体还包括保湿导电辅助材料，所述保湿导电辅助材料填充于接地井内；

所述接地井的直径大于20厘米；

所述接地井至少设置两个，最多设置七个；

变电站主变的接地网所连接的接地体与变电站其他设备的接地网所连接的接地体之间的距离均大于20米。

2.一种如权利要求1所述的变电站地电流抑制装置的抑制方法，其特征在于，包括：

步骤（1）：根据变电站周围的地势和土壤导电率来选择接地井位置，并钻探接地井；

步骤（2）：将接地体垂直埋设于接地井中后，井内填充保湿导电辅助材料；

步骤（3）：变电站内主变的中性点与一组垂直埋置于接地井中的接地体相连接而构成变电站主变的接地网；变电站主变的接地网与变电站其他设备的接地网之间电气隔离。