变电站接地网存在问题的分析及解决措施
自84年7月以来，华中电网连续发生四次因高压窜入二次回路及操作系统，造成保护及效、变电站主要设备损坏的重大事故，暴露了变电站在接地装置设计上存在的问题。
为了防止同类事故再次发生，有必要对此进行深入的分析研究，并制订相应的解决措施。
一、四次事故的简况
1、分宜发电厂84年在一次110KV母线倒闸操作时，由于刀闸引线帽脱落，引起弧光接地短路，烧断接地引线，烧破电缆外皮，交流高压窜入直流控制回路，使主控室母联盘、中央信号盘起火，保护拒动。
2、胡集变电站85年发生一起带地线合闸事故，使一相短路线烧断并落在开关端子箱上，烧断接地引线，高压交流窜入直流系统直流电源中断，所有保护失效。
3、潜江变电站86年在一次雷雨时雷电波侵入变电站，引起多相闪络接地，短路电流烧断接地引线，造成故障点高电位击穿端子箱及电缆，高压沿电缆进入控告室使操作盘和保护盘起火，开关不能跳闸。
4、武钢变电站，86年9月4日一台电容式电压互感器内绝缘击穿时高压窜入P.T.两次侧，击穿低压端子排，短路电流将接地引下线Φ6及地下线Φ烧断，交流高压沿电缆进入控制室，引起保护盘内爆炸，直流电源总保险熔断，互感器外瓷套成粉碎性爆炸，由于保护失效，故障时间过长，造成地网多处烧断，二次线多烧损。
四次事故有下列共同点：
1、高压窜入二次及直流回路，使保护及操作系统损坏，故障扩大为全站停电或主设备损坏。
2、故障点的接地引线烧断，邻近故障点的操作箱，接线端子排绝缘击穿烧坏，高压沿二次电缆进入主控制室的控制和保护屏，使保护装置损坏，由于故障时间延长，短路电流进一步将地网多次烧损，使整个变电站多次出现高电位差，造成其他主设备损坏，在这个循环过程中，接地装置存在的问题是导致重大事故扩大的主要原因。
二、变电站接地设计存在的问题
1、接地设计不能满足短路电流热稳定的要求，由于电力系统容量扩大，故障短路电流增大而变电站的接地网设计仍保持原有水平，或没有按设计要求施工，武钢变电站110KV 线路三相短路电流为21KA，按主保护动作时间进行热稳定校核计算，引下线截面不应小于210mm2，而站内P.T.，C.T等设备的接地引下线只有30 mm2。
2、规程中对大接地短路电流的变电站接地网干线及设备引下线与主网材料的截面积配合不合理，如武钢变电站，地网干线截面为160 mm2，而接地引线为28 mm2，在事故时，接地引线中流过的电流却至少是主网干线的两倍。
较小的截面承受全部短路电流，成为地网中的薄弱环节，在事故中往往首先烧断，导致事故扩大。
3、在接地系统设计时，较多的是从人身安全角度考虑均压措施，重在控制接触电势和跨步电势，而对地网内远离点，尤其是主控制室与易发事故的变电设备之间的电位均衡问题却没有重视，实际上，由于地网内电流密度分布不同，不同截面接地体的导电率不同，土壤电阻率不均匀等原因，使地网内存在着局部电位差。
某变电站曾在系统调试中进行单相短路接地试验，试验结果见表1、表中V1为网内接地点对2km处的电位升高中，站内部分占总电位升高，V2为网内接地点对地网边缘的电位升高，由实测数据可知，变电站地网的地电位升高中，站内部分占总电位升高的的46%，显然不能将接地网看作等电位。
在变电站事故后检查发现，有的变电站中设备接地引线长达10m，设备构架与主网之间阻抗0.1Ω，当短路故障发生时，故障点与主网间的局部电位差可达2000V，直接对二次回路形成威胁。
表1
4、接地线腐蚀情况严重，使截面逐年减少，而设计中没有重视地埋线的防腐问题。
三、解决措施
1、接地引线在接地截面选择上应注意不使接地引下线截面小于主网干线截面，而应是引下线截面至少两倍于主网干线截面，现许多变电站采用Φ6、Φ8圆钢及截面较小的扁钢作为接地引线，实践证明是不能满足热稳定要求的。
此外，接地引线应有良好的导电性，在大故障电充下不产生明显的局部电位差。
因此，接地引线要有足够的截面而且尽可能地短，而对那些最容易造成和携带大故障电流的设备，例如变压器中性点和断路器的外壳，开关构架和避雷器底座应用二根以上的接地引线通向地网的不同部位，使电流流过更多的通道。
2、均电位措施大多数关于接地问题的研究都假设变电站地网本身各处的电位均等，实际上，由于电流分布不同，在绝缘发生故障的构架或星形连接的接地中性点位置，会出现高的局部电位。
中、小型变电站中，大多是在地网干线的中间铺设均压带，形成长孔接地网，长孔接地网与方孔接地网比较，存在以下问题：①电流通道少，尤其是在地线遭到机械损伤和腐蚀时，会带来严重的后果；②地下引线长，在大电流下容易形成故障点处的局部高电位，对二次回路形成威胁，因此，在故障电流高度集中的区域应采用加强的接地装置，办法之一是铺设交叉网络，它有三个作用：1）增加短路电流通道；2）降低故障点处地电位；3）降低接触电势和跨步电势；4）在遭受机械损伤时，保证地网导休裕底和连续性。
通过事故，发现故障点与主控室之间的地位差对二次回路绝缘最易形成威胁，因此应使控制控制室与故障点两处地电位尽量趋于均等，解决的措施有二：一是让控制室接地装置与高地电位处直接相联，如变压器中性点等处。
二是电缆沟围绕接地网所有实际的接地区域，电缆外皮与支架紧密相连（支架与地网相连），沿途分流，这一措施可以避免大电流集中，因而也就避免了电缆两端出现高电位差。
另外，从站外引入的自来水管、铁轨等应按规程中要求采取严格的电位隔离措施，以防低电位引入后在站内形成高电位差，接地网内则不允许任何形式的独立接地装置。
3、直流电源要防止直流操作回路在事故发生时中断，应改进直流电源的保护方式，如将直流电源负极接地，使正电极的电位随地电位抬高而相应抬高。
对于重要的变电站，直流电源装置应采取分散布置的方式，每一个部分设一组蓄电池和独立的直流回路。
四、关于接地网的工程设计
接地设计规程中对于变电站接地设计：要求在短路电流I≤2000/IΩ，当I>4000A时，R≤0.5Ω，限制地网电位升高是为了防止对二次设备形成反击，但是，随着电力系统不断增大，短路电流越来越大，限制地网电位低于2000V实际上难以办到，而事实上，国外也有地电位抬高到10000V而变电站仍然安全运行的例子，可见，影响变电站二次设备安全的最主要因素不是地电位抬高多少，而是变电站内整个地网是否始终保持同一电位，从而在二次设备上不出现高电位差，因此，在变电站接地工程设计上，除了要降低接地电阻值外，更重要的是考虑整个电网各处电位的均衡，关于变电站内跨步电势和接触电势造成人身伤亡问题，我国尚未发现，这是因为短路的发生和人处于最不利情况的概率很小，因此，考虑网内弱电设备的防护应是地网工程设计的重点。
变电站的安全问题是一个综合问题，要保证供电的可靠性，就必须各方面都做好安全检测工作，当前则应抓住影响变电站安全的关键问题——地网问题，迅速采取解决措施，防止类似事事故再次发生。