220KV变电站接地网的设计庞国栋(内蒙古送变电有限责任公司,内蒙古呼和浩特　010020) 摘　要:针对目前变电站和发电厂接地网的分布不均匀,以及接地电阻存在一定问题等缺陷,本文则是结合变电站接地网的设计原则,以220KV 变电站为参考地点,对接地网进行设计和计算。

其中包括对短路电流和工频电阻以及均压带的计算。

关键词:变电站;接地网;短路电流;工频接地电阻;均压带 中图分类号:T M862+.3 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)12—0095—05 电力行业在我国的现代化建设中扮演着一个重要的角色,而变电站接地网对于电力系统的可靠运行和变电站工作人员的人身安全起着重要作用。

随着现代社会快速化的发展,电力系统规模不断扩大,接地系统的设计也越来越复杂。

所以变电站接地技术成为电力行业研究的重点之一。

接地网作为变电站交直流设备接地对系统的安全运行起着重要的作用。

由于接地网作为隐性工程容易被人忽视,往往只注意最后的接地电阻的测量结果。

随着电力系统电压等级的升高及容量的增加,接地不良引起的事故时有发生,因此,接地问题越来越受到重视。

而本设计结合变电站接地网的一般设计原则,具体内容包括:计算接地网的保护接地电阻和工频接地电阻,设计接地网的形状和均压带的布置方式,设计变电站接地网图。

对变电站人员以及设备安全可靠,解决了一些个弊病。

1　变电站接地网的设计1.1　220KV变电站资料图1　变电站一次系统接线图V 变电站占地总面积3平方米,变电站的接地网要求采用水平接地作为主边缘闭合的复合接地网,土壤电阻率为6欧米。

站中有主变压器型号--180000/220三绕组变压器两台,各绕组间短路电压标幺值:U k1-1=14%,U k2-3=9%,U k1-3=24%。

远期220KV 母线最大系统阻抗X 1=0.0080X 0=0.0133,接线组别为Y N ,Y n0,d 11,电压比220+8* 1.25%/121/38.5/10.5KV 。

本设计按两台变压器运行以某一台变压器中性点接地考虑计算短路电流,变压器容量基准值取100MVA 。

1.2　最大短路电流的计算1.2.1　变压器正序阻抗的计算设基准功率取S B =100MVA,额定功率取S e =180MVA,U B =230KV三绕组变压器各绕组间短路电压百分比分别为:U k1-2=14%,U k2-3=9%,U k 1-3=24%则各绕组的电抗为:X 1=12(U k1-2+U 1-3-U k2-3)=12(0.14+0.24-0.09)=0.145X 2=12(U 1-3+U k2-3-U 1-3)=12(0.14+0.09-0.24)≈0X 3=12(U k2-3+U 1-3-U k1-2)=12(0.09+0.24-0.14)=0.095转化为标幺值为:X *1=X 1S B S e =-0.145×100180=0.0806X *2=X 2S B S e 0X *3=X 3S B S e =0。

095×100180=0.05281.2.2　流经接地装置的短路电流计算发生短路时,变压器按一台中性点接地考虑,设正序阻抗为X 、负序阻抗为X 、零序阻抗为,且X =X 。

95　2012年第12期 内蒙古石油化工收稿日期352202842180.1212:2012-0-2(1)当220KV 母线短路时,正序网如图2所示:图2　220KV 母线短路时正序网图化简如图3所示:图3　220KV 母线短路正序网简图所以其正阻抗、负序阻抗为:X 1=X 2=0.0080×0.04030.0080+0.0403=0.0067当220KV 母线短路时,零序网如图4所示:图4　220KV 母线短路零序网图化简如图5所示:图5　220KV 母线短路零序网简图所以其零序阻抗为:X 0=0.0133×0.0133433+33=0.0121单相接地短路时总阻抗X *=X +X +X =6+6+=55I 1=I *S B3U B=39.2157×13×230=9.8437I d =m I 1=3×9.8437=29.5311KA 由图5可知,220KV 母线的分流系数为:K e =0.01330.0133+0.1334=0.0997则短路时流经中性点的电流为:I n =I d K e =29.5311×0.0997=2.9443KA 取K e 1=0.5,K e2=0.1,且I m ax =I d =29.5311kA ,由式(2-2)(2-3)可知,入地短路电流为:站内:I=(I m ax -I n )(1-K e1)=(29.5311- 2.9443)(1-0.5)=13.2934kA站外:I =I n (1-K e 2)=2.9443(1-0.1)= 2.6499kA两相接地短路时:总阻抗:X *=X 1+X 2X 0X 2+X 0=0.0067+0.0067×0.01210.0067+0.0121=0.0111I *=1X *=10.0111=90.0901I 1=I *S B 3U B =90.0901×1003×230=22.6139m =31-X 2X 0(X 2+X 0)2=31-0.0067×0.0121(0.0067+0.0121)2=1.5205I d =m I 1=1.5205×22.6139=34.3844kA 则短路时流经中性点的电流为:I n =I d K e =34.3844×0.0997=3.4281kA 取K e 1=0.5,K e2=0.1,且I m ax =I d =34.3844kA ,由式(2-2)(2-3)可知,入地短路电流;站内:I=(I m ax -I n )(1-K e1)=(34.3844- 3.428)(1-0.5)=15.4781kA站外:I=I n (1-K e2)=3.4281×(1-0.1)=3.0853kA(2)当110KV 母线短路时,正序网如图6所示:图6　KV 母线短路时正序网(3)图化简如图所示96内蒙古石油化工 2012年第12期　0.010.014::1200.0070.0070.01210.021107:图7　110KV母线短路正序网简图所以其正阻抗、负序阻抗为:X1=X2=0.0080+0.0403=0.0483当110KV母线短路时,零序网如图8所示:图8　110KV母线短路零序网图所以其零序阻抗为:X0=(0.0133+0.0806)×0.0528(0.0133+0.0806)+0.0528=0.0338单相接地短路时:总阻抗:X*=X1+X2+X0=0.0483+0.0483+0.0338 =0.1304I*=1X*=10.1304=7.6687I1=I*S B3U B=7.6687×13×230=1.9250I d=m I1=3×1.9250=5.7750由图8可知,110KV母线的分流系数为:K3=0.0133+0.08060.0133+0.0806+0.0528=0.6401则短路时流经中性点的电流为:I n=I d K e=5.7750×0.6401=3.6966KA取K e1=0.5,K e2=0.1,且I ma x=I d=5.7750kA,由式(2-2)(2-3)可知,入地短路电流;站内:I=(I ma x-I n)(1-K e1)=(5.7750- 3. 6966)(1-0.5)=1.0392kA站外:I=I n(1-K e2)=3.6966×(1-0.1)=3. 36两相接地短路时总阻抗X*=X+XX+X=3+3×333+33=0.0678I*=1X*=10.0678=14.7493I1=I*S B3U B=14.7493×1003×230= 3.7023m=31-X2X0(X2+X0)2=31-0.0483×0.0338(0.0483+0.0338)2=1.5063I d=m I1=1.5063×3.7023=5.5768kA则短路时流经中性点的电流为:I n=I d K e=5.5768×0.6401=3.5697kA取K e1=0.5,K e2=0.1,且I m ax=I d=5.5768kA,由式(2-2)(2-3)可知,入地短路电流:站内:I=(I ma x-I n)(1-K e1)=(5.5768- 3.5697)(1-0.5)=1.0036kA站外:I=I n(1-K e2)=3.5697×(1-0.1)=3.2127kA通过以上计算比较得出:当220kV母线侧发生两相接地短路时有最大的入地短路电流,最大的入地短路电流:I=15.6329kA1.3　计算接地装置的保护接地电阻将I=15.6329kA代入公式(2-1)可得该变电站接地装置应该达到的接地电为:R2000I=200015632.9=0.12791.4　220KV变电站接地网的布置1.4.1　计算均压带布置根数根据接地网布置的一般原则变电站占地总面积23842平方米,接地网的外边缘线总长度619.4米,水平接地极总长度5714米。

将上述数据代入公式(2-12),可得均压带布置的根数:n=2(LL0)(L04S)1/2=2×5180.3619.4×(619.4423842)1/2=16.75≈17(根)1.4.2　方孔接地网的设计对该220KV变电站的接地网,采用以水平接地极为主边缘闭合的复合接地网。

根据变电站面积和接地网外边缘线总长度,计算出接地网的长为176米,宽为135米,布置17根均压带,本接地网是以水平接地极为主的主边缘闭合的方孔网,水平接地极采用-50*6的扁钢为材料,垂直接地极采用50型水煤气钢管为材料。

水平布置取=根均压带,则计算后得36=36,则垂直布置的根数=536≈6,取=根,计算后等于5=97　2012年第12期 庞国栋　220K V变电站接地网的设计29kA::120200.0480.0480.080.0480.08n a171118.20m n b178.2021.221n b2117208.75m 。

近似为方孔网。

并符合均压带距离为6-8m的要求。

水平接地极总长度L =17×175+21131-12=5712m由以上知道地网尺寸图如图9所示:图9　地网铺设图1.5　校验接地线截面(1)水平接地极采用50*6型扁钢,则C=70,t =0.5220KV 侧:S g =50×6=30mm 2I d =15.6329kA I d I d C t =15632.970×0.5=157.917mm 2故S g I d I dCt 符合要求110KV 侧:S g =50×6=300mm 2I d =3.3269kA I d I d C t =3326.970×0.5=33.608mm2故S g I d I dCt 符合要求(2)垂直接地极采用50型水煤气钢管220KV 侧S g =(502)=1962.5mm 2I d =15.6329kA I d I d C t =15632.970×0.5=157.917mm 2故S g I d I dCt 符合要求110KV 侧S g =(502)=1962.5mm 2I d =3.3269kA I I d =3.3269×5=3362故S I I 符合要求S =(5)=65 1.6　接地网的工频接地电阻计算水平接地极为主边缘闭合的复合接地网的接地电阻可用下式计算R n =1R e(3-1)1=(3lnL S -0.2)×S L0(3-2)R e =0.213S(1+B )+2L (ln S9hd -5B )(3-3)B=11+4.6h S(3-4)式中:R n 为任意形状边缘闭合接地网的接地电阻,单位是;R e 为等值(即等面积、等水平接地极总长度)方形接地网的接地电阻,单位是;A 为接地网面积,单位是m 2;为土壤电阻率,单位是m;L 为接地网的外边缘线总长度,单位是m;h 为接地体的埋深,单位是m;d 为接地导体等效半径,单位是m 。