仪征站新建110kV变电所接地系统的新模式

摘要：文章叙述了在仪征站110kV变电所新建过程中，为防止出现短路障时，可能出现的接地网高电位延伸出变电所，威胁输油生产和人生安全，而采取的将变电所接地系统“独立设置”的整个过程。分析了仪征站接地网出现高电位的危害，防止接地网高电位延伸的方案及选择。介绍了接地系统独立设置做法中的控制要点，最后对仪征站110kv变电所接地装置进行了安全性计算和校验，最后得出结论：这种接地模式适合于变电、配电同时设置在变电所内的形式，符合输油站场变电所建设特点，值得研究推广。

关键词：接地系统；电阻率；校验

1、概述

仪征站是鲁—宁、甬—沪—宁两条原油管道的末站，又是仪长输油管道的首站。作为重要的枢纽站，原有一座35 kV变电所，仪长输油管道立项后，负荷增大，决定新建一座110kV变电所，取代原35kV变电所作为全站生产动力中心，其设计总容量为40000kVA，是我公司目前最大的单项电气新建工程。

仪征110/6kV变电所为双进线、双主变，110kV侧为内桥接线，6kV侧为单母线分段，所内设置6/0.4kV两台80kVA所用变压器。另外，在110kV变电所内单独设置6/0.4kV两台 630kVA站用变压器，低压配电柜14面，作为仪征站所有低压设施配电中心。

仪征站新建110kV变电所主变一次侧中性点直接接地，属于大接地短路电流系统，此种接地系统一旦出现接地故障，将产生的数千安培的对地电流，变电所接地网电位瞬间升高到上万伏，非常危险。所以，接地装置的设计、施工非常重要。

2、仪征站接地网出现高电位的危害

（1） 在泵站原设置的许多分布不规则、制做简单的一些接地装置上，及与这些接地装置相连的设备、管线上，将产生高电位，有可能伤害到人身安全。

（2）输油泵房内、储罐区的防火堤内，系防爆Ⅱ类建筑物及场所，不允许其设备及管线上产生较高的对地电压或在金属设备管道之间产生火花，高电位引出，造成电位高差过大，将容易产生火花，在油汽浓度较高时会有爆炸的危险。

（3）输油站内已采用区域性阴极保护措施，。当高电位发生时，阴极保护设备可能损坏，设置在输油管线进出口处的绝缘法兰将被击穿，阴极保护系统将失效。

（4）高电位窜入输油站集控室、通讯机房，将会对仪表、通讯系统及值班人员造成危险，严重威胁输油生产.

3、防止接地网高电位延伸的两种方案

方案一：切断110kV变电所接地装置与输油站场内接地装置的金属联系，包括本身的低压系统的接地装置，并保持15米以上的距离，使之成为一个独立的变电所内的接地装置，将可能出现的高电位与泵站其他设施隔离。

方案二：限制110kV变电所对地电位升高数值，例如用长导体分散短路电流，尽可能的降低接地电阻值，规范要求不大于0.5欧。

如果将泵站及新变电所在接地装置上联成一个整体，即泵站全站区加均压条形成环行接地网，也可以降低变电所和泵站的总接地电阻及均衡电位，高电位发生时，将站区内的最大接触电压及网外最大跨步电压限制在允许值内，这在新建站是可行的，经鲁宁线长清、宁阳等7个110/6kV直供站30多年的运行实践证明也是有效的，目前仍被广泛采用。但仪征站是一个老站，从1976年建站已30多年，阀组区从、2×104 m3、5×104m3、10×104m3、到15×104m3罐区也随之在不断扩容，加热炉区，锅炉区，污水场等都有不同年份制做的接地装置；要想将这么多接地装置都有效地联为一体，在实施中难以做到，故采取第一种方案。

4、仪征站110kV变电所接地系统设置

仪征输油站110kV变电所接地采取独立设置的做法，即变电所主接地网单独设置，与仪征全站各区域的接地装置分开并保持一定安全距离，而变电所内的站用变压器低压侧接地则与变电所主接地网绝缘，引出变电所一定距离后设置，并与站内接地系统联网。

5、接地系统独立设置做法中的控制要点

新建的110kV主变系统与6kV开关室及低压配电装置在建筑物上是一体的，配出用的是6kV电力电缆，因此，要想做到仪征110k新变电所接地装置与外面的接地装置不共地、不相连，就要控制好五个点：

（1）、110kV变电所的主接地网与6kV站变的小接地网在制作上就要分开。

（2）、110kV变电所所内的所有设备（含构架）的接地保护，只与主接地网相连。主接地网接地电阻要求0.5Ω以下，小接地网接地电阻值要求4.0Ω以下。

（3）、6kV站变的小接地网与主网地下分开的距离在15米以上。这个小网是三相五线制供电系统的零点，用绝缘铜导线引到站变的中心点上。并且在与接地网扁钢压接的地方，要求引出地面，做入防水防尘的接线箱内。

（4）、6kV开关柜及低压配电屏等装置内的“零排”与“地排”不能相连接，因为装置的“地排”与110kV变电所所内主接地网是联为一体的。

（5）、110kV变电所配出用的6kV电力电缆的“外铠内屏”——即外铠装层及内屏蔽层的接地线，在110kV变电所一侧，要用绝缘导线引接到6kV站变的小接地网上，以确保与主接地网分开；在另一侧，6kV电力电缆的“外铠内屏”就可以直接接到6kV电机的接线盒内。因为输油设备高低压电力设备的外壳是相通的，高压设备是6kV机泵组，低压设备是电动阀门。

6、仪征站110kV变电所接地系装置的校验：

6.1、计算接地装置所在地的土壤电阻率

通过打入单支接地极的方法实测仪征站内土壤电阻率p计算公式：

R（单支）= 0.366ρ/L{ln 2L/0.708[bh（b2+h2）]1/4+1/2ln 4t+L/4t-L} （1）

式中：L-长度，m； b，h-等边角钢宽，m； R-电阻.Ω；t-基础埋深，m。

将R=7.8Ω；L=2.5m，b=h=0.05m，t=1.75m代入上式，求得仪征土壤电阻率：p=25Ω.m。

6.2、测量新做的两处接地网的接地电阻

经实测，110kV变电所主接地网R地不大于0.26Ω；小接地网R地不大于1.1Ω，均达到规范要求的范围：主接地网R地大于0.5Ω， 小接地网R地不大于4Ω。使用的接地电阻测试仪是ZC—29/B型，所用仪表合格有效。

6.3、验算接地网在事故状态下的安全性。

（1）、主接地网的接地电阻：实测是0.26Ω，110KV变电所最大可能出现的单相接地短路电流Idd，按最大设定为5000A；出现单相接地故障时，引起接地网上电位最高瞬时值

EM=Idd·R地 （2）

=5000×0.26

=1300 V

（2）、地表面可能出现的最大接触电势

EJ·M=KJ·EM （3）

KJ·为接触系数，当接地装置埋深为0.6～0.8米时，

KJ=Kn·Kd·KS （4）

其中：Kn-受均压带影响的系数，接地装置均压带为竖9 横6时，取相当于 n=6的方孔地网，Kn=1.03/ n﹢0.047=1.03/6﹢0.047=0.2187

Kd-接受接地装置材料尺寸影响的系数，扁钢只考虑宽度，扁钢宽为0.06m；d=1/2扁钢宽=0.03m，Kd=1.2-d×10=1.2-0.3=0.9；

KS-接地网面尺寸影响的系数，当S>256㎡时，KS=1.01；

所以，KJ=Kn·Kd·KS

=0.2187×0.9×1.01

=0.1988

故地表面可能出现的最大接触电势：

EJ·M=KJ·EM

=0.1988×1300

=258.44

≈260 V

（3） 地表面可能出现的最大跨步电势

EK·M=KK·EM （5）

KK·为跨步系数 与埋深及长度有关 埋深0.8 米时，

KK=1.28{L―L1/L· 0.41/S0.25 + L1/L·0.48d/ ln 9·S0.5 }（6）

式 中： L：-接地装置接地总长度；630m（含垂直极）

L1-接地网外沿总长度；170m

S-接地网总占地面积；1750㎡

d-水平接地体的尺寸，扁铁取1/2宽，0.03m；

代入式（6）得：KK=0.0768

故地表面可能出现的最大跨步电势：

E K·M=KK·EM

=0.0768×1300

=99.84

≈100 V

（4）仪征土质允许的接触电势与跨步电势允许的接触电势：

EJ·Y=250+0.5ρ/ t （伏） （7）

允许的跨步电势：

E K·Y=250+2ρ/ t （伏） （8）

式中：ρ-土壤电阻率实测值，25Ω·m；t-是继电保护装置本身的动作时间，0.5S；

代入式（7）、（8）可求得：

E J·Y 是362伏；

E K·Y 是388伏；

通过比较，可以看出：

可能出现的最大接触电势EJ·M为260v ≤ 允许的接触电势EJ·Y 362v； 可能出现的最大跨步电势EK·M为100v≤允许的跨步电势 EK·Y 388v.说明仪征站110kV新变电所的接地装置在事故状态下是安全的。

7、结论

仪征站新建110kV变电所接地装置，因地制宜，设计合理，制作规范，用料严格，允许的跨步电压、接触电压均在安全范围之内。达到设计与规范要求。即便在最严重的单相接地的事故状态下，也能满足人员及设备的安全要求。

采用110kV电压等级供电的泵站，宜采用主接地网与生产区其他接地装置“分设”的做法；并需有全站总的接地平面布置图，以便日后维修和接地电阻的测量。对于已经建成的110kV电压等级、已采用共用一个接地网的变电所，建议将泵组、阀组等所有户外作业的生产区接地装置连成片，并校验跨步电压，对通讯系统、仪表集控中心，因电源也来自110kV变电所的站变系统，将通讯系统、仪表集控中心的电源采用1﹕1隔离变压器的做法，其接地装置宜在室外单做。

参考文献

1. 《过电压及保护》——武汉水利电力学院；

2. 《发电厂变电所电气设备》—— 湖南省电力学校；

3. 《接地和接零》—— 第一机械工业部第二设计院；

4. 国标：GB 50168——92 电缆施工及验收规范 第6.2.9 6.2.10条文原文：“三芯电力电缆接头两侧电缆的金属屏蔽层、铠装层应分别连接良好，不得中断”；“三芯电力电缆终端处的金属护层，必须接地良好。”

5. 廊坊管道设计院资料：G电——602