斜置接地体对地网接地电阻的影响分析

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1、斜置接地体对地网接地电阻的影响分析l4华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER斜置接地体对地网接地电阻的影响分析王冬梅,李玉彬,龚南斌.(1.华北电力大学,河北保定071003;2.华北电力科学研究院有限责任公司,北京100045;3.北京惠通盛电力工程有限公司,北京100045)摘要:运用平均电位法对单根斜置接地体和多根斜置接地体的接地电阻公式进行推导.单根接地体的接地电阻随着倾斜的角度增长而增大.水平地网的四角增长接地极后,接地电阻明显减少;纵向接地极的倾斜角度与地网接地电阻有很大关系,且倾斜角度为30.到60.之间时接地电阻较小,相差不大.文章从理论上证明斜接地极法的可

2、行性,得出的结论在变电站接地降阻工程中具有实际意义.核心词:降阻;斜置接地体;接地电阻中图分类号:TM862文献标记码:B文章编号:10039171()05-001403AnalysisofEffectofSlantingGroundingElectrodeonGroundingResistanceofGroundingGridWangDongmei,LiYubin,GongNanbin(1.NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China;2.NorthChinaElectricPowerResearchInstituteCo.Ltd

3、.,Beijing100045,China;3.BeijingHuitongshengElectricPowerEngineefringCompanyLimited,Beijing100045,China)Abstract:Theexpressionsofgroundingresistanceaboutoneslantinggroundingelectrodeandfourarederivedwiththeaveragepotentialmethod.Theconclusionindicatesthatgroundingresistanceaboutoneslantingelectrodein

4、creasesastheslantingangelofgroundingelectrodeisenlarged.Conclusionscanbedrawnfromrelativecalculationanddatacomparison.Thegroundingresistanceofgroundinggridreducesobviously,whenfourslantinggroundingelec?trodesaresetupunderthegroundinggrid.Thegroundingresistanceofgroundinggridisrelatedtotheangelofslan

5、tinggroundingelectrodeclosely.Whentheangelisfrom30.to60.thegroundingresistanceisrelativelysmaller.Keywords:reducinggroundresistance;slantinggroundingelectrode;groundingresistance0引言发电厂,变电站的接地系统是保证电气设备安全运营和人身安全的重要举措.电力系统发生短路故障或是其她大电流人地时,如果地网的接地电阻较大就会导致地网电位异常升高.高压窜入控制室,轻则导致监测,控制设备发生误动或拒动,重则破坏监测设备从而扩大事

6、故,导致巨大的经济损失和社会影响.接地系统的接地电阻值是衡量接地效果的主要参数,国内现行接地规程规定,大接地短路电流系统的地网接地电阻R/I.目前新建变电站多在山区或其她土壤电阻率较高的区域,然而随着电力系统容量的迅速扩大,人地短路电流大幅攀升,就规定接地网的接地电阻值较低.有效减少地质条件差,电阻率高地区变电站地网的接地电阻受到人们的广泛关注.常用的降阻措施有扩大地网面积,深水井接地,爆破接地,斜接地极等.扩大地网面积是减少接地电阻的有效措施,但由于土地资源所限,扩大接地网面积往往是不现实的.采用深井接地与主接地网并联是一种有效减少接地电阻的措施,在有地下含水层的地方,接地体也许穿透水层,这

7、时降阻效果将更好.深井接地不受气候,季节条件的影响,对于面积狭小的接地网,还可以克服场地窄小的缺陷,这在都市和山区是一种行之有效的措施,但由于互相间的屏蔽作用,深井接地极不适宜过多.而斜接地极不仅可以起到深井接地极的作用,在无需征地的状况下还可以起到等效扩大接地网面积的作用,且斜接地极互相之间的屏蔽作用比垂直接No.5华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER15地极的屏蔽作用小得多,因而使用斜接地极比使用垂直接地极更有效.本文重点从理论上论述斜置接地体较垂直接地体降阻效果更优.l单根斜置接地体的接地电阻接地电阻是大地电阻效应的总和.接地体本身的电阻率远不不小于土壤电阻率,接地

8、体自身的接地电阻可以忽视.接地体的接地电阻与土壤的电阻率有关,而埋设接地体的作用就是拟定地中电流起始扩散的边界条件,在不同限度上以其形状和尺寸来影响接地电阻值.斜置接地体就是在接地体的形状和尺寸方面上来改善地网或是组合接地装置的接地性能的,从而能更加可靠地保证电气设备的运营和操作人员的人身安全.如图1所示,圆棒电极长为z,半径为a,且zo,在进行计算时可忽视电极的端部效应而认为电流沿圆棒均匀分布,且电流所有集中在圆棒的轴线上.设圆棒电极位于周边电阻率为P的土壤中,圆棒电极倾斜的角度为0,圆棒中的电流为,电流密度为,则圆棒电极上A点的电位为:上fsh一1一sh一1z+rsin0)47rFcosO

9、rcosO由于圆棒电极为一等势体,取各点电位的平均值得n,7I,av:上2rlcosOIn()一其中p单根斜置接地体所带的电量.图1单根斜置接地体的接地电阻计算根据静电场与恒定电场的相识比拟性可知,在两者边界条件相似时,电容与电阻存在如下关系RC=ep(1)又知c=则单根斜置接地体的接地电阻为R=(1n2l1)(2)图2给出了单根斜置接地体的接地电阻与斜置角度的关系:9010203O405O60708O斜置的角度/(.)图2单根斜置接地体的接地电阻与斜置角度的关系2多根斜置接地体的接地电阻当有n根接地体时,一方面求出单根接地体单独作用时的接地电阻和接地体之问的互电阻,然后求取这些电阻值构成的矩

10、阵的逆矩阵,求该矩阵全元素的总和,取其倒数,接着用下式来计算多根接地体的总接地电阻.豪赤下面以四根斜置接地体为例来计算组合接地体的接地电阻,如图3所示.图3四根斜置电极接地电阻的计算运用平均电位法先求接地体2对接地体1产生的电位:r=/(Zz)+d+(zZ)tanO=n?sh-1tan+ln?sh-1(+tan)一.s0同理可求得接地体3和接地体4在接地体1上产生的电位:8765432a翠盛簧16华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWERV3=l,2=n?sh-1tan+ln?sh-Xl+ta一_1,/3-2/2-sin0因此四根接地体并联后总的接地电阻为:R=(1n)+M(4

11、)肘=sin0sh-1(dcos0+tan)一2sinO?shtan0+sinOsh(_=,/2dcos0+tan)+2一-cos0一1一+/3-24C2sin03变电站地网接地电阻的计算对于组合接地体,当一种接地体向大地泄散电流时,将会受到附近其她接地体散流的影响,各散流接地体所产生的恒定电场将产生屏蔽作用,使得组合体中各个单个接地体的散流效果受到减弱.正由于这种互相屏蔽作用的影响,组合接地装置的接地电阻要比斜置长接地体和水平地网并联值大,两者之问相差一种运用系数卵.运用系数是表征大地中由于各接地棒散流的互相屏蔽作用使得接地体得不到充足运用的限度.通过数值回归分析,我们得到水平地网四角斜置四

12、根接地体的组合接地装置的运用系数是倾斜角的函数:r/=-o.637丁/2C0820+0.225+o.956口因此,复合接地装置的接地电阻可以运用下式计算得到R:一R叼设某变电站地网面积是50in50in,水平土壤电阻R=0.933n,土壤电阻率为100n?m,在四角斜置4根长50m,半径10mm的接地体后,根据以上公式计算得出变电站地网中复合接地装置的接地电阻,并与参照文献5的对比成果如表1.表1复合接地体的接地电阻与斜置接地体的倾斜角度的关系角度本文文献5角度本文文献5/(.)计算值值/(.)计算值值0O.66l0.643600.6250.608150.6360.614750.6380.61

13、73OO.6l30.5999O0.65l0.637450.6080.597由表1可以看出,增长纵向的接地体而构成复合接地体的地网的接地电阻明显减少,且接地电阻值与纵向接地体的倾斜角度有很大关系.先是随着倾斜的角度的增长复合接地体的接地电阻减少,在30.到60.之间时复合接地体的接地电阻变化不大;而后随着倾斜的角度的增长,复合接地体的接地电阻也在增长.因此,相似长度的接地体倾斜一定角度后较垂直接地体屏蔽减小,使接地体的运用系数更高,节省大量投资,具有经济意义.在降阻工程中,使用斜置接地体较垂直接地体好,并且更加灵活,可以根据变电站或发电厂所处的地质状况合适地调整纵向接地体的角度.4结论本文从理论

14、上论证了斜置接地体法在变电站或发电厂降阻工程中的实际意义.经计算得出:单根接地体的接地电阻随着斜置的角度的增大而增大;水平地网的四角增长接地极后,接地电阻明显减少;竖直接地极的倾斜角度与地网接地电阻有很大关系,倾斜角度为30.到60.之间时地网的接地电阻较小,且相差不大.从计算成果更加验证了斜接地极法具有的优点:斜置接地体不仅起到深井接地极的作用,且斜接地极互相之间的屏蔽作用比垂直接地极的屏蔽作用小得多;在无需征地的状况下等效扩大了接地网面积;斜置接地体与竖直方向的夹角(或是与地面的夹角)可以根据周边地下设施以及地质状况来调节接地体的角度,斜置接地体的斜置角度较灵活,便于施工;斜置接地体法可以

15、节省投资,优化了深井接地极法.参照文献1解广润.电力系统接地技术M.北京:中国电力出版社,1996.2曾嵘,何金良,吴维韩,等.变电站接地系统中垂直接(下转第24页)24华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWERNo.5l全竺fl竺l竺皇竺全竺ll竺皇三塑兰ll皇竺苎皇竺垦墨垩1一匪圃一三童一匡+_j图3机组升压并网程序框图WQLB=1.35XU2X,QL=1.35X15X60了机组运营的安全性.寺一,扫215.VA.M.4结论实际选用起励变压器的容量可以略不小于计.算值.在4号机组励磁系统改造工作中,各个重要3励磁系统设备的监视与控制萎芝辜嚣3.1励磁系统的监视信号求,运营稳

16、定可靠.励磁系统的二次监视和控制励磁系统设备安装后,其运营状态需如实反映逻辑回路的设计,在实际应用中也满足了运营人到运营人员的控制界面中,另一方面当励磁系统异常员的正常监视和操作.孽皇璺要篓参照文献因此,在改造中将励磁系统的信号,运营状态以开关量和模拟量形式引入了DCS.考虑到励磁变压1李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用M.器温控箱所处环境恶劣以及厂房内电磁干扰较强,北京:中国电力出版社,?通过电缆长距离传送后掉闸信号的对的性难以得竺士章?发电机励磁系统实验M?北京:中国电力到保证.因此取消了温度控制器的掉闸功能.除出版社,00?将温度报警信号与其她励磁系统报警信号一起引电力系统自动装置

17、M.?北京:中国电力出入DCS外,此外设计了模拟量输入回路将励磁变4能源部西北电力设计院.电力工程电气设计手册压器铁心温度引入励磁系统主回路画面,使运营人M.北京:中国电力lJ版社,1991.员可以实时对励磁变压器的温度进行监视.5郝满江,黄梅.发电机励磁方式及自并励励磁系统3.2励磁系统的控制J.东北电力技术,25(11).在DCS中设立了灭磁开关合跳闸,励磁系统6冯桂青.静态励磁系统的火磁J.电机与控制应用,起励,逆变灭磁,信号复归等操作端,完毕了对励,33(1).磁系统的控制.并将励磁系统控制与原机组自动7许其品,朱晓东,刘国华?大型发电机励磁系统的设升压并网程序相衔接.计J?水电厂自动

18、化,(4)?在运营人员确认后机组升压并网的程序框图郭志敏,李军义?机端自并励静止励磁系统的应用姗3所示.2.44通过上述程序设立大幅度减少了运营人员在作者简介:段宏全(1978一),男,毕业于北方交通大学,工程师,从机组升压并网时的操作量,操作基本由DCS完事继电保护和自动装置现场工作.成,从而减少了运营人员浮现误操作的也许,提高(本文编辑季佳彬)(E接第16页)区变电站接地电阻J.中国电力,34(11):50-53.地极作用分析J.中国电力,33(5):6265.3李景禄,胡毅,刘春生.实用电力接地技术M.北京:中国电力出版社,.4大矢征,张峥,等.有斜打接地棒的接地网的接地电阻及其地面电位分布J.广西电力建设信息,1994,3:20-24.5何金良,曾荣,张波.斜接地极对改善接地网接地性能的作用J.陕西电力,36(3):1-4.6李承国,何金良,曾嵘,等.运用周边地理环境减少城7安建强,何金良,孟庆波.爆破接地技术在地网改造中的应用J.电力建设,21(4):17-20.8川濑太郎(冯允平译).接地技术与接地系统M.北京:科学出版社,.收稿日期:-02.19作者简介:Ii冬梅(1971一),女,河北唐山人,大学学历,华北电力大学电气_T:程在职研究生,高档工程师,研究方向电力系统及其自动化.(本文编辑季佳彬)