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变电站接地施工标准二0一七年六月 晋煤供电分公司 变电站接地施工标准 变电站接地系统概述 接地装置 电力电缆接地 站内二次接地 晋煤供电 第一章变电站接地系统概述 变电站接地系统设计的重要意义变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线 它是维护变电站安全可靠运行 保障运行人员和电气设备安全运行的根本保证和重要措施 如果接地电阻较大 在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时 可能造成地电位异常升高 如果接地网的网格设计不合理 则可能造成接地系统电位分布不均 局部电位超过安全值规定 这会给运行人员的安全带来威胁 还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏 使高压窜入控制保护系统 变电站监控和保护设备会发生误动 拒动 由此带来巨大的经济损失和社会影响 如何作好变电站接地设计 使其达到安全运行的要求 是变电站设计所关心和要研究问题之一 晋煤供电 第一章变电站接地系统概述 术语和定义接地体 极 埋入地中并直接与大地接触的金属导体 称为接地体 极 接地体分为水平接地体和垂直接地体 自然接地体 可利用作为接地用的直接与大地接触的各种金属构件 金属井管 钢筋混凝土建筑的基础 金属管道和设备等 称为自然接地体 接地线 电气设备 杆塔的接地端子与接地体或零线连接用的在正常情况下不载流的金属导体 称为接地线 接地装置 接地体和接地线的总和 称为接地装置 接地 将电力系统或建筑物电气装置 设施过电压保护装置用接地线与接地体连接 称为接地 接地电阻 接地体或自然接地体的对地电阻和接地线电阻的总和 称为接地装置的接地电阻 接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值 接地网 由垂直和水平接地体组成的具有泄流和均压作用的网状接地装置 晋煤供电 第一章变电站接地系统概述 变电站接地的分类变电站接地比较常见的有三种分别为 工作接地 为了使电力系统能够正常运行所需要的工作接地 保护接地 如将电气装置中不带电的金属部分与接地装置连接起来 防雷接地 如金属避雷针接地 金属避雷器接地等 晋煤供电 第一章变电站接地系统概述 接地电阻伴随着扩大的电力系统的规模 变电站的母线上将会出现越来越大的接地故障电流 因而使在接地设计中要满足电力行业标准DL T621 1997 交流电气装置的接地 中第5 1 1条要求R 2000 I是非常困难的 现行标准与原接地规程的一个很明显的区别 对接地电阻值的要求不再规定要达到0 5 现行标准规定 虽然接地电阻可以适当加大 但不能超过5 且应该按定进行校验 但这不是说一般情况下接地电阻都可以采用5 接地电阻放宽是有附加条件的 这就是需要满足接地标准第6 2 2条的规定 即 防止转移电位引起的危害 应采取各种隔离措施 考虑短路电流非周期分量的 晋煤供电 第一章变电站接地系统概述 影响 当接地网电位升高时 3 10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏 应采取均压措施 并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求 施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线 现行标准虽然放宽了对接地电阻值的规定 但并没有降低对接地网整体性的严格要求 其实对接地网的安全性要求更高更全面了 这就是接地设计必须遵循的原则和对接地网的考核要求 公司对变电站接地网接地电阻要求不大于0 5 晋煤供电 第二章接地装置 晋煤供电 接地网型式变电站接地网除应利用自然接地极外 应敷设以水平接地极为主的人工接地网 并应符合下列要求 1 人工接地网的外缘应闭合 外缘各角应做成圆弧形 圆弧的半径不宜小于均压带间距的1 2 接地网内应敷设水平均压带 接地网的埋设深度不宜小于O 8m 2 接地网均压带可采用等间距或不等间距布置 3 35kV及以上变电站接地网边缘经常有人出入的走道处 应铺设沥青路面或在地下装设2条与接地网相连的均压带 在现场有操作需要的设备处 应铺设沥青 绝缘水泥或鹅卵石 4 6kV和10kV变电站和配电站 当采用建筑物的基础作接地极 且接地电阻满足规定值时 可不另设人工接地 第二章接地装置 晋煤供电 除临时接地装置外 接地装置应采用热镀锌钢材 水平敷设的可采用圆钢和扁钢 垂直敷设的可采用角钢和钢管 腐蚀比较严重的地区的接地装置 应适当加大截面积 或采用阴极保护等措施 不得采用铝导体作为接地体或接地线 当采用扁铜带 铜绞线 铜棒 铜包钢 铜包钢绞线 钢镀铜 铅包铜等材料作为接地装置时 其连接应符合相关规定 接地装置的人工接地体 导体截面应符合热稳定和机械强度的要求 但不应小于表1和表2所列规格 表1钢接地体和接地线的最小规格 第二章接地装置 表2铜接地体的最小规格 晋煤供电 低压电气设备地面上外露的铜接地线的最小截面应符合下表的规定 表低压电气设备地面上外露的铜和铝接地线的最小截面 不得利用蛇皮管 管道保温层的金属外皮或金属网 低压照明网络的导线铅皮以及电缆金属护层作接地线 蛇皮管两端应采用自固接头或软管接头 且两端应采用软铜线连接 第二章接地装置 晋煤供电 接地装置安装施工工艺工艺要求要点 1 接地体埋设深度应符合设计规定 当设计无规定时 不宜小于0 6m 2 钢接地体的搭接应采用搭接焊 搭接长度和焊接方式应满足下列规定 扁钢为其宽度的两倍 且至少3个棱边焊接 圆钢为其直径的6倍 接触部位两边焊接 圆钢与扁钢连接时 其长度为圆钢直径的6倍 接触部位两边焊接 扁钢与钢管 扁钢与角钢焊接时 为了连接可靠 除应在其接触部位两侧进行焊接外 并应焊以由钢带弯成的弧形 或直角形 卡子或直接由钢带本身弯成弧形 或直角形 与钢管 或角钢 焊接 第二章接地装置 接地体搭接焊示范 晋煤供电 第二章接地装置 晋煤供电 接地扁钢搭接面积不足 第二章接地装置 工艺要求要点 3 变电站的接地装置应与线路的避雷线相连 且有便于分开的连接点 晋煤供电 第二章接地装置 晋煤供电 工艺要求要点 4 避雷针 带 与引下线之间的连接应采用焊接或热剂 放热 焊接 独立的避雷针的接地装置与道路或建筑物的出入口等的距离应大于3m 小于3m时要采取均压措施 独立避雷针与引下线之间未采用焊接 第二章接地装置 工艺要求要点 5 设备及构支架接地位置应规范统一 连接可靠 制作美观 接地标识明显 正确 晋煤供电 构支架接地高度 朝向一致 第二章接地装置 晋煤供电 设备接地高度 朝向一致 接地制作美观 标识明显 第二章接地装置 工艺要求要点 6 每个电气装置的接地应以单独的接地线与接地汇流排或接地干线相连接 严禁在一个接地线中串接几个需要接地的电气装置 晋煤供电 套管底座串联接地 第二章接地装置 工艺要求要点 7 重要设备和设备构架应有两根与主地网不同地点连接的接地引下线 且每根接地引下线均应符合热稳定及机械强度的要求 连接引线应便于定期进行检查测试 8 高压配电装置间隔和电抗器 电容器等的栅栏门铰链处应用软铜线连接 以保证良好接地 晋煤供电 网门接地 第二章接地装置 国家电网公司十八项电网重大反事故措施 中对接地要求如下 14 1 1 2对于110kV及以上新建 改建变电站 在中性或酸性土壤地区 接地装置选用热镀锌钢为宜 在强碱性土壤地区或者其站址土壤和地下水条件会引起钢质材料严重腐蚀的中性土壤地区 宜采用铜质 铜覆钢 铜层厚度不小于0 8mm 或者其他具有防腐能材质的接地网 对于室内变电站及地下变电站应采用铜质材料的接地网 14 1 1 3在新建工程设计中 校验接地引下线热稳定所用电流应不小于远期可能出现的最大值 有条件地区可按照断路器额定开断电流考核 接地装置接地体的截面不小于连接至该接地装置接地引下线截面的75 并提出接地装置的热稳定容量计算报告 14 1 1 5变压器中性点应有两根与地网主网格的不同边连接的接地引下线 并且每根接地引下线均应符合热稳定校核的要求 主设备及设备架构等宜有两根与主地网不同干线连接的接地引下线 并且每根接地引下线均应符合热稳定校核的要求 连接引线应便于定期进行检查测试 晋煤供电 第二章接地装置 14 1 1 6施工单位应严格按照设计要求进行施工 预留设备 设施的接地引下线必须经确认合格 隐蔽工程必须经监理单位和建设单位验收合格 在此基础上方可回填土 同时 应分别对两个最近的接地引下线之间测量其回路电阻 测试结果是交接验收资料的必备内容 竣工时应全部交甲方备存 14 1 1 7接地装置的焊接质量必须符合有关规定要求 各设备与主地网的连接必须可靠 扩建地网与原地网间应为多点连接 接地线与接地极的连接应用焊接 接地线与电气设备的连接可用螺栓或者焊接 用螺栓连接时应设防松螺帽或防松垫片 14 1 1 9变电站控制室及保护小室应独立敷设与主接地网紧密连接的二次等电位接地网 在系统发生近区故障和雷击事故时 以降低二次设备间电位差 减少对二次回路的干扰 晋煤供电 第三章电力电缆接地 对于用电量不大的地方通常使用三芯交联聚乙烯绝缘电力电缆 电流较大的地方通常采用单芯交联聚乙烯绝缘电力电缆 交流系统中三芯电缆的金属屏蔽层接地一般在电缆线路的两端进行接地 因为大多数高压系统中流过三个线芯的电流矢量和通常为零 在屏蔽层基本上没有感应电压 所以两端接地也不会有感应电流 不会产生电缆过热现象 晋煤供电 第三章电力电缆接地 晋煤供电 在公司近几年的新建 扩建项目中大多采用的都是单芯高压电缆 由此也带来了单芯电缆单芯电缆金属屏蔽层接地的问题 单芯电缆芯线通过电流时 在交变电场作用下 其周围产生的磁场会与屏蔽层交链 屏蔽层必然会产生一定的感应电动势 由于单芯电缆每相之间存在一定的距离 感应电势不能抵消 当电缆长度较长导通电流较大时 电缆两端屏蔽层感应电压会很大 交流系统中单芯电缆线路一回或两回的各相按通常配置排列情况下 在电缆屏蔽层上任一点非直接接地处的正常感应电势值 可按下式计算 第三章电力电缆接地 式中 表示感应电势 表示电缆屏蔽层的电气通路上任一部位与其直接接地处的距离 表示单位长度的正常感应电势 通过上式可知电缆金属屏蔽层感应电压数值与电缆长短 电流大小成正比 距离接地点越远感应电压越高 通过电缆的电流越大产生的感应电压越高 此外感应电压还与电缆的摆放位置有关 当电缆三相间距离增减 相对位置改变时 感应电压都会改变 相关实验证明紧贴的三角形布置产生的感应电压最小 晋煤供电 第三章电力电缆接地 晋煤供电 按照GB50217 2007 电力工程电缆设计规程 规定 4 1 10规定 电缆线路的正常感应电势最大值应满足下列规定 1 未采取能有效防止人员任意接触屏蔽层的安全措施时 不得大于50V 2 除上述情况外 不得大于300V 如果大于此规定电压时 应采取屏蔽层分段绝缘或绝缘后连接或交叉互联的接线等方式 现将设计和施工中常用几种高压单芯交联聚乙烯绝缘电力电缆接地方式 第三章电力电缆接地 晋煤供电 1 金属屏蔽层一端接地的方式金属屏蔽层一端接地是指电缆线路一端金属屏蔽直接接地 另一端金属屏蔽对地开路 如下图所示 图单芯电缆屏蔽层一端接地示意图当线路较短时 金属屏蔽层一端接地后另一端电压一般不会很高 所以不会产生不良结果 可以消除屏蔽层感应电流 减少线路损耗 但当电缆长度稍长时 不接地端可能会产生较高的感应电压 数值可能超过50V 当系统发生相间或对地短路时 电缆屏蔽层不接地端会携带相电压 金属屏蔽层不能承受这种高电压导致对地击穿 造成更大的损失 综上所述 这种方式多于线路较短 且金属屏蔽层上任一点的正常感应电压小于50V才能使用 第三章电力电缆接地 晋煤供电 2 金属屏蔽层中间接地方式电缆屏蔽层中间接地方式是电缆中间直接接地 两端直接接地或经过护层保护器接地 是一端直接接地的引伸 可以把一端直接接地或电缆的最大长度增加一倍 接线方式和原理与一端直接接地一样 电缆线路很长时 即使采用屏蔽层中间接地 也会有很高的感应电压 图单芯电缆屏蔽层中间接地示意图 第三章电力电缆接地 晋煤供电 3 金属屏蔽层一端接地 另一端通过护层保护器接地当线路相对较长采用一端接地时 必须采取的措施是限制金属屏蔽层上的感应电压 以防止不接地端的电压过高击穿金属屏蔽层 为了保护电缆金属屏蔽层绝缘 在不接地的一端应加装金属屏蔽层保护器 此方法也是一端直接接地的引伸 如图所示 护层保护器在正常运行条件下呈现较高的电阻 对地相当于短路 当金属屏蔽层出现一定值的电压时 护层保护器的电阻变小 相当于对地断路 感应电流迅速通过护层保护器进入接地系统 泄压后作用在金属屏蔽层上的电压低于护层保护器导通的感应电压 对人和设备不构成威胁 图单芯电缆屏蔽层一端接地 另一端通过护层保护器接地示意图 第三章电力电缆接地 晋煤供电 4 金属屏蔽层交叉互联的接地方式当高压单芯电缆线路过长时 宜采用金属屏蔽层交叉互联的接地方式 如下图所示 交叉互联的电缆线路 每个绝缘接头应设置金属屏蔽层电压限制器 线路终端非直接接地时 该终端部位应设置金属屏蔽层电压限制器 感应电压最高的地方出现在绝缘接头处 因此在此处装设护层保护器 把上述交叉互联接地方式当做一个分段 理论上可以把各种长度的电缆都分成这样的段 各种长度的单芯电缆金属屏蔽层都可采用此方式接地 图单芯电缆屏蔽层交叉互联接地示意图 第三章电力电缆接地 晋煤供电 通过对单芯电缆4种接地方式的分析 根据GB50217 2007 电力工程电缆设计规程 的要求 对于35kV及以下单芯电缆金属屏蔽层接地方式总结如下 1 线路不长 且能满足屏蔽层任一点的感应电压不应超过50 300V 未采取不能任意接触屏蔽层的安全措施时不大于50V 采取有效措施时不大于300V 应采取在电缆一端或中央部位单点直接接地 2 当线路相对不长 负荷较大时 电缆金属屏蔽层可采用一端接地 另一端经护层保护器接地的方式 3 除上述情况外的长线路 宜划分适当的单元 且在每个单元内按3个长度尽可能均等的区段 应设置绝缘接头或实施电缆金属屏蔽层的绝缘隔离 以交叉互联接地 第三章电力电缆接地 晋煤供电 GB50217 2007 电力工程电缆设计规程 中对控制电缆金属屏蔽的接地方式有要求 控制电缆金属屏蔽的接地方式应符合下列规定 1 计算机监控系统的模拟信号回路控制电缆屏蔽层 不得构成两点或多点接地 应集中式一点接地 2 集成电路 微机保护的电流 电压和信号的电缆屏蔽层 应在开关安置场所与控制室同时接地 国家电网公司十八项电网重大反事故措施 中要求微机型继电保护装置所有二次回路的电缆均应使用屏蔽电缆 严禁使用电缆内的空线替代屏蔽层接地 第四章变电站二次接地 晋煤供电 随着电力系统自动化程度的不断提高 现在变电站内应用了大量的继电保护装置和测量控制装置以及通讯装置 随着这些弱电设备的不断增加 变电站内的电磁环境变得十分复杂 一次设备正常工作或发生故障时不可避免地会对二次系统产生电磁干扰 所以对变电站内二次系统的抗干扰就非常重要 等电位接地网将其各点可能产生的电位差降到了最低 保证了接在等电位面上的各二次回路对地绝缘良好 有效地避免了将主接地系统的电位差引入到二次系统干扰二次回路的正常运行 因此在变电站内敷设既独立又与主接地网紧密联系的二次系统接地网 即等电位接地网 是十分必要的 第四章变电站二次接地 晋煤供电 等电位接地网的敷设 国家电网公司十八项电网重大反事故措施 中规定等电位接地网应满足以下要求 15 7 3 1应在主控室 保护室 敷设二次电缆的沟道 开关场的就地端子箱及保护用结合滤波器等处 使用截面不小于100mm2的裸铜排 缆 敷设与主接地网紧密连接的等电位接地网 15 7 3 2在主控室 保护室柜屏下层的电缆室 或电缆沟道 内 按柜屏布置的方向敷设100mm2的专用铜排 缆 将该专用铜排 缆 首末端连接 形成保护室内的等电位接地网 保护室内的等电位接地网与厂 站的主接地网只能存在唯一连接点 连接点位置宜选择在电缆竖井处 为保证连接可靠 连接线必须用至少4根以上 截面不小于50mm2的铜缆 排 构成共点接地 15 7 3 3分散布置的保护就地站 通信室与集控室之间 应使用截面不少于100mm2的铜缆 排 可靠连接 连接点应设在室内等电位接地网与厂 站主接地网连接处 第四章变电站二次接地 15 7 3 4静态保护和控制装置的屏柜下部应设有截面不小于100mm2的接地铜排 屏柜上装置的接地端子应用截面不小4mm2的多股铜线和接地铜排相连 接地铜排应用截面不小于50mm2的铜缆与保护室内的等电位接地网相连 15 7 3 5沿二次电缆的沟道敷设截面不少于100mm2的铜排 缆 并在保护室 控制室 及开关场的就地端子箱处与主接地网紧密连接 保护室 控制室 的连接点宜设在室内等电位接地网与厂 站主接地网连接处 15 7 3 6开关场的就地端子箱内应设置截面不少于100mm2的裸铜排 并使用截面不少于100mm2的铜缆与电缆沟道内的等电位地网连接 15 7 3 7保护装置之间 保护装置至开关场就地端子箱之间联系电缆以及高频收发信机的电缆屏蔽层应双端接地 使用截面不小于4mm2多股铜质软导线可靠连接到等电位接地网的铜排上 晋煤供电 第四章变电站二次接地 15 7 5重视继电保护二次回路的接地问题 并定期检查这些接地点的可靠性和有效性 继电保护二次回路接地 应满足以下要求 15 7 5 1公用电压互感器的二次回路只允许在控制室内有一点接地 为保证接地可靠 各电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等 己在控制室一点接地的电压互感器二次线圈 宜在开关场将二次线圈中性点经放电间隙或氧化锌阀片接地 其击穿