水电站110kV变电站接地电阻计算书

(3-5)=0.5976kA3.2.3入地短路电流计算当接地短路发生在变电站接地装置范围内时，流经接地装置入地短路电流用下式计算：= (3-6)当接地短路发生在变电站接地装置范围外时，流经接地装置入地短路电流用下式计算：= (3-7)式中： ————入地短路电流，kA；——接地网内短路时，避雷线的工频分流系数，估算可取；——接地网外短路时，避雷线的工频分流系数，估算可取。代入公式3-6及3-7可分别求出两种工况下入地短路电流值为：接地网内短路时，I1=0.2662kA接地网外短路时，I2=0.5379kA根据以上计算结果，入地短路电流取上式中的较大值，即取为入地短路电流最大值=0.5379kA。接地电阻计算根据《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065-2011），有效接地和低电阻接地系统中发电厂变电所电气装置保护接地的接地电阻宜符合下列要求： (3-9)因此，可计算得本接地网允许的最大接地电阻为：≤2000/537.9＝3.71(Ω)接触电势和跨步电势计算根据《交流电气装置的接地设计规范》(GB/T50065-2011)，在110kV及以上有效接地系统和6kV～35kV低电阻接地系统发生单相接地或同点两相接地时，发电厂、变电所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值： (3-10) (3-11)式中：——接触电位差允许值，V；——跨步电位差允许值，V；——地表层的电阻率，m；——表层衰减系数；——接地故障电流持续时间。其中，由于变电站内路面均为碎石及混凝土结构，结合其它电站设计经验，人脚站立处地表面的土壤电阻率取为1000Ω.m；t为主保护动作时间+断路器失灵保护动作时间+断路器全开断时间，取0.6s；根据《交流电气装置的接地设计规范》(GB/T50065-2011)附录C，表层衰减系数计算公式如下：0.998(3-12)式中：——下层电阻率，取为990Ω.m；——表层电阻率，取为1000Ω.m；——表层土壤厚度，取为0.2m；因此可计算得：437.3(V)1100.2(V)接地网接地电阻计算根据GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》附录D，不等间距布置的长方形接地网，长或宽方向的第i段导体长度占边长L的百分数可按下式计算： (3-13)式中：L——接地网的边长，在长方向，L=L1，在宽方向，L=L2接地网长方向的导体根数为n1，宽方向的导体根数为n2。长方向的导体分段数为k1=n1-1；宽方向的导体分段数为k2=n2-1。与导体分段数k和从周边导体数起的导体段的序号i的关系如下表所示。因接地网的对称性，如某方向的导体分段为奇数，则列出了（k+1）/2个数据，当k为偶数，则列出了k/2个数据，其余数据可以根据对称性幅值。表1与导体分段数k和从周边导体数起的导体段的序号i的关系12345678910327.545417.532.5512.523.528.3368.7517.523.7577.1413.5718.5721.485.510.8315.671894.58.9412.8315.316.7103.757.511.0813.114.6113.186.369.5411.412.713.46122.755.428.171011.312.33132.384.696.778.9210.211.1511.691423.8667.869.2810.2410.76151.563.625.356.828.079.1210.0110.77161.463.274.826.147.288.249.079.77171.382.974.355.546.577.478.248.99.47181.142.583.864.955.916.678.158.158.71191.052.323.474.535.476.267.537.538.118.36200.952.153.24.1555.75777.57.9根据上表及本工程的实际情况，本项目设计为水平接地网为主、边缘闭合的不等间距复合接地网，并根据GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》要求，在避雷针、避雷器、主变、生产楼四周等地，设置垂直接地极用于散流。接地网长77m，宽32m，每段人工接地体的长度如下表所示：表2每段导体的长度（m）序号每段的长度（长）序号每段的长度（宽）14.23515.628.3391210.4312.0659310.4413.8645.6513.86612.065978.339184.235由此可知，K1=8，K2=4。式中：K1——接地网的长导体分段数；K2——接地网的宽导体分段数；根据GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》附录A，均匀土壤中水平接地极为主边缘闭合的复合接地极（接地网）的接地电阻按下式计算：(3-14)(3-15)(3-16)(3-17)式中：——任意形状边缘闭合接地网的接地电阻（Ω）；——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（Ω）；——接地网的总面积（m2）；——水平接地极的直径或等效直径（m）；——水平接地极的埋设深度（m）；——接地网的外缘边线总长度（m）；——水平接地网的总长度（m）；当电阻率ρ=830.8Ω.m时，2464m2,673m,=218m,h=2.7m,d=0.03m，代入上列公式，即可求得： =0.799(3-18)=0.965(3-19)=7.227(Ω)(3-20)所以：6.976(Ω)(3-21)接地网接触电位差及跨步电位差计算最大接触电位差计算参考《水力发电厂接地设计技术导则》（NB/T35050-2015）公式，接地网地表面的最大接触电位差，即可按下式计算：(3-18) 式中：——接地网的最大接地电位升高；——接地网的形状、埋深、接地导体直径、接地网面积、接地体导体根数及接地网网孔数目影响系数，分别由下列各式计算： ()()式中：——接地网的总面积（m2）；——接地网沿长方向的导体根数；——接地网沿宽方向的导体根数；——水平接地极的直径或等效直径（m）；——水平接地极的埋设深度（m）；——接地网网孔数；——接地网沿长方向的长度（m）；——接地网沿宽方向的长度（m）；S=2464m2，N1=8，N2=4，d=0.03m，m=32，L1=77m，L2=32m，h=2.7m代入以上各式，可求得：=0.141V=0.109=1.581=1.142=26.65=0.169本工程取(V)，则：=250.9(V)437.3(V)满足设计要求最大跨步电势计算参考《水力发电厂接地设计技术导则》（NB/T35050-2015）公式，接地网地表面的最大跨步电势差，即可按下式计算： (3-19)(3-20)式中：——接地网的最大接地电位升高；——接地体的埋深、接地体导体根数、接地导体直径、接地网面积、接地网网孔数目、形状影响系数，分别由下列各式计算：式中：——接地网的总面积（m2）；——接地网沿长方向的导体根数；——接地网沿宽方向的导体根数；——水平接地极的直径或等效直径（m）；——水平接地极的埋设深度（m）；——接地网网孔数；——接地网沿长方向的长度（m）；——接地网沿宽方向的长度（m）；所以：35.60.6260.7730.0920.08950.736本工程取(V)，则：=208.5(V)1100.2(V)满足设计要求接地导体截面选择接地导体截面选择根据热稳定条件，未考虑腐蚀时，接地线的最小截面积应满足下式的要求：(3-21)式中：——接地线的最小截面，mm2；Ig——接地短路点的最大单相接地短路电流，1130A；——接地线材料的热稳定系数，钢为70；——短路的续时等效持间，为主保护动作时间+断路器失灵保护动作时间+断路器全开断时间，合计取0.6s。所以：12.5(mm)2根据“地勘报告”，地基土对结构混凝土具有弱腐蚀性，对建筑物钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性，对钢结构具有微腐蚀性。为保证项目运行期间接地导体截面能满足最小截面要求，同时参考工程长期运行的腐蚀损耗，选用606mm的热镀锌扁钢作为接地网的主干线，该型号扁钢可以满足热稳定及腐蚀要求。接地导体截面校验根据《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065-2011）条文说明4.3.6可知，热热镀锌扁钢的腐蚀速率为0.065mm/年（总厚度）。按设计水平年为25年来算，规格为60mm×6mm的接地扁钢在经过25年腐蚀之后的规格为58.375mm×4.375mm，接地扁钢截面为255.39mm2，大于12.5mm2，满足年限使用要求。接地计算结果分析总接地电阻校验根据上式求得的复合接地网的接地电阻R1=6.976Ω，不能满足本工程的接地电阻要求，所以需要采取降低接地电阻的措施使其满足本工程的接地电阻要求。4.1.1接地方案为使接地电阻满足本工程的接地电阻要求，现初拟以下两种接地网设计方案：方案A：设计水平接地网，并联一定数量的垂直接地体（2.5m）和接地模块。方案B：在满足环保的条件下设计水平接地网，并联一定数量的垂直接地体（2.5m）和离子接地极。4.1.1.1方案A：增加接地模块（1）单个接地模块接地电阻计算根据接地模块公式 (3-26)式中： ——土壤电阻率；——复合接地模块降阻效率，取0.158；（2）总接地电阻计算各个接地模块采用并联，根据接地模块公式 (3-27)式中：——多个接地模块并联后总接地电阻；——接地模块所需个数；——并联调整系数；当电阻率ρ=830.8Ω.m时；暂取n=32，η=0.65；代入上列公式，即可求得：R2=6.31(Ω)计算总接地电阻时，其总接地电阻按下式来确定。 (3-28)式中：——屏蔽系数；屏蔽系数通常取0.9—1之间，本工程取值0.9。当n=32时，总接地电阻RL=0.363(Ω)。由上可知，敷设32套该厂家接地模块可使接地电阻达到3.68Ω，满足小于3.71Ω的要求。4.1.1.2方案B：增加离子接地极根据离子接地极资料： (3-29)其中：R——地网设计接地电阻；ρ——土壤电阻率；k——系数；k取4.5；R1——复合接地网敷设后的接地电阻；代入上式即可求得N=2.84；结合本工程实际情况N=3。当N=3时，总接地电阻RL=3.6(Ω)。由上可知，敷设3套该厂家离子接地极可使接地电阻达到3.6Ω，满足不大于3.71Ω的要求。上述各方案的对比如下表所示：表3接地方案对比一览表方案A方案B复合接地网6.976Ω6.976Ω60mm×6mm热热镀锌扁钢接地模块n=32离子接地极N=3总接地电阻3.68Ω3.6Ω以下是各接地方案的经济对比：表4接地方案经济对比一览表接地材料单位方案A方案B数量费用/万元数量费用/万元60×6mm热热镀锌扁钢m6732.0196732.019接地模块套320.8电解地极根30.75土方开挖m311301.5245791.52土方回填m311301.7545791.75合计6.089万元6.039万元根据表3、表4计算数据，两种方案均能满足要求。方案A：①模块数量太多，施工难度大；②接地模块敷设不受周边场地限制。方案B：①施工简单方便，②费用相比方案B稍低，方案可行。故本工程推荐选用方案B，即增加3套离子接地极方案，离子接地极应选用环保型，并应周期性观测接地极对周围环境的影响。接触电势及跨步电势校验本工程接触电势允许值为437.3V，跨步电势允许值为1100.2V。本工程取地电位升高计算限制为2000V，此时最大接触电势计算值为250.9V，最大跨步电势计算值为2