七星桩接地网在变电站的设计研究

高艳海,贾圣明,张　瑞,栾希海（国网邢台供电公司,河北　邢台　054000）



七星桩接地网在变电站的设计研究

高艳海,贾圣明,张瑞,栾希海
（国网邢台供电公司,河北邢台054000）

摘 要：七星接地网是一种不同于传统接地网的特殊结构的接地装置，配合新材料技术，和对接地网对电网安全和稳定性影响的研究和新特性的发现。

关键词：变电站；七星桩接地网；垂直接地

1　技术背景

随着继电保护技术和计算机技术的高速发展，变电站中微电子技术已成为电力继电保护和监控系统中的最重要的技术。实际电力工程建设中,在建设自动控制系统的时候,往往对其防干扰措施考虑不够,当变电站遭受雷击、短路接地故障时，故障电流就会流入地网，由于地网接地体阻抗，特别是感抗的作用，使得地网电位分布变得极不均匀，由于地网接地体上的电流随时间的变化率(di/dt)很大，使得地网附近的二次回路上产生较高的感应电势，造成二次回路上的继电保护装置误动作或损坏。现行设计中等电位接地网对二次设备保护脆弱，已无法满足高精密化高度自动化二次设备的安全需求，二次设备独立接地网便由此产生产生，而在设计和施工中，以变电站全站等电位地网为前提下，一次设备接地网与二次设备接地网无论连接还是断开，都面临不少技术上的质疑。

七星桩独立接地网是在变电站二次独立接地网的研究中发现，并通过深入研究而取得的一项技术成果。简单说来，七星接地网是一种不同于传统接地网的特殊结构的接地装置，配合新材料技术使用，对电网安全和稳定性具有重要意义。

2　七星桩独立接地网的构造

一个独立的七星桩地网由一个中心接地极和周围六个卫星接地极构成。中心极与卫星极之间采用星型连接，每个接地极采用深井垂直安装方式。六个卫星极均匀分布在以中心极为圆心的圆周上，两个相邻卫星极之间互相连接。

每个接地极采用深井安装方式，每口深井的半径为20厘米，深度为4米以上。接地极本体材料采用空间网状结构的石墨复合接地极。中心接地极与卫星接地极之间的半径最小为3米，最大为15米。接地极安装以后周围填充石墨和膨润土混合材料，最后灌水密封。

3　变电站七星桩群网设计

3.1设计方法

该设计根据不同设备性质分区和分类，分别设置小接地网和大接地网。其中两台主变压器各设一个小网，高频干扰强的滤波器、开关柜等设一个小网，电抗器电容器等设一小网，避雷器接地网也是一个小网，继电器智能设备等二次设备设一小网，母线下面设置全站大七星接地极，最后，全部小网与大七星接地极中心相连。这种分类、分区设置最后汇集一点的设计，使各设备各系统之间通过地网相互干扰的可能性降到了最低。因为，大七星接地极的接地效果最好，消纳冲击电流的能力最强，各分网落于大七星接地极上的冲击不再引起二次冲击。

3.2设计原则与标准

（1）深井吸纳原则。所谓深井吸纳是指接地极放置于较深的井式结构中，土壤终年潮湿或深见水层，且接地极的放电效果要好（有效面积大）。井的深度一般以3米以上为宜。单个接地极的直径一般宜5厘米以上。至于其吸纳能力，与不同系统有关。对一个500kV变电站来说，如果是高压侧中性点接地网，则必须根据高压侧最大对地短路电流计算，若以数十千安计，则单个电极若按冲击电流2000A，七个接地极共吸纳14000A，还是不够的。但对二次系统独立网来说，则完全没有必要。接地效果好的评价标准为，当通过额定电流且经过一定时间（2秒）后接地极表面土壤无琉璃化现象。

（2）系统分隔原则。为了使系统相互影响减小到最低程度，地网也应隔离。地网彻底分离的方法按照IEC的分类方法，称之为TT方式。即，地网之间无金属连接。具体来说，以下系统应采取地网隔离技术：1）防雷接地网；2）与电网连接的变压器高压侧中性点接地网；3）二次设备和计算机系统的接地网。

（3）一点接地原则。当采用孤立七星桩接地网时，入地点应选择在中心极。

当构成小规模星群时，各分散在各处的小七星的应与接地效果最好的大七星的中心极采用星型连接。

4　七星桩接地网设计理念

七星桩接地网的设计理念就是以最快的速度将各种冲击电流吸收并扩散到地下。七星桩接地网不同于常规的等电位地网，因为目前所称的等电位地网理论上存在，在客观实现上是不可能实现的。因为任何导体都有内阻，只要导体的一端产生大接地电流，导体沿线必产生冲击电压。即便地网很大，边缘封闭，在边缘上必产生跨步电压，因为，平面式地网的边缘导体对冲击电流的扩散能力依然受到限制，不能与深井式接地极相比。只要大七星桩接地极深度足够、截面积足够，其消纳能力几乎是无限的。大七星接地极群地网几乎不存在跨步电压问题，因而比平面地网更安全。从设计标准上看，七星接地极群地网是一个高于现有接地标准的新设计，与目前标准并不矛盾。

具体到每个小七星桩接地极来说，只有所连本区的冲击电流不能消纳时，冲击电流才流向大七星接地极。小七星接地极相当于小蓄水池，大七星接地极相当于大蓄水池。

5　七星桩接地网优势

（1）深井接地极技术可将接地体上的电荷快速引向地下深处。深井、复合材料、填充剂等自主创新的材料和施工工艺，进一步增加了接地效果，最大程度地增加了接地极电荷扩散效应。

（2）七个接地极之间的等间距结构使接地极的使用空间密度最大，提高了土地利用率。

（3）将跨步电压减小到最低程度。七个接地极的深井立体扩散体，和地表浅层连接电缆的绝缘技术，将跨步电压减小到了最低程度，而且七星网的集约化，跨步电压对人身和设备的危害可忽略不计。

（4）每个接地极使用复合材料，延长了接地极寿命。

（5）系统结构简单，便于维护。传统地网一般是一次性施工，不可维护。七星接地网从结构来看，可用钻井工具快速施工，比平面式常规地网施工方便。更换维护时可逐个更换，不需停电。

（6）节约环保。与传统箅子式地网相比，七星桩接地网施工不需要破坏大面积土地，实现了“降低成本，节省投资”的目标。

6　结束语

该文七星桩接地形式设计不仅大大减小了接地电阻，大大减小了地网反击而造成的系统间的互相影响，消除了跨步电压对人身的伤害，增加了电网的安全稳定，使地网的安全和可靠性产生了质的飞跃。采用新材料能解决接地网不耐腐蚀更换麻烦的问题，新型接地体和七星桩接地形式的推广和应用将推动我国电网接地技术向更高的水平发展。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.149