220kV安徽惠黎变电站一次接地系统设计计算书XXXXXXX公司 / 文档可自由编辑打印1 概 述变电站的接地系统是维护电力系统安全可靠运行、保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施，其最重要的功能就是将故障电流安全地引入地下，限制地电位上升，控制地表电位梯度以限制跨步电位差和接触电位差在安全值内。在现有的设计方案中，安徽惠黎220kV变电站（以下简称惠黎站）接地系统拟采用镀铜材料。作为国家电网公司基建推广新技术，铜覆钢（电镀镀铜材料包含在该类产品中）材料目前开始积极应用于国内工程。本项目一次接地系统设计、分析及计算如下：2 惠黎站站址水文地质条件（岩勘报告无，相关资料缺乏）2.1 地质条件2.2 水文条件2.2.1 地下水腐蚀性评价一、地下水对混凝土结构的腐蚀性判定1、根据环境类型判别根据（GB50021-2001）(2009年版)规范附录G，工程场地的环境类型属于类，根据水中硫酸盐SO42-、镁盐Mg2+含量，按（GB50021-2001）表12.2.1判定。表中数值按干湿交替考虑，地下水对混凝土结构的腐蚀性判定结果列于表2.2-1中。表2.2-1 根据环境类型判定地下水对混凝土结构的腐蚀性腐蚀等级腐蚀介质GB50021-2001 规范指标试验指标值（mg/L）本项判定结果干湿交替按干湿交替考虑微硫酸盐含量SO42-（mg/L）300弱3001500中15003000强3000微镁盐含量Mg2+（mg/L）2000弱20003000中30004000强4000 2、根据地层渗透性判别拟建站址场地地下水为弱透水层中的地下水，根据地下水的pH值，按照（GB50021-2001）（2009年版）规范表12.2.2，判定地下水对混凝土结构的腐蚀性的结果列于表2.2-2中。表2.2-2 根据地层渗透性判定地下水对混凝土结构的腐蚀性腐蚀等级pH值试验指标值(pH值)判定结果GB50021-2001 规范值微5.0弱5.04.0中4.03.5强3.5二、地下水对混凝土结构中钢筋的腐蚀性判定根据水中氯盐Cl-含量，按（GB50021-2001）（2009年版）表12.2.4，判定地下水对混凝土结构中钢筋的腐蚀性，判别结果列于表2.2-3。表 2.2-3 根据水中Cl-含量判定地下水对混凝土结构中钢筋的腐蚀性腐蚀等级腐蚀介质（GB50021-2001）规范指标试验指标值（mg/L）本项判定结果干湿交替按干湿交替考虑微氯盐含量Cl-（mg/L）100弱100500中5005000强5000根据上述水质腐蚀性判定结果，拟建场地的地下水对混凝土结构具弱腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性。3 入地故障电流计算3.1 惠黎站规模惠黎站建设规模规划如下：3.2 入地故障电流及持续时间3.2.1 入地故障电流的计算入地故障电流是分析接地系统安全指标的基础。电力系统发生短路故障时，只有一部分短路电流经接地网流入大地，其余部分经变压器中性点、与地网相连的架空地线、电力电缆的屏蔽层流回系统。入地故障电流为： (3-1) 式中：Sf 分流系数，需要根据系统的结构计算得到；Cp考虑到系统将来的发展的规划系数，惠黎站的短路电流已给出，暂按常规取1；Df衰减系数，与故障时延有关；If接地故障对称电流，kA。下表提供了对于不同的故障时延和X/R比值的衰减系数典型值。表3-1 典型的衰减系数值故障时延tf(s)50Hz对应的周期衰减系数X/R =10X/R =20X/R =30X/R =400.050.100.200.300.400.500.751.002.551015202537.5501.26851.14791.07661.05171.03901.03131.02101.01581.41721.26851.14791.10101.07661.06181.04161.03131.49651.35551.21251.14791.11301.09131.06181.04671.54451.41721.26851.19191.14791.12011.08161.0618综合变电站实际情况，Df取1.2在大多数情况下已有足够裕度，因此取1.2。变电站内、外发生接地短路时，经接地网入地的电流可分别按下二式计算： （3-2） (3-3）式中：Imax发电厂和变电站内发生接地短路时的最大接地短路电流，kA；In 发电厂和变电站内发生接地短路时流经其设备中性点的电流，kA；Sf1、Sf2分别为厂站内、外发生接地短路时的分流系数。经计算，并结合国家电网公司十八项电网重大反事故措施第14.1.1.3条的要求：“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”，远景惠黎站站内最大入地故障电流按29.53kA考虑。3.2.2 入地故障电流的持续时间根据规范要求，变电站的继电保护装置配置有2套速动主保护、近接地后备保护、断路器失灵保护和自动重合闸时，t可按式（3-4）取值。 (3-4）式中：tm主保护动作时间，s； tf断路器失灵保护动作时间，s； to断路器开断时间，s。根据本站设备容量配置，综合考虑远期扩建需求，经计算，接地设计中故障电流持续时间按0.4s考虑。3.3热稳定校验按GB50065-2011交流电气装置的接地，未考虑腐蚀时，接地线的最小截面应符合下式要求： 式中：Sg接地线的最小截面，mm2；Ig流过接地线的短路电流稳定值， A；te短路的等效持续时间，s；c接地线材料的热稳定系数，钢取70，镀铜圆钢钢取128，铜取210。注：关于热稳定系数C的取值，技术说明如下：材料的C值取决于材料的导电率和最大允许温度。铜覆钢材料随着铜层的腐蚀导电率有所下降，材料的C值也相应减小，但随着系统规模及传输功率的增加，变电站短路电流水平却会增加。因此，结合近远期，确定合理的C值成为铜覆钢材料截面选择中的重要问题。1）IEEE规定的C值IEEE std80-2000列出了多种材料的热稳定系数值，其中镀铜钢材料（新国标GB50065-2011中定义为铜覆钢材料，以下统一为铜覆钢）的最大允许温度为1084，其热稳定系数参照值为135 mm2/(As1/2)；钢的最大允许温度1510，其热稳定系数参照值为123 mm2/(As1/2)。经计算，C值如下表所示：表3.3-1 IEEE规定的铜覆钢C值材料材料导电率（%）Tm（）( mm2/As1/2)铜镀钢绞线40108410.45189铜镀钢绞线30108412.06164铜镀圆钢20108414.64135镀锌钢8.641928.96682）国标要求的C值GB 50065-2011充分考虑到我国土壤类型的多样性和腐蚀成因的复杂性，为保证铜覆钢材料的适用性，采取设计冗余量前置的方式，通过降低导体最大允许温度，减小热稳定系数取值，为导体截面积计算留出安全有效的设计冗余量，并最终确定了700、800、900的分档对应要求，如表3.3-2所示。对照表3.3-1和表3.3-2可见：GB50065-2011规定的C值与IEEE相比已留有一定的裕度。表3.3-2 GB 50065-2011规定的铜覆钢C值最大允许温度导电率40%铜镀钢绞线导电率30%铜镀钢绞线导电率20%铜镀钢棒7001671441198001731501249001791551283） 设计取值综合考虑惠黎站土壤地质条件情况及地下水对金属导体的腐蚀情况，建议按照GB50065-2011的列表取值，即导电率20%铜镀圆钢的C值取128 。3.4土壤腐蚀性及镀铜层厚度要求3.4.1 按GB50065-2011交流电气装置的接地，接地装置的防腐蚀设计，应符合下列要求：（1）计及腐蚀影响后，接地装置的设计使用年限，应与地面工程的设计使用年限相当；（2）接地装置的防腐蚀设计，宜按当地的腐蚀数据进行；（3）在腐蚀严重地区，敷设在电缆沟中的接地线和敷设在屋内或地面上的接地线宜采用热镀锌，对埋入地下的接地体宜采取适合当地条件的防腐蚀措施。接地线与接地极或接地极之间的焊接点，应涂防腐材料。根据我国在20世纪5060年代提出“以钢代铜，以铝代铜”的技术原则，与其他地区相同，西北电网系统330kV变电站接地网同样采用镀锌扁钢，因运行日久，产生不同严重程度的锈蚀，随着电网规模快速扩大，短路电流不断升高，原有接地网逐渐不满足运行要求，特别是在雷电或变电站近区短路电流的冲击下，电位抬升对二次系统干扰严重，影响电网的安全可靠运行。 西北地区某站镀锌扁钢地网腐蚀图根据场站所处区域，综合考虑变电站不低于40年使用寿命因素，因此有必要考虑金属在土壤中的腐蚀问题。3.4.2镀铜层厚度的选择GB 50065-2011第4.3.6条规定：计及腐蚀影响后，接地装置的设计使用年限，应与地面工程的设计使用年限相当。本项目变电站接地装置的设计使用年限暂按40年考虑。因此，需根据防腐蚀要求，确定铜覆钢的铜层厚度。（1）相关标准及规定要求的镀铜层厚度GB 50065-2011第4.3.4条规定：铜层厚度不应小于0.25mm。（2）根据土壤条件确定的镀铜层厚度如6.1节所述，参考国内外研究成果，结合黄河站站址水文地质条件，铜层腐蚀率可取为0.002mm/a。按国标要求的最小镀铜层厚度0.25mm校验，即经过40年的全寿命使用期腐蚀，镀铜层厚度剩余量为：0.250.002*40 = 0.13mm，满足使用要求。3.5接地体截面选择接地导体应具有良好的防腐能力并能重复通过大的故障电流，接地系统的寿命应不小于地面主要设备的寿命。一般至少要求30年以上使用寿命，惠黎变电站接地系统的使用寿命按40年考虑。电气设备接地线的截面，应按接地短路电流进行热稳定校验。钢接地线的短时温度不应超过400，铜接地线不应超过450。根据热稳定条件，在没有考虑腐蚀时，接地装置接地导体的截面不宜小于连接至该接地装置的接地引下线截面的75%。 接地材料采用镀铜圆钢，其接地引下线的最小截面为：