CN105186147A - 一种集总式接地装置、电站接地系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种集总式接地装置、电站接地系统及施工方法，其中的电站接地系统包括位于电站基础之上的避雷设施和主地网，主地网位于底面之下，其位于主地网之下的集总式接地装置，所述集总式接地装置包括至少一个环形金属体，且在所述环形金属体上引出一个导体以及至少一个竖向设置的接地引上线，导体至少为15米且另一端连接主地网，接地引上线与所述避雷设施连接。较常规的分散式集中接地装置，该“集总式接地装置”的设置，雷击避雷针、线后，从避雷针、线进入地网的雷电波有更长的流动距离才能达到主地网，长距离的流动过程会产生足够的衰减，大大降低了“反击过电压”对电气设备的威胁，提高设备运行的可靠性。

Description

一种集总式接地装置、电站接地系统及施工方法

技术领域

该发明涉及可应用于半户内变电站建筑物或敞开式变电站架构的雷电保护接地保护技术领域。

背景技术

国标GB50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》对变电站雷电保护接地的要求如下：

1.配电装置构架上避雷针(含悬挂避雷线的架构)的接地引下线应与接地网连接，并应在连接处加装集中接地装置。引下线与接地网的连接点至变压器(配电装置)接地导体(线)与接地网连接点之间沿接地极的长度，不应小于15m；

2.主厂房装设直击雷保护装置或为保护其他设备而在主厂房上装设避雷针时，应采取加强分流、设备的接地点远离避雷针接地引下线的入地点、避雷针接地引下线远离电气装置等防止反击的措施。避雷针的接地引下线应与主地网连接，并应在连接处加装集中接地装置；

3.主控制室、配电装置室和35kV及以下变电站的屋顶上装设直击雷保护装置，且为金属屋顶或屋顶上有金属结构时，则应将金属部分接地；屋顶为钢筋混凝土结构时，则应将其焊接成网接地；结构为非导电的屋顶时，则应采用避雷带保护，该避雷带的网格应为8m～10m，并应每隔10m～20m设接地引下线。该接地引下线应与主地网连接，并应在连接处加装集中接地装置；

4.当接地装置由较多水平接地极或垂直接地极组成时，垂直接地极的间距不应小于其长度的2倍，目前常用的垂直接地极长度为2.5m，故垂直接地极间距不应小于5m；

5.发电厂和变电站避雷器的接地导体(线)应与接地网连接，且应在连接处设置集中接地装置，如图1所示：

随着变电站小型化的发展，半户内变电站逐渐增多，针对以上要求，目前对配电装置楼多采用避雷带保护，钢结构建筑物采用钢支柱作为直击雷保护，户外区域采用架构避雷针或独立避雷针。各直击雷保护装置均单独装设集中接地装置，且需满足规程中对长度距离的要求。上述的结果是，这就导致站内集中接地装置较多，且各自独立，材料用量较多，且对面积较小的变电站，由于场地的限制，引下线与接地网的连接点至变压器接地网连接点之间沿接地极的长度不小于15米不宜满足。

发明内容

本发明主要针对屋顶避雷带、架构避雷针的引下问题进行优化，用于雷电波入地的，提出集总式接地装置，代替每个引下线加装传统集中接地装置，将传统的分散式的接地模式改成集总式的接地模式，并解决在集总式接地装置实施过程中产生的一些实际问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种集总式接地装置，包括至少一个环形金属体，且在所述环形金属体上引出至少一个竖向设置的接地引上线，并在环形金属体的上延伸出一连接导体。

进一步地，所述环形金属体的内部设有与环形金属体进行连接的第二环形金属体。

一种电站接地系统，包括位于电站基础之上的避雷设施和主地网，所述主地网位于底面之下，其特征在于，还包括一个位于主地网之下的集总式接地装置，所述集总式接地装置包括至少一个环形金属体，且在所述环形金属体上引出一个导体以及至少一个竖向设置的接地引上线，所述导体至少为15米且另一端连接主地网，所述接地引上线与所述避雷设施连接。

进一步地，所述集总式装置与主地网皆水平设置。

进一步地，所述集总式装置与主地网之间的间距为1.7米。

进一步地，所述环形金属体的内部设有第二环形金属体。

进一步地，所述导体为有且仅有一点连接集总式接地装置和主地网之间的导体。

一种电站接地系统的施工方法，其特征在于，依次进行如下步骤：

步骤一，基础建设中将集总式接地装置、主接地网、导体、垂直接地体安放到位并将集总式接地装置与主接地网使用导体连接，接地引上线下端与集总式接地装置连接，上端延伸并露出在地面之上，浇筑并待基础牢靠后进行设备安装和避雷设施安装；

步骤二，将避雷设施通过导线连接到接地引上线上，保证连接牢靠。

本发明的有益效果是：提出了一种新型的用于雷电波入地的集总式接地装置，且集总式接地装置可以高效起到雷电流扩散作用，并降低传统设计难度并节省装置用料。

1.较常规的分散式集中接地装置，该“集总式接地装置”的设置，雷击避雷针、线后，从避雷针、线进入地网的雷电波有更长的流动距离才能达到主地网，长距离的流动过程会产生足够的衰减，大大降低了“反击过电压”对电气设备的威胁，提高设备运行的可靠性。

2.较常规的分散式集中接地装置，集总式接地装置可简化设计方案，大量减少垂直接地极数量，并结合建、构筑物基础开挖深度，将集总式接地装置布置于建、构筑物基础下，一般不超过2.5m，降低施工难度，在一定程度上降低接地材料及施工人工的费用，更加节能环保。

附图说明

图1为传统的变电站接地系统。

图2为雷电冲击对主接地网的影响(虚线部分)。

图3为简易的垂直式接地装置。

图4为本发明中的变电站接地系统的俯视图。

图5为本发明中的变电站接地系统的立体图。

图6为本发明中的变电站接地系统的示意图。

图7为图5对应的进一步完整视图。

图8为本发明在MALZ模块中分析产生的地电位升高分布图。

图9为本发明在MALZ模块中分析产生的接触电压分布图。

图10为本发明在MALZ模块中分析产生的跨步电压电压分布图。

图中：1集总式接地装置，11接地引上线，12环形金属体，2主地网，3导体。

具体实施方式

1.传统变电站内防直击雷装置的引下处理

针对国标对该部分的要求(见背景技术部分)变电站内：配电装置(电气设备)架构上有避雷针、避雷线的，一般独立引出接地装置；配电装置楼顶设避雷带、避雷针的，屋顶为金属构件的，一般独立引出一套接地装置；配电装置区设置避雷器的部位，一般独立引出接地装置。理论上，各个接地装置可接入主接地网，考虑雷电冲击作用下对接地网和周围设备的影响情况，可见图2，这种结构存在的问题是：当雷电波流经避雷设施引入地网时，会引起局部的瞬时过电压，如不能及时散流，可能会对附近电气设备造成损害(在发电厂和变电所中,如果雷击到避雷针上,雷电流通过构架接地引下线流散到地中,由于构架电感和接地电阻的存在,在构架上会产生很高的对地电位,高电位对附近的电气设备或带电的导线会产生很大的电位差。如果两者间距离小,就会导致避雷针构架对其它设备或导线放电,引起反击闪络而造成事故)，因此，以上区域需增设集中接地装置。

为了解决上述问题，实际工程中常采用的有以下几种方案：

1.1设置较密的集中接地装置

如图1中所示，变电站内配电装置楼各避雷带、避雷线引下线均单独设置集中接地装置，集中接地装置一般由3-5根垂直接地极连接成环状或其他形状。并应保证垂直接地极的间距不应小于其长度的2倍。该布置方式严格执行国标相关规定，可有效加强对雷电流的散流作用。

由图可见，该布置方案采用集中接地装置数量较多，间隔较密，设计中需注意间距要求，且部分引下线与接地网连接点至变压器接地与接地网连接点之间距离较近，考虑雷电波的衰减，该距离应不小于15m，必要时需在引下线与接地网连接处做相应处理。

在建筑物边缘布设集中接地装置，涉及布设深度受到建筑物基础埋深的影响，易增大施工难度，增加工程投资。

1.2设置常规垂直接地体替代

目前大量工程采用图3方式，在变电站内配电装置楼各避雷带、避雷线引下线均与主地网连接，连接交汇处设置一根垂直接地极，该方案简单易实现，但并未严格按照规程要求设置集中接地装置，对雷电流的散流相当不利，一旦发生雷击，电流回传到电气设备，极有可能损坏电气设备。因此，不应该用该种设计方案。

2.集总式接地装置的提出

针对现有缺陷，考虑传统变电站内防直击雷装置的引下处理的各种困难，以及出现的接地装置彼此之间干扰的问题，提出变电站集总式接地装置方案，具体设置方案如图4：开发的是一种具有双层结构的防雷网。

基于上述的描述，本发明的具体结构如下：

在图2至图10中，将电站内所有防直击雷保护装置的引下线均连接在“集总式接地装置”，该集总式接地装置1与主地网2之间通过导体3相连，其中，集总式接地装置包括环形金属体12和第二环形金属体，根据地面建筑物、主变压器的布局进行合理布局，结合建筑物及主变基础开挖深度，将该接地装置铺设于地基基础下层，结合工程实际，一般情况下该接地装置的深度约为2.5m左右，其中集总式接地装置与主地网之间的垂直距离H在1.5米以上，且主地网与地面的垂直距离在0.8米左右，两者之间形成三维空间的布局样式，如图5、7，接地引上线11根据需要可以电站内的任何一个需要避雷连接的电气设备架构上有避雷针、避雷线、配电装置楼顶设避雷带、避雷针以及配电装置区的避雷器进行直接连接，并每隔一定距离设置一根垂直接地体，增强该接地装置的散流功能。只需要此一个集总式接地装置即可，用于替代分散式的接地装置。

本实施例中，作为一种最佳的方式，在综合考虑电气距离、电站区域、地网铺设深度等情况下，集总式接地装置1与主地网2的垂直距离设计为1.7米，连接与集总式接地装置与主地网之间的导体3的长度不小于15米，导体的设置方向可根据实际情况选用远离避雷设施方向与主地网连接，满足狭小空间内的集总式接地装置与主地网的连接问题，降低施工难度。

3.以上面参数的接地模式为例，对集总式接地装置性能分析

3.1对主地网的影响

CDEGS软件MALZ模块为频域接地分析模块。MALZ模块用来分析和设计发电厂、变电站和输电线路杆塔的接地装置，并进行阴极保护的研究，但主要是计算和分析高频条件下的接地情况。MALZ可采用水平、垂直分层或任意土壤结构，通过该软件可以对本发明的良好的性能进行说明，根据该方案通过CDEGS软件MALZ模块计算，地电位、接触电压、跨步电压分布如图8至图10所示。

其中，图8为地电位升高图，图中个坐标的含义如下：

X坐标：距离y坐标：距离原点的距离z坐标：地电位升幅值。

其中，图9为接触电压图，图中个坐标的含义如下：

X坐标：距离y坐标：距离原点的距离z坐标：最恶劣情况下的接触电压幅值。

其中图10为跨步电压图，图中个坐标的含义如下：

X坐标：距离y坐标：距离原点的距离z坐标：最恶劣情况下的跨步电压幅值。

通过上述的图标可以得出以下结论：

接地系统电气性能参数表

	接地电阻(Ω)	接触电压(V)	跨步电压(V)
				常规方案	0.354	199.24	126.7
本发明提供的接地装置	0.347	151.7	72.7

本发明中的“集总式接地装置”，将接触电压从199.24V降低至151.7V，接地系统各电气性能参数均有一定优化。

3.2对雷电流的散流能力

相对于常规的分散式集中接地装置，该“集总式接地装置”的设置，雷击避雷设施后，从避雷设施进入地网的雷电波需要先经过集总式接地装置和导线后才能达到主地网，在这一过程中电流有更长的流动距离才能达到主地网，长距离的流动过程会产生足够的衰减，大大降低了反击过电压对电气设备的威胁，提高设备运行的可靠性。

构建方法如下，首先在地基基建阶段将集总式接地装置、主接地网、导线、垂直接地体安放到位，待基础牢靠后进行设备安装和避雷设施安装，最后将避雷设施通过导线连接到接地引上线上即可。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种集总式接地装置，包括至少一个环形金属体(12)，且在所述环形金属体上引出至少一个竖向设置的接地引上线(11)，并在环形金属体的上延伸出一倾斜设置的导体。

2.根据权利要求1所述的一种集总式接地装置，其特征在于，所述环形金属体的内部设有与环形金属体进行连接的第二环形金属体。

3.一种电站接地系统，包括位于电站基础之上的避雷设施和主地网(2)，所述主地网位于地面之下，其特征在于，还包括一个位于主地网之下的集总式接地装置(1)，所述集总式接地装置包括至少一个环形金属体(12)，且在所述环形金属体上引出一个导体(3)以及至少一个竖向设置的接地引上线(11)，所述导体至少为15米且另一端连接主地网(2)，所述接地引上线与所述避雷设施连接。

4.根据权利要求3所述的一种电站接地系统，其特征在于，所述集总式装置与主地网皆水平设置。

5.根据权利要求4所述的一种电站接地系统，其特征在于，所述集总式装置(1)与主地网(2)之间的间距为1.7米。

6.根据权利要求3所述的一种电站接地系统，其特征在于，所述环形金属体的内部设有第二环形金属体。

7.根据权利要求3所述的一种电站接地系统，其特征在于，所述导体(3)为有且仅有一点连接集总式接地装置和主地网之间的导体。

8.权利要求3所述的一种电站接地系统的施工方法，其特征在于，依次进行如下步骤：

步骤一，基础建设中将集总式接地装置、主接地网、导体、垂直接地体安放到位并将集总式接地装置与主接地网使用导体连接，接地引上线下端与集总式接地装置连接，上端延伸并露出在地面之上，浇筑并待基础牢靠后进行设备安装和避雷设施安装；

步骤二，将避雷设施通过导线连接到接地引上线上，保证连接牢靠。