一种交流变电场地中的接地系统的制作方法

1.本技术涉及电力技术领域，尤其涉及一种交流变电场地中的接地系统。


背景技术：

2.在交流变电场地中，接地系统用于将电力设备可靠接地并在地面以下连接成网状，保护人身和电力设备的安全。
3.但是，目前的交流变电场地中的接地系统在电力设备发生故障时，会出现局部地区的地电位升高值超过允许值的情况，以及局部地区的接触电压、跨步电压值超过允许值的情况，影响电力设备和接地系统的运行以及人身安全。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种交流变电场地中的接地系统，能够提升交流变电场地中接地系统的安全性。
5.第一方面，提供了一种交流变电场地中的接地系统，包括第一水平接地网、第二水平接地网、多个第一垂直接地极和多个第二垂直接地极；
6.第一水平接地网包括多个第一水平接地极，多个第一水平接地极构成与地面平行的多个第一网格；
7.第二水平接地网包括多个第二水平接地极，多个第二水平接地极构成与地面平行的多个第二网格，第二水平接地网位于故障电流入地点周围的第一区域背离地面的一侧，第一水平接地网位于的第二区域包括第一区域；
8.多个第一垂直接地极用于连接第一水平接地网位于第一区域的部分和第二水平接地网，以及连接第一水平接地网位于第二区域中除第一区域以外的区域的部分与土壤；
9.多个第二垂直接地极用于连接第二水平接地网与土壤。
10.在一种可行的设计中，第一水平接地网顶角位置的第一网格的外边界设置为圆弧。
11.在一种可行的设计中，第一水平接地网顶角位置靠近地面的一侧设有沥青混凝土层，沥青混凝土层在第一水平接地网上的投影区域，包含第一水平接地网顶角位置的第一网格位于的区域。
12.在一种可行的设计中，第一水平接地网在第一区域中第一网格的第一面积，小于第一水平接地网在第二区域除第一区域以外的区域中第一网格的第二面积。
13.在一种可行的设计中，第二网格的面积设置为第一面积。
14.在一种可行的设计中，第二面积是第一面积的4倍。
15.在一种可行的设计中，第一水平接地网与第二水平接地网之间的距离，与第一区域中第一网格的边长相等。
16.在一种可行的设计中，第一网格设置为正方形，圆弧对应的角度为90度。
17.在一种可行的设计中，第一垂直接地极的一端连接第一网格的顶点，第一垂直接
地极的另一端连接第二网格的顶点或敷设在大地中。
18.在一种可行的设计中，第二垂直接地极的一端连接第二网格的顶点，第二垂直接地极的另一端敷设在大地中。
19.交流变电场地的电力设备发生接地故障时，距离故障电流入地点预设距离的远方的地电位一般认为是0，所以故障电流入地点附近的地电位分布，是从入地点到远方按从高到低逐渐降低为0分布的。由于交流变电场地的电力设备的电压很高，故障电流入地点周围的地电位升高值会超过允许值，严重影响电力设备和接地系统的运行以及人身安全。
20.根据《gb/t50065-2011》中的说明，具有网格结构的接地网的电阻值如以下公式(1)所示：
[0021][0022]
其中，s为接地网的面积，ρ为土壤电阻率，r为电阻值。
[0023]
本技术实施例，通过在第一水平接地网110的故障电流入地点周围的第一区域背离地面的一侧设置第二水平接地网120，并通过第一垂直接地极130连接第一水平接地网位于第一区域的部分与第二水平接地网120，使得增加了故障电流入地点周围的接地网面积，增加的区域为第二水平接地网120的区域。根据公式(1)，当故障电流入地点周围的接地网面积增大时，r减小。
[0024]
又根据《gb/t50065-2011》中的说明，地电位升高值如以下公式(2)所示：
[0025]
v＝igr公式(2)
[0026]
其中，v为地电位升高值，ig经接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值，r为电阻值。
[0027]
因此，r减小那么故障电流入地点对应的地电位升高值v减小，降低了由于地电位升高值过高而使人身和电力设备面临危险的可能性，提升了接地系统的安全性。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]
图1是本技术一示例性实施例提供的一例交流变电场地中的接地系统示意图；
[0030]
图2是本技术一示例性实施例提供的一例交流变电场地示意图；
[0031]
图3是本技术一示例性实施例提供的一例接地系统的正视图的示意图；
[0032]
图4是本技术一示例性实施例提供的一例第一水平接地网的示意图；
[0033]
图5是本技术一示例性实施例提供的再一例接地系统示意图；
[0034]
图6是本技术一示例性实施例提供的一例接地系统的立体图的示意图。
[0035]
附图标记说明：
[0036]
110-第一水平接地网、120-第二水平接地网、130-第一垂直接地极、140-第二垂直接地极、150-沥青混凝土层、210-主变压器区域、220-第一电压等级区域、230-第二电压等级区域；240-第一构架、250-第二构架；
[0037]
111-第一水平接地极、112-第一网格、121-第二水平接地极、122-第二网格。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0039]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0040]
图1是本技术一示例性实施例提供的一例交流变电场地中的接地系统示意图，如图1所示，该接地系统包括第一水平接地网110、第二水平接地网120、多个第一垂直接地极130和多个第二垂直接地极140；
[0041]
第一水平接地网110包括多个第一水平接地极111，多个第一水平接地极111构成与地面平行的多个第一网格112；
[0042]
第二水平接地网120包括多个第二水平接地极121，多个第二水平接地极121构成与地面平行的多个第二网格122，第二水平接地网120位于故障电流入地点周围的第一区域背离地面的一侧，第一水平接地网110位于的第二区域包括第一区域；
[0043]
多个第一垂直接地极130用于连接第一水平接地网110位于第一区域的部分和第二水平接地网120，以及连接第一水平接地网110位于第二区域中除第一区域以外的区域的部分与土壤，以使故障电流导入大地；
[0044]
多个第二垂直接地极140用于连接第二水平接地网120与土壤，以使故障电流导入大地。
[0045]
其中，与地面平行的第一网格112也可理解为，第一网格112所在平面与地面平行。同理，与地面平行的第二网格122也可理解为，第二网格122所在平面与地面平行。
[0046]
其中，故障电流入地点指的是接地系统的外部线路的故障电流流入第一水平接地网的位置。故障电流入地点周围的第一区域的大小根据实际需要设置即可，本技术对此不作限定。另外，故障电流入地点的数量可以有多个，根据该多个故障电流入地点确定第一区域。
[0047]
其中，第一水平接地极111、第二水平接地极121、第一垂直接地极130和第二垂直接地极140的材料为导电材料。
[0048]
图2是本技术一示例性实施例提供的一例交流变电场地示意图，如图2所示，交流变电场地设置为长方形，边长为300m
×
200m。场地包括主变压器区域210、第一电压等级区域220、第二电压等级区域230和其他区域。主变压器区域210用于放置主变压器。第一电压等级区域用于放置对应电压等级的配电装置和第一构架240。第二电压等级区域用于放置
对应电压等级的配电装置和第二构架250；其他区域放置无功补偿设备、低压开关设备、控制保护设备、辅助用房等。
[0049]
本技术实施例中的接地系统可敷设于图2所示的交流变电场地的下方土壤中。如图2所示，当场地外的设备发生故障时，故障电流可能通过场地内的构架流入接地系统，交流变电场地内的设备发生故障时，故障电流可能通过场地内构架或配电装置的接地点流入接地系统中。因此，构架和配电装置的接地点与接地系统的接触位置即故障电流入地点。
[0050]
图3是本技术一示例性实施例提供的一例接地系统的正视图的示意图，如图3所示，第二水平接地网120位于第一水平接地网110背离地面的一侧，第一水平接地网110位于第一区域的部分与第二水平接地网120通过导体进行连接。为了更加清楚，图3中省略了第一水平接地网110和第二水平接地网120的网格结构。另外，可以看出，背离地面的方向垂直于地面。
[0051]
交流变电场地的电力设备发生接地故障时，距离故障电流入地点预设距离的远方的地电位一般认为是0，所以故障电流入地点附近的地电位分布，是从入地点到远方按从高到低逐渐降低为0分布的。由于交流变电场地的电力设备的电压很高，故障电流入地点周围的地电位升高值会超过允许值，严重影响电力设备和接地系统的运行以及人身安全。
[0052]
根据《gb/t 50065-2011》中的说明，具有网格结构的接地网的电阻值如以下公式(1)所示：
[0053][0054]
其中，s为接地网的面积，ρ为土壤电阻率，r为电阻值。
[0055]
本技术实施例，通过在第一水平接地网110的故障电流入地点周围的第一区域背离地面的一侧设置第二水平接地网120，并通过第一垂直接地极130连接第一水平接地网位于第一区域的部分与第二水平接地网120，使得增加了故障电流入地点周围的接地网面积，增加的区域为第二水平接地网120的区域。根据公式(1)，当故障电流入地点周围的接地网面积增大时，r减小。
[0056]
又根据《gb/t 50065-2011》中的说明，地电位升高值如以下公式(2)所示：
[0057]
v＝igr公式(2)
[0058]
其中，v为地电位升高值，ig经接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值，r为电阻值。
[0059]
因此，r减小那么故障电流入地点对应的地电位升高值v减小，降低了由于地电位升高值过高而使人身和电力设备面临危险的可能性，提升了接地系统的安全性。
[0060]
示例性地，第一水平接地网110与第二水平接地网120之间的间隔距离可根据需要设置。
[0061]
在一种可行的设计中，第一垂直接地极130的一端连接第一网格112的顶点，第一垂直接地极130的另一端连接第二网格122的顶点或敷设在大地中。
[0062]
如图3所示，位于第一区域一侧的第一垂直接地极130的一端连接第一网格112的顶点(或称为交叉点)，另一端连接第二网格122的顶点(或称为交叉点)。位于第二区域中除第一区域以外部分的一侧的第一垂直接地极130的一端连接第一网格112的顶点，另一端插入土壤，实现接地。
[0063]
在一种可行的设计中，第二垂直接地极140的一端连接第二网格122的顶点，第二垂直接地极140的另一端敷设在大地中。
[0064]
上述示例中，通过多个第二垂直接地极140实现了第二水平接地网120的接地。
[0065]
在一种可行的设计中，第一垂直接地极130和/或第二垂直接地极140垂直地面设置。
[0066]
当第一水平接地网110与第二水平接地网120之间的间隔距离设置好后，第一垂直接地极130和/或第二垂直接地极140垂直地面设置，相比于倾斜于地面设置，能够节省导体的材料。
[0067]
在一种可行的设计中，第一水平接地网110顶角位置的第一网格112的外边界设置为圆弧。
[0068]
示例性地，如图4所示，第一水平接地网110的四个顶角位置的第一网格112的外边界均设置为圆弧。
[0069]
在一种可行的设计中，第一网格112设置为正方形，圆弧对应的角度为90度，即圆弧对应的半径为第一网格112的边长。
[0070]
目前的交流变电场地，基本都是以长方形为主，导致敷设于交流变电场地下方土壤中的接地网的边缘多以直线形为主，且两个边缘之间形成直角，使得电场在边缘处产生畸变，进一步造成了接地网的边缘处的接触电压和跨步电压较高。目前的接地网在交流变电场地的全站范围内的布置形式均相同，所以接地网对于接触电压和跨步电压的允许值在各个位置都相同。但是由于电场在边缘处产生畸变，使得接地网边缘处的接触电压和跨步电压超出允许值，威胁了工作人员的安全。
[0071]
本技术上述实施例中，通过将第一水平接地网110顶角位置的第一网格112的外边界设置为圆弧，使得第一水平接地网110的相邻的两个边缘之间能够平滑地连接，并且由于顶角位置的外边界设置为圆弧，使得第一水平接地网110在边缘顶角过渡布置更为平滑，能够降低电场在边缘处产生的畸变，从而降低第一水平接地网110的边缘处的接触电压和跨步电压，使得能够小于第一水平接地网110对于接触电压和跨步电压的允许值，提升接地系统的安全性。
[0072]
在一种可行的设计中，如图5所示，第一水平接地网110顶角位置靠近地面的一侧设有沥青混凝土层150，沥青混凝土层150在第一水平接地网110上的投影区域，包含第一水平接地网110顶角位置的第一网格112位于的区域。
[0073]
示例性地，沥青混凝土层150的厚度的范围为10cm～35cm，例如可以是20cm。
[0074]
根据《gb/t 50065-2011》中的说明，接触电压的允许值如以下公式(3)所示：
[0075][0076]
其中，u
t1
为接触电压的允许值，ρs为表层土壤电阻率，cs为表层土壤衰减系数，ts为接地故障电流持续时间。
[0077]
跨步电压允许值如以下公式(4)所示：
[0078]
[0079]ut2
为跨步电压的允许值，ρs为表层土壤电阻率，cs为表层土壤衰减系数，ts为接地故障电流持续时间。
[0080]
一般土壤的电阻率通常为几十至数百ω
·
m，而沥青混凝土层的电阻率通常为数千ω
·
m，结合公式(3)和公式(4)可知，本技术上述实施例中通过在第一水平接地网110顶角位置上方设置沥青混凝土层，能够提高ρs，从而能够提高第一水平接地网110边缘处的接触电压、跨步电压的允许值。
[0081]
需要说明的是，本技术对沥青混凝土层150的面积不作限定，只要能够覆盖第一水平接地网110顶角位置的第一网格112即可。例如图5所示，沥青混凝土层150能够覆盖四个第一网格112。需要注意的是，若第一水平接地网110顶角位置的第一网格112的外边界被设置为圆弧，为了表述简洁，本技术将顶角位置的扇形区域称为第一网格112。
[0082]
示例性地，沥青混凝土层150设置为正方形，边长为第一网格112的边长的2倍。
[0083]
在一种可行的设计中，第一水平接地网110在第一区域中第一网格112的第一面积，小于第一水平接地网110在第二区域除第一区域以外的区域中第一网格112的第二面积。
[0084]
上述示例中，在故障电流接入点位于的第一区域中，通过增加第一网格112的密度，能够平均该容易发生故障的第一区域的局部电压，进一步增强第一水平接地网110的安全性。
[0085]
在一种可行的设计中，第二面积是第一面积的4倍。
[0086]
示例性地，第一区域中第一网格112设置为边长为10米(m)的正方形，即构成第一区域中第一网格112的第一水平接地极的长度为10m。第二区域中除第一区域以外的其他区域的第一网格112设置为边长为20m的正方形，即构成该其他区域的第一网格112的第一水平接地极的长度为20m。
[0087]
在一种可行的设计中，第二网格122的面积设置为第一面积。
[0088]
示例性地，如图6所示，第二网格122的形状和边长与第一区域中第一网格112相同。即第二水平接地极的长度与第一区域中的第一水平接地极的长度相同。
[0089]
例如，构成第一区域中第一网格112的第一水平接地极的长度为10m，第二水平接地极的长度为10m。
[0090]
在一种可行的设计中，第一水平接地网110与第二水平接地网120之间的距离，与第一区域中第一网格112的边长相等。
[0091]
如图6所示，第一水平接地网110与第二水平接地网120之间的距离为10m，即第一区域下的第一垂直接地极的长度为10m。其他区域下的第一垂直接地极的长度为2.5m。第二垂直接地极的长度为2.5m。可以看出，第一水平接地网110与第二水平接地网120经过第一垂直接地极连接后，形成立体网格。
[0092]
以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
[0093]
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤
的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0094]
本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
[0095]
还需要指出的是，在本技术的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
[0096]
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
[0097]
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

技术特征：
1.一种交流变电场地中的接地系统，其特征在于，包括第一水平接地网、第二水平接地网、多个第一垂直接地极和多个第二垂直接地极；所述第一水平接地网包括多个第一水平接地极，所述多个第一水平接地极构成与地面平行的多个第一网格；所述第二水平接地网包括多个第二水平接地极，所述多个第二水平接地极构成与地面平行的多个第二网格，所述第二水平接地网位于故障电流入地点周围的第一区域背离地面的一侧，所述第一水平接地网位于的第二区域包括所述第一区域；多个所述第一垂直接地极用于连接所述第一水平接地网位于所述第一区域的部分和所述第二水平接地网，以及连接所述第一水平接地网位于所述第二区域中除所述第一区域以外的区域的部分与土壤；多个所述第二垂直接地极用于连接所述第二水平接地网与土壤。2.根据权利要求1所述的接地系统，其特征在于，所述第一水平接地网顶角位置的所述第一网格的外边界设置为圆弧。3.根据权利要求2所述的接地系统，其特征在于，所述第一水平接地网顶角位置靠近地面的一侧设有沥青混凝土层，所述沥青混凝土层在所述第一水平接地网上的投影区域，包含所述第一水平接地网顶角位置的所述第一网格位于的区域。4.根据权利要求1-3中任一项所述的接地系统，其特征在于，所述第一水平接地网在所述第一区域中所述第一网格的第一面积，小于所述第一水平接地网在所述第二区域除所述第一区域以外的区域中所述第一网格的第二面积。5.根据权利要求4所述的接地系统，其特征在于，所述第二网格的面积设置为所述第一面积。6.根据权利要求4所述的接地系统，其特征在于，所述第二面积是所述第一面积的4倍。7.根据权利要求4所述的接地系统，其特征在于，所述第一水平接地网与所述第二水平接地网之间的距离，与所述第一区域中所述第一网格的边长相等。8.根据权利要求2所述的接地系统，其特征在于，所述第一网格设置为正方形，所述圆弧对应的角度为90度。9.根据权利要求1-3中任一项所述的接地系统，其特征在于，所述第一垂直接地极的一端连接所述第一网格的顶点，所述第一垂直接地极的另一端连接所述第二网格的顶点或敷设在大地中。10.根据权利要求1-3中任一项所述的接地系统，其特征在于，所述第二垂直接地极的一端连接所述第二网格的顶点，所述第二垂直接地极的另一端敷设在大地中。

技术总结
本申请提供了一种交流变电场地中的接地系统，能够提升接地系统的安全性。系统包括第一水平接地网、第二水平接地网、多个第一垂直接地极和多个第二垂直接地极；第一水平接地网包括多个第一水平接地极，多个第一水平接地极构成与地面平行的多个第一网格；第二水平接地网包括多个第二水平接地极，多个第二水平接地极构成与地面平行的多个第二网格，第二水平接地网位于故障电流入地点周围的第一区域背离地面的一侧，第一水平接地网位于的第二区域包括第一区域；多个第一垂直接地极用于连接第一水平接地网位于第一区域的部分和第二水平接地网，以及连接第二区域中除第一区域以外的区域的部分与土壤；多个第二垂直接地极用于连接第二水平接地网与土壤。第二水平接地网与土壤。第二水平接地网与土壤。


技术研发人员：张剑刚 李博宇 宋智翔 童亦崴 张芸 康乐 陈磊 毕宇飞 李刚 郝雨蒙 侯佳乐 李敏 邹瑄 杨卓 钟越
受保护的技术使用者：李刚
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/7/21