110千伏變電站接地設計探討

宋春艷

(杭州電業局，浙江杭州310009)

摘要：根據城市變電站接地網設計的特點，分析了如何確定接地電阻的目標值，結合實際工程經驗，提出了降低接地電阻的方法，并對接地網材料、土壤電阻測量精度等問題提出了建議。關鍵詞：城市變電站接地網設計

0引言在城市變電站接地網的設計中，明顯的特點和難點如下：(1)由于城市規劃的節地，變電站占地面積越來越小。室內變電站3臺主變壓器，30條出線，一般面積需要2000~2500m2左右；(2)變電站附近沒有可用的空地，接地網無法引出。一般只能在圍欄的這一部分采取措施；(3)變電站綜合樓下敷設1/2 ~ 1/3接地網，投產后難以再進行開挖和改造。針對城市室內變電站的上述特點，本文將總結一些城市變電站接地網設計的經驗，供大家參考。1接地電阻在接地網設計中，應先計算流經接地裝置的接地短路電流I值，然后取下面兩個公式中較大的I值。接地短路時：Imax——接地短路點的較大接地短路電流；in——流經變電站接地中性點的較大接地短路電流；Ke1、Ke2——變電站內外發生短路時避雷針的分流系數。在計算分流系數之前，應分析每個變電站的實際情況。對于架空線路的接地線，要知道是否有絕緣裝置和避雷針的類型；對于電纜線路，要知道是否有保護器和回流電纜。對于保護器，考慮采用不帶絕緣裝置的接地線進行分流。流經接地網的接地短路電流應按系統較大運行方式計算，并考慮5 ~ 10年的發展。同時，由于零序保護的要求，需要經常斷開一些干式變壓器的接地中性點，從而減少接地短路電流。此外，當接地網內部或外部發生接地短路時，分流系數變化很大。在高電阻率地區，如果沒有計算分流系數的數據，可以根據內外的試驗數據和計算結果，取Kf1=0.5(接地網短路)；Kf2=0.1(接地網外短路)。由于系統短路容量越來越大，土壤電阻率高，接地面積小等因素，工程設計中經常遇到按簡單公式或Schwarz公式計算值難以滿足，但遠小于5 的情況。為了獲得更好的技術經濟指標，一般采用以下思路解決問題：(1)計算分流系數，確定短路電流I入地，計算。(2)設計水平接地網，用簡單公式或施瓦茨公式計算本工程可能的接地電阻值。(3)采用有效降低接地電阻的方法，使接地電阻滿足。(4)當需要不合理的投入才能達到目標值時，不必堅持達到目標值，可以任意提高接地電位。相反，應該采取合理的措施來有效地降低阻力。然后，主要考慮采取均衡措施，檢查接觸電位和跨步電壓，檢查3 ~ 10 kV閥式避雷器不應動作，采取各種保護和隔離措施。2等距離水平接地網的設計接地網通常由埋深為0.6 ~ 0.8m的水平接地體復合接地網組成，并輔以適當距離的角鋼垂直接地體(長2.5m)。接地網中的較大接觸電勢出現在角網上，因此用角網電勢設計均衡網絡是相當安全的。水平接地網設計為不等均壓網，即均壓帶靠近外緣，中心稀疏。均壓網絡的面積是決定接地電阻的主要因素。網孔電位是指接地網柵孔中心地面上的一點與接地網之間的電位差。由于大部分接地網的接觸電位小于角網的接觸電位，如果在角網區域適當加強電壓均衡，則應增加接地帶，或采取安全措施，如鋪設接地網 #p#分頁標題#e#

當均壓帶總數(縱向和橫向之和，包括周圍面積)小于17時，長孔的接觸電位小于方孔，應采用長孔接地網；當均壓帶總數大于等于18條時，長孔的接觸電位大于方孔，應采用方孔接地網。較大階躍電壓出現在接地網外側的直角處，距接地網的距離在(h-0.4)和(h 0.4)之間(h為接地網埋深)。當柵欄是磚石結構時，較好在與接地網埋深相等的距離處筑起柵欄，使較大跨步電壓出現的地方正好被柵欄位置占據。接地網的四個角做成R=D/2的弧形，可以顯著降低接地網外直角處的跨步電壓。在變電站進出口處埋設邊緣形輔助均壓帶，可降低20 ~ 40的跨步電壓，改善這些地面的電位分布；也可結合道路施工作為安全措施。當接地網埋深達到一定水平時，接地電阻下降緩慢，考慮到盡量減少接地工程的土方工作量，接地網埋深一般取0.8m。3降低接地電阻的途徑3.1深井接地可以克服場地狹小的缺點，不受氣候、季節等閾值的影響。根據實踐經驗，附著在水平接地網上的垂直接地體的接地電阻只能降低2.8 ~ 8。只有當這些額外的垂直接地體的長度增加到與平衡柵的長度和寬度相當，并且平衡柵接近一個半球時，接地電阻才會大大降低30%左右。110kV長安變電站接地網的設計和施工中，接地網面積為4000m2。常規水平接地網敷設后，測得的接地電阻為1.88，然后接地網周圍的4口深井接地。較好口深井接入主接地網后，測得的接地電阻為1.75，第二口深井接入后為1.6，第三口深井接入后為1.57，第四口深井接入后為1.17。應注意深井接地

意以下幾個方面： (1)深井接地的深度，要大于接地面積的等效半徑。 (2)深井接地的布置要合理。為避免垂直接地極的屏蔽作用，根據規程要求，垂直接地極的間距不應小于其長度的兩倍。 (3)計算用的土壤電阻率取值要正確。土壤電阻率的測量如果只有十幾m的極間距離，則只能反映表層的電阻率，如果計算用ρ和實際存在較大偏差，將直接影響整個接地網的設計。 (4)慎用降阻劑，由于深井穿透水層，降阻劑會污染水源，目前一些地區為保護水資源已禁止采用降阻劑。應樹立環保意識，慎用降阻劑。3.2使用新型接地體 IEA為電解離子接地系統（IonicEarthingArray）簡稱。接地體內呈空圓形狀，外表是銅合金，內部含有特制的電解離子化合物。IEA接地系統的工作原理是由于大氣壓力的改變和自然空氣的流動，促使空氣流入IEA頂端的通氣孔，使之與接地極內的金屬鹽化合，經過吸濕處理形成電解液。這些電解液聚積在接地極底部并溢出，向四周擴散而形成“接地根”，使土壤電阻降低，從而達到接地電阻持續降低的效果。 在慶春變的接地網設計中，接地電阻的目標值確定為0．49Ω，采用常規接地網與IEA接地環網相結合的方案。水平網的接地電阻為：為使接地電阻小于0．49Ω，IEA接地環網采用8套IEA電極，每根IEA電極長為3m，間距約為20m，埋設在常規水平網下0．5m左右。8套IEA電極互相之間用銅纜相互連接，成IEA接地環網，而且每套IEA電極都要與常規水平網采用一點連接，IEA環網與常規水平網采用火泥熔接方式。 IEA接地環網的接地電阻為R2＝0．6387Ω。慶春變綜合網的接地電阻設計值為R＝目前，慶春變接地網已施工完畢，經實測，綜合網的接地電阻為0．29Ω，效果比較理想。3.3埋設原土層 在接地網的設計中，還應考慮到變電所場地回填對接地電阻的影響。 110kV變電所的所址場地標高應考慮高于50年一遇洪水位，并高于城市規劃道路的道路標高。綜合這兩個因素，有的變電所要將現有場地填高2～3m。 分析比較各變電所的巖土工程勘察報告，大部分情況是：當距地表下1m深處時，電阻率變化稍大；當距地表下5m深處時，電阻率變化不大；但總的來說，原土層的土壤電阻率較低，在30～100Ω·m左右；而填土層多為塘渣、煤渣、礫石等，土壤電阻率較高，在300～1000Ω·m左右。在接地設計中埋深如取0．8m，當變電所填高2～3m后，水平接地體將敷設在填土層中，土壤電阻率很高，接地電阻將達不到要求。在110kV五杭變電所接地設計中，所址場地需回填2．5m，在比較多種設計方案后，采用將接地扁鋼敷設在原土層，用土壤電阻率較低的原土回填，并夯實，如圖1所示方案，取得較好的效果。 在接地網的具體施工時，一定要與土建工程配套施工，并應參加有關隱蔽工程的驗收工作。3.4擴大接地面積 擴大接地面積對減小接地電阻，作用較為顯著。直接擴大變電所接地網面積，往往受變電所四周場地的限制。特別是城市戶內變電所，布點越來越困難，周圍常有住宅、公建等設施，只能保證較起碼的消防、環保距離，故這個方法在城市戶內變電所接地設計中常常無法實施。 一種新的思路是：在接地網周圍布置斜向垂直接地極。垂直接地極既可深入土壤電阻率低的地層（起到深井接地效果），又能間接擴大接地網面積。接地極的一端連在接地網上，#p#分頁標題#e#

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