對(duì)變電站接地設(shè)計(jì)若干問題探討

1、對(duì)變電站接地設(shè)計(jì)若干問題探討摘要：變電站接地網(wǎng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，隨著電力系統(tǒng)容量的增大，變電站地網(wǎng)面積的減少，變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)變得越來(lái)越困難，這需要設(shè)計(jì)者更仔細(xì)地設(shè)計(jì)，施工單位更加認(rèn)真地施工，大家共同努力，營(yíng)造一個(gè)安全而高效的地網(wǎng)，保證變電站內(nèi)人身和設(shè)備安全。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；變電站；工程設(shè)計(jì)1引言隨著科技發(fā)展電力系統(tǒng)接地問題是一個(gè)看似簡(jiǎn)單、而實(shí)際上卻非常復(fù)雜又至關(guān)重要的問題，一方面，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，接地短路電流越來(lái)越大，對(duì)接地的要求越來(lái)越高。另一方面，變電站用地日益緊張，大部分的站址僅能選擇在高土壤電阻率地區(qū)，且用地面積受限制，造成變電站在接地設(shè)計(jì)方面的突出問題是接地

2、面積小，土壤電阻率高，無(wú)可敷設(shè)外接接地條件等。因此在設(shè)計(jì)變電站接地網(wǎng)時(shí)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取多種措施（包括近些年研究的新成果）才能使接地電阻滿足規(guī)程要求。2接地工程設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題2.1土壤電阻率的測(cè)量土壤電阻率值是接地設(shè)計(jì)和計(jì)算的重要依據(jù)，由于土地的分布千差萬(wàn)別，大多數(shù)情況下土壤都是不均勻，表現(xiàn)在實(shí)際的土壤電阻率沿水平和垂直方向不均勻分布，并且無(wú)任何規(guī)律可言，通過地質(zhì)勘探資料的各種土質(zhì)和地下水位來(lái)估算土壤電阻率值往往與實(shí)際出入很大。實(shí)測(cè)土壤電阻率需要各個(gè)方向都要測(cè)，以測(cè)出在不同水平方向上土壤電阻率的不同分布，以此找出土壤電阻率最低的方向，并在設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮沿此方向延伸地極。實(shí)測(cè)土壤電阻率時(shí)還要

3、測(cè)出不同深度的土壤電阻率，對(duì)于大體積未翻動(dòng)過的土壤進(jìn)行土壤電阻率測(cè)量，最準(zhǔn)確的方法是“四點(diǎn)法”。在測(cè)量時(shí)，一定要注意避開地下可能有的金屬部件或管道，對(duì)于新建的變電站可在變電站接地裝置布置地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；對(duì)于舊站改造，可在旁邊類似的土質(zhì)地方測(cè)試，否則如果在原地網(wǎng)上面測(cè)試，因下方有接地體的影響而使結(jié)果偏小，會(huì)使接地設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大的誤差。2.2變電站接地電阻規(guī)定的執(zhí)行1根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T621-1997交流配電裝置的接地中對(duì)于有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中的變電站電氣裝置保護(hù)接地的接地電阻要求，一般情況下應(yīng)符合下式要求：Rd 2000 I式中Rd-考慮季節(jié)變化的最大接地電阻，I-為

4、計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，A。2當(dāng)接地裝置的接地電阻不符合式要求時(shí)，可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較增大接地電阻，但不得大于5且應(yīng)符合電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T621-1997交流配電裝置的接地第6.2.2的要求，特別應(yīng)采取隔離、均壓等措施。實(shí)際工作中，部分運(yùn)行人員對(duì)110kV及以上電壓等級(jí)變電站接地電阻的取值，采取兩種截然不同的態(tài)度：一種看法是不管流過接地裝置入地電流的大小，一律堅(jiān)持要求接地電阻必須0.5以下，這實(shí)際上受已作廢的SDJ8-79電氣設(shè)備接地技術(shù)規(guī)程某些條文的影響，這是不科學(xué)的。對(duì)土壤電阻率較高，降阻困難的地區(qū)，入地短路電流較小的變電站堅(jiān)持要求接地電阻0.5以下會(huì)造成較大的無(wú)謂投入。另一種

5、是只要接地電阻控制0.5以下，就什么都不用管了，這還是受SDJ8-79電氣設(shè)備接地技術(shù)規(guī)程的影響，這是不正確的。接地電阻的大小主要以接地裝置流過接地短路電流入地時(shí)，接地裝置的電位不超過2000V為準(zhǔn)，否則不管接地電阻多大，都需按規(guī)定核算接觸電勢(shì)、跨步電壓等指標(biāo)，并應(yīng)采取相應(yīng)的措施。事實(shí)上，低接地電阻的接地網(wǎng)可能是危險(xiǎn)的地網(wǎng)，而通過合理的設(shè)計(jì)，較高接地電阻的地網(wǎng)是安全的地網(wǎng)。通過合理的設(shè)計(jì)，使得變電站有一個(gè)低的足夠安全的接觸電位差、跨步電位差、地電位是我們?cè)O(shè)計(jì)安全地網(wǎng)的最終目的。計(jì)算時(shí)首先應(yīng)按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式時(shí)的短路阻抗計(jì)算出設(shè)計(jì)水平年電網(wǎng)在非對(duì)稱故障情況下最大短路電流Imax（一般當(dāng)零序阻抗大

6、于正序阻抗或負(fù)序阻抗時(shí)，單相接地故障電流較嚴(yán)重；反之，兩相接地故障電流情況較嚴(yán)重），然后根據(jù)下式分別計(jì)算變電站內(nèi)、外接地短路時(shí)，流經(jīng)接地裝置的電流：I=(ImaxIz)(1Kf1)I=Iz(1Kf2)上式中I-為計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，A；Iz-發(fā)生最大接地短路電流時(shí)，流經(jīng)變電站接地中性點(diǎn)的最大短路電流，A；Kf1、Kf2分別是變電站內(nèi)、外短路時(shí)，避雷線的工頻分流系數(shù)。計(jì)算用的入地短路電流取上兩式中較大的I值，實(shí)際上，接地故障電流一側(cè)，并不一定入地故障電流也最大。在實(shí)際工作中，一些技術(shù)管理部門人員直接把接地短路電流作為入地電流，不考慮架空地線的分流和變壓器中性點(diǎn)的分流，造成了對(duì)接地

7、電阻盲目的高要求。在我們地區(qū)剛投運(yùn)的一個(gè)110千伏變電站地處山區(qū)，盡管地網(wǎng)外延的面積比變電站面積大差不多一倍，接地電阻僅1。設(shè)計(jì)人員已經(jīng)根據(jù)實(shí)際數(shù)值計(jì)算出接地電阻滿足式要求，并核實(shí)接觸電壓和跨步電壓滿足要求，但運(yùn)行單位的技術(shù)管理人員不認(rèn)可、式的分流作用，堅(jiān)持要按非對(duì)稱故障情況下最大短路電流計(jì)算，以此認(rèn)定接地電阻不合格，要求繼續(xù)采取措施降低接地電阻，這勢(shì)必會(huì)造成巨大浪費(fèi)。2.3接觸電位差、跨步電位差和接地電位允許值的計(jì)算2.3.1系統(tǒng)發(fā)生單相接地或由兩相短路導(dǎo)致的同點(diǎn)接地時(shí)，接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過下列數(shù)值：Ut= 174+0.17f t（4）Us= 

8、;174+0.7f t（5）上式中Ut接觸電位差，V；Us跨步電位差，V；f人腳站立處地表面的土壤電阻率，m；t接地短路（故障）電流的持續(xù)時(shí)間，s。2.3.2考慮短路電流非周期分量的影響，根據(jù)氧化鋅避雷器在暫態(tài)過電壓下不動(dòng)作來(lái)確定最大的地電位升允值Ugmax，即根據(jù)在發(fā)生短路故障時(shí)避雷器工頻電壓耐受能力確定地電位允許值，對(duì)110kV變電站，宜以10kV氧化鋅避雷器暫態(tài)過電壓來(lái)確定最大允許的地電位。如對(duì)HY5WZ-17/45氧化鋅避雷器1s工頻耐受電壓峰值為：1.15*17*2=27.65kV允許的地電位為：Ugmax=27.65/2.55=10.8kV根據(jù)變電站的最大入地短路電流Im

9、ax和最大地電位升允許值Ugmax來(lái)確定允許的最大接地電阻為：Rmax=Ugmax/Idmax根據(jù)變電站所在的土壤電阻率及地形條件等，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較設(shè)計(jì)一個(gè)滿足接觸電壓和跨步電壓的接地網(wǎng)，其電阻值RdRmax。2.3.3影響地網(wǎng)接觸電位差、跨步電位差和地電位升的主要因素很多，但主要有接地故障電流(I)的大小、持續(xù)的時(shí)間(t)、架空地線分流系數(shù)(K)，土壤電阻率()，地表材料電阻率（f），土壤電阻率的均勻性等因素。這要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)中既要考慮減少各種因素的影響，又要合理使用接地材料，降低成本；另外也要減少對(duì)設(shè)備性能、運(yùn)行方式的要求，把地網(wǎng)設(shè)計(jì)得更安全。這是我們目前變電站接地設(shè)計(jì)所面對(duì)的現(xiàn)實(shí)。3接

10、地工程設(shè)計(jì)中部分降阻措施應(yīng)注意的問題3.1利用自然接地體降阻應(yīng)事先做好規(guī)劃在接地工程中，充分利用混凝土結(jié)構(gòu)物中的鋼筋，金屬結(jié)構(gòu)物以及上下水金屬管道等自然接地體，是減小電阻、節(jié)約鋼材的有效措施，由于鋼筋和金屬結(jié)構(gòu)物分布廣而密集，能很好起到均衡電位的作用。在變電站可利用的自然接地體有：1變電站主控樓及高壓配電室混凝土基礎(chǔ)；2各類設(shè)備鋼筋混凝土基礎(chǔ)；3架空輸電線路的“地線桿塔”地系統(tǒng)；4埋于地下的金屬自來(lái)水管和有金屬外皮的電纜。對(duì)于因地質(zhì)要求需要增加樁基礎(chǔ)的，可將樁基內(nèi)的鋼筋引出或附加鋼筋接地，這相當(dāng)做了接地深井。在利用這些自然接地體時(shí)，要事先做好規(guī)劃，由于接地通常屬電氣一次部分，圖紙較土建施工圖出

11、得遲，因此電氣專業(yè)要事先向土建專業(yè)了解基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，看有什么自然接地體可以利用，然后在向土建移交資料時(shí)增加自然接地體引出的要求，土建施工圖中要按電氣要求做好引出線，同時(shí)對(duì)鋼筋混凝土內(nèi)鋼筋焊接提出要求，在施工中應(yīng)嚴(yán)格按要求進(jìn)行連接。為了充分利用人工接地體的降阻作用，應(yīng)盡是避免人工接地體對(duì)自然接地的屏蔽作用。3.2外引地網(wǎng)或擴(kuò)網(wǎng)要做好安全措施由公式Rg=0.5/A可知，地網(wǎng)接地電阻的大小，主要取決于接地網(wǎng)的面積，如果接地電阻率值過高，要把接地電阻降到0.5以下，地網(wǎng)面積要達(dá)到幾萬(wàn)平方，要建這么大的地網(wǎng)是不可能的。但如果變電站周圍有電阻率為500m以下的土壤區(qū)域或距變電站2000m以內(nèi)有更低土壤電阻率區(qū)

12、時(shí)（水田、水塘等），可以考慮在這些低電阻率區(qū)域擴(kuò)網(wǎng)或敷設(shè)輔助接地網(wǎng)與站內(nèi)地網(wǎng)連接，這是降低接地電阻常用措施之一。由于無(wú)論外引地網(wǎng)或擴(kuò)網(wǎng)，都不在變電站范圍內(nèi)，其它人員可能在這些區(qū)域活動(dòng)，為此要注意的是，無(wú)論是專門降阻的外引接地裝置，還是外擴(kuò)的接地網(wǎng)（水平接地體），接地體都要深埋，一般要求不少于1米。不影響農(nóng)民的耕作，以防接地體損壞；另外要做好安全保護(hù)措施，防止因跨步電位差引起人員和動(dòng)物觸電事故發(fā)生，保證外引接地的安全。3.3敷設(shè)水下接地網(wǎng)要注意核實(shí)水體電阻多大物體潮濕時(shí)會(huì)導(dǎo)電，在大多數(shù)人印象中水是良導(dǎo)體，在高土壤電阻率地區(qū)，變電站附近有水源，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)接地裝置通常會(huì)敷設(shè)外接地裝置至水源。這其中

13、有一個(gè)問題設(shè)計(jì)人員通常會(huì)忽略：這個(gè)水源的電阻率是多少？實(shí)際中，有水不等于電阻率低。前文提到的變電站其地下水位較高，設(shè)計(jì)人員不假思索增加接地深井，正是受地下水位高，電阻率肯定較低的思想影響，所以才不到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，導(dǎo)致失誤。因此敷設(shè)水下接地網(wǎng)，首先要測(cè)出擬設(shè)接地網(wǎng)的水的電阻率，只有那些含鹽量大的水，電阻率才能低，特別利用河水時(shí)，只有含鹽較大時(shí)才有效（實(shí)際上河水含鹽量一般不高）。設(shè)計(jì)敷設(shè)水下接地網(wǎng)時(shí)，須注意：1首先充分利用水工建筑物（水塔、水井、水池等）以及其它與水接觸的金屬部分作為自然接地體。此時(shí)在水下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)綁扎成的許多鋼筋網(wǎng)中，選擇一些縱橫交叉點(diǎn)焊接，并與地網(wǎng)連接起來(lái)。2當(dāng)利用水工建筑

14、物作為自然接地體仍不滿足要求或有困難時(shí)，應(yīng)優(yōu)先在就近的水中（井水、池塘水、河水）敷設(shè)引外來(lái)接地裝置。該接地裝置應(yīng)盡量敷設(shè)于水源流速不大處或靜水中，并妥為固定；在水域?qū)掗熖?，首先?yīng)盡可能增大占用水域的面積，其次才向水域的長(zhǎng)度發(fā)展。3水下接地網(wǎng)一般可用12圓鋼焊接成外緣閉合的矩形網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)用縱橫連接帶構(gòu)成的網(wǎng)孔不宜多于32個(gè)。水下接地網(wǎng)接地電阻Rw的可按下式估算：Rw=Ks s 40式中s河水電阻率；Ks-接地電阻系數(shù)，與河水電阻率和河床電阻率的比值有關(guān)，可查閱文獻(xiàn)有關(guān)圖表得出。3.4深井接地要根據(jù)土壤具體電阻率來(lái)選用由于變電站用地面積的限制，加上部分變電站已經(jīng)與其它用房毗鄰，使

15、用外引地網(wǎng)已不可能，這時(shí)多想到使用深井接地這方法。早些年，在舊變電站接地電阻不夠要求需要改造地網(wǎng)時(shí)，首先想到的是使用深井，但部分深井的效果并不理想，究其原因，是忽略了土壤的不均勻性。事實(shí)上土壤是分層的，不同層的土壤電阻率不一定相同，使用接地深井存在有多種情況：1當(dāng)上下層的土壤電阻率變化不大時(shí)，采用深井灌降阻劑的方法，可以建成立體網(wǎng)，使流過大地的電流，向垂直和水平方向擴(kuò)散，在均勻電阻率的土壤中呈半球形等位面擴(kuò)散，充分利用電流垂直方向的擴(kuò)散分量，可將較大的電流引入地的深層。2當(dāng)上下層的土壤電阻率變化較大且下層土壤的電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上層土壤的電阻率時(shí)，可把豎井打到下層土壤內(nèi)，充分利用下層較低電阻率的地

16、質(zhì)層來(lái)降低電阻。3當(dāng)上下層的土壤電阻率變化較大，但下層土壤的電阻率高于上層土壤的電阻率時(shí)，如豎井打到下層土壤內(nèi)，由于電阻率較大，所起到的分流降壓作用較小，這時(shí)深井的效果非常小，會(huì)造成較大浪費(fèi)。3.5人工降低土壤電阻率常用的人工改善接地電極附近的土壤電阻率的方法是在接地極附近施用低電阻率的材料降阻劑。這種方法包括用低電阻的固體或液體材料置換接地體附近小范圍內(nèi)的高電阻率土壤，或用高壓泵將低電阻率的化學(xué)溶液壓入高電阻率的地層中。降阻劑就其降阻方式的不同可分為三種類型。（1）食鹽或食鹽與木炭的混合物。它是靠電解質(zhì)溶液中的例子滲透到土壤的空隙中來(lái)降低土壤的電阻率。（2）化學(xué)降阻劑?；瘜W(xué)降阻劑是一種電解質(zhì)與膠凝材料結(jié)合組成的凝膠狀導(dǎo)電物質(zhì)，即用脲醛樹脂、丙烯樹脂之類的高分子有機(jī)化學(xué)物作為主要膠凝材料加上食鹽等鹽類物質(zhì)作為電解質(zhì)，在引發(fā)劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)生成的一種具有網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)的高分子共聚物。它靠包圍于高分子網(wǎng)格中的電解質(zhì)導(dǎo)電。（3）無(wú)機(jī)降阻劑。無(wú)機(jī)降阻劑是一種以石墨為導(dǎo)電材料，加上石灰、水泥、石膏或水玻璃等無(wú)機(jī)材料用水調(diào)整后固結(jié)而成的固體導(dǎo)電物質(zhì)。4結(jié)束語(yǔ)根據(jù)多