變電站接地網(wǎng)工頻接地電阻設(shè)計(jì)計(jì)算(共30頁(yè))

1、變電站接地(jid)網(wǎng)工頻接地電阻的設(shè)計(jì)(shj)計(jì)算（上）摘 要：本文通過(tnggu)對(duì)現(xiàn)有常用變電站接地設(shè)計(jì)計(jì)算方法的論述，針對(duì)目前我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于變電站接地網(wǎng)接地電阻的設(shè)計(jì)計(jì)算中所存在的問題，指出了現(xiàn)有計(jì)算方式中基于單層均勻土壤環(huán)境下，邊緣閉和接地網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算的局限性，以及復(fù)雜土壤環(huán)境下設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果與工程實(shí)際施工的結(jié)果產(chǎn)生較大誤差的原因。本文通過對(duì)各種設(shè)計(jì)計(jì)算方法的整理，通過近50個(gè)變電站的接地網(wǎng)接地電阻的設(shè)計(jì)計(jì)算值與實(shí)施后測(cè)試結(jié)果的驗(yàn)證，提出了一種較為簡(jiǎn)單可行的對(duì)變電站在兩層土壤環(huán)境下的深井接地的計(jì)算方法。關(guān)鍵詞：變電站接地 深井接地 設(shè)計(jì)計(jì)算1、變電站接地參數(shù)的計(jì)算方法變電站

2、的接地參數(shù)包括接地電阻、接觸電壓、跨步電壓、網(wǎng)孔電壓及接地網(wǎng)上面的地表電位分布等。計(jì)算一般是基于如下原始參數(shù)進(jìn)行的：A、接地系統(tǒng)的形狀、尺寸布置圖；B、接地系統(tǒng)所處土壤的特性（土壤電阻率及分層情況）；C、注入接地系統(tǒng)的電源特性，如電源的頻幅值及波形。接地系統(tǒng)接地參數(shù)的計(jì)算方法可以分為兩類，一類是采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，另一類則是采用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行比較精確的計(jì)算。2、接地參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算采用簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式分析接地系統(tǒng)的接地參數(shù)是個(gè)重標(biāo)準(zhǔn)推薦的發(fā)變電站接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。如IEEE的變電站接地安全導(dǎo)則及發(fā)變電站接地標(biāo)準(zhǔn)、我國(guó)電力行業(yè)接地標(biāo)準(zhǔn)等。采用簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)進(jìn)行發(fā)變電站接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其各

3、種經(jīng)驗(yàn)公式是基于對(duì)接地系統(tǒng)的近似處理，采用理論分析、數(shù)值計(jì)算及模擬試驗(yàn)分析得到的。采用(ciyng)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算接地網(wǎng)的接地電阻都是基于如下的近似處理得到的：A、將接地裝置的幾何形狀進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖儯员阌谶M(jìn)行數(shù)學(xué)分析。如將水平接地網(wǎng)用實(shí)心圓盤來(lái)代替，然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，以考慮(kol)接地網(wǎng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)；在我國(guó)接地標(biāo)準(zhǔn)中推薦的接地網(wǎng)接地電阻的計(jì)算公式則是根據(jù)圓盤和圓環(huán)的接地電阻理論公式用線性內(nèi)插法分析得到的。B、假設(shè)電流在接地系統(tǒng)的所有接地導(dǎo)體上均勻分布，這與實(shí)際情況相差較遠(yuǎn)。對(duì)于大型接地網(wǎng)，內(nèi)部導(dǎo)體被外部導(dǎo)體屏蔽(pngb)，導(dǎo)致電流分布不均勻。3、圓盤和圓環(huán)的接地電阻理論若變電站的接地

4、網(wǎng)所占面積A，則當(dāng)該面積內(nèi)全部鋪滿鋼材，即地網(wǎng)成為一面積為A的金屬板時(shí)，其接地電阻可達(dá)最小值。反之，把水平接地體減少到只剩一個(gè)勾劃出地網(wǎng)輪廓的外框上時(shí)，接地電阻將達(dá)到最大值。如果把變電站的地網(wǎng)所占面積用一等值的圓面積近似取代，則地網(wǎng)接地電阻的最小值和最大值可分別用圓盤電極和圓環(huán)電極的接地電阻計(jì)算公式進(jìn)行估算，即： 圓盤接地電阻（1） 圓環(huán)接地電阻（2）其中 式中 h 埋深，m b 圓盤、環(huán)的等效半徑，m d 接地導(dǎo)體等效直徑，m取A=100100（），d=0.02m，h=0.8m，b= =56.42m，代入上式，可得地網(wǎng)接地電阻的最小值=0.435；最大值=0.734。也就是說，即使我們把地網(wǎng)

5、內(nèi)全部鋪滿鋼材，接地電阻不過下降，這是因?yàn)閮?nèi)部的鋼材被四周的輪廓所屏蔽，電流絕大部分都是由四周的輪廓所散出的緣故?？梢?，在地網(wǎng)內(nèi)鋪設(shè)很多鋼材，對(duì)降低接地電阻的效果是不大的。由于(yuy)和相差不太大，所以在估算實(shí)際的網(wǎng)狀接地極的接地電阻(dinz)時(shí)，可以用在的基礎(chǔ)(jch)上加修正項(xiàng)的方法。略去埋深h的影響，把式（1）簡(jiǎn)化為 （3）這樣，實(shí)際網(wǎng)狀接地電極的接地電阻可按下式估算 （4）式中：L接地體（包括水平與垂直的）總長(zhǎng)度，m 面積為A的金屬板的接地電阻考慮到實(shí)際地網(wǎng)不是金屬板而引入的修正項(xiàng)，它比前一項(xiàng)要小很多。式（4）也可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為： （5）變電站接地網(wǎng)接地電阻估算公式也就是說，當(dāng)=10

6、0.m時(shí)，為得到0.5的接地電阻，接地網(wǎng)的面積不能小于100100（）4、用內(nèi)插法計(jì)算接地網(wǎng)的接地電阻由于變電站的地網(wǎng)占地面積一般都比較大，因此短的垂直接地體對(duì)地網(wǎng)接地電阻所起的作用不大，又因?yàn)閷?shí)際地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)介于圓盤和圓環(huán)之間，且圓盤和圓環(huán)的接地電阻相差又不太大，所以圓形地網(wǎng)的接地電阻可以用圓盤和圓環(huán)的接地電阻為基礎(chǔ)，用內(nèi)插法求出。參照上面式（1）所給出的圓盤的接地電阻(dinz)計(jì)算公式和式（2）所給出的圓環(huán)的接地電阻計(jì)算公式，把圓形地網(wǎng)的接地電阻計(jì)算公式內(nèi)插為下面的形式 （6）式中：A圓形地網(wǎng)(d wn)的占地面積L水平(shupng)接地體的總長(zhǎng)度和 待定系數(shù)，可根據(jù)圓環(huán)和圓盤的接地電阻

7、定出；注意到，當(dāng)時(shí)，R應(yīng)等于圓盤的接地電阻，即：因此，待定系數(shù)必定為1。當(dāng)時(shí)，R應(yīng)等于圓環(huán)的接地電阻，即： （7）其中 （8）5、方形和矩形地網(wǎng)的接地電阻1）方形地網(wǎng)考慮到保持(boch)周長(zhǎng)不變將圓環(huán)改變?yōu)榉娇蚝螅嫉孛娣e將由原來(lái)的A縮小為，把式（8）第二項(xiàng)中的A用取代，再在第一項(xiàng)中考慮圓盤變?yōu)榉桨宓男拚螅傻梅叫蔚鼐W(wǎng)的接地電阻(dinz)公式為： （9）DL/T621變電站接地網(wǎng)接地電阻(dinz)計(jì)算公式；其實(shí)際上是假設(shè)接地網(wǎng)為正方形，因此并不適用于非方形的其他矩形接地網(wǎng)的接地電阻計(jì)算。令 （10）即方形地網(wǎng)的接地電阻等于方板接地電阻的接地電阻加上一個(gè)修正項(xiàng)，據(jù)此，矩形地網(wǎng)的接地電阻也

8、可寫成矩形板接地極的接地電阻和某一電阻增量之和。2）矩形板長(zhǎng)寬比的地網(wǎng)根據(jù)不同的長(zhǎng)寬比時(shí)矩形板接地極的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)矩形板的長(zhǎng)寬比為時(shí)，矩形電極的接地電阻計(jì)算公式可以方板電極的計(jì)算公式為基礎(chǔ)。 （11）用式（11）取代式（9）右側(cè)的第一項(xiàng)，保留方形地網(wǎng)中的函數(shù)形式，用矩形地網(wǎng)的面積ab取代A，即可得矩形（包括方形）地網(wǎng)的接地電阻計(jì)算公式為： （12）式中 式（12）可用來(lái)計(jì)算的任何矩形地網(wǎng)的接地電阻，其誤差一般小于2%。3）任意矩形地網(wǎng)在保持(boch)矩形地網(wǎng)的外框周長(zhǎng)L1=2（a+b）不變的情況(qngkung)下，改變a與b的比值，使a=b時(shí)，地網(wǎng)的接地電阻將等于方形地網(wǎng)的接地電阻；當(dāng) 時(shí)

9、，地網(wǎng)(d wn)的接地電阻將趨近于一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)= L1/2的單根水平接地體的阻值。因此矩形地網(wǎng)的接地電阻可在方形地網(wǎng)時(shí)的和單根水平接地極時(shí)的間取值，并寫成下面的形式： （13）任意矩形接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算公式考慮到由地網(wǎng)衍生出的單根水平接地體是由矩形的兩邊長(zhǎng)所合成，其直徑可近似地取為原有接地體的兩倍，這樣將有： （14）又考慮到方形地網(wǎng)的接地電阻將隨所敷設(shè)的網(wǎng)狀均壓帶數(shù)的增加而減小，當(dāng)接地體的總長(zhǎng)度時(shí)，方形地網(wǎng)的接地電阻將等于方板電極的接地電阻R；當(dāng)接地體的總長(zhǎng)度L為其外框的長(zhǎng)度L1即L= L1時(shí)，方形地網(wǎng)的接地電阻將等于方框電極的接地電阻R2 。因此方形地網(wǎng)的接地電阻可在方形電極時(shí)的和方框電

10、極時(shí)的和方框電極時(shí)的R2 間取插值，并寫成下面的形式： （15）式中可近似求出為： （16）R2則可用下式求得為： （17） 取，即按周長(zhǎng)相等的條件進(jìn)行矩形和方形地網(wǎng)的換算(hun sun)，式（15）、式（16）和式（17）可改寫為下面的形式，即： （18） （19） （20）式（18）和式（13）中的和可根據(jù)(gnj)計(jì)算機(jī)程序計(jì)算的結(jié)果擬合，它們分別為： （21） （22）這樣(zhyng)即可算出任意a/b值下的矩形地網(wǎng)接地電阻，其誤差在2%范圍內(nèi)。6、垂直接地體對(duì)地網(wǎng)接地電阻的影響為了搞清垂直接地體對(duì)降低地網(wǎng)的總接地電阻的作用，可比較一下圓盤接地體的接地電阻和帶垂直電極的圓盤接地體的

11、接地電阻，作為圓盤下打垂直電極的極限情況。我們來(lái)計(jì)算一個(gè)厚度為a的圓盤（相當(dāng)于在圓盤下一根挨一根密密麻麻地敷設(shè)長(zhǎng)度為a的垂直電極）的接地電阻，注意到垂直電極的長(zhǎng)度一般不超過2.5m，要比地網(wǎng)的等值半徑小得多。因此，這一厚度為a的圓盤可以近似為半個(gè)扁球體，其短半徑為a，長(zhǎng)半徑為b。在由拉麥方法所得出的橢球體的電容計(jì)算公式中，令=0，b=c，即可求 出扁球體的電容為： （23）由此可得半個(gè)扁球體的接地電阻為： （24）比較式（3）和式（24）可知，打許多密密麻麻的垂直接地體對(duì)降低接地電阻(dinz)所起的作用不過為： （25）表1 在大中型地網(wǎng)(d wn)中打2.5m長(zhǎng)的垂直(chuzh)接地體對(duì)

12、降低接地電阻的作用地網(wǎng)所占面積A（）10000722564802500900模擬試驗(yàn)結(jié)果-3.2%5.7%8%理論計(jì)算結(jié)果2.8%3%4%5.2%8.4%表1中給出了按式（25）計(jì)算所得的，不同面積地網(wǎng)中垂直接地極對(duì)降低地網(wǎng)接地電阻所起的作用，其中地網(wǎng)為方形由9根9根、4040扁鋼水平排列組成，垂直接地體為均勻分布的81根2.5m長(zhǎng)接地體，表中同時(shí)列出了模擬試驗(yàn)的結(jié)果。模擬試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果非常接近，可見在大中型地網(wǎng)中，垂直接地體對(duì)降低接地網(wǎng)工頻接地電阻的作用很小，約為 2%-8%。這就是說，如果在大中型地網(wǎng)內(nèi)密密麻麻地打許多垂直接地極，由于其互相的屏蔽作用并不能起到有效的降阻作用，因而垂直接

13、地極只是裝設(shè)在主變壓器、避雷針、避雷器下面，為了加強(qiáng)沖擊電流的擴(kuò)散而裝設(shè)的集中接地體。用于降阻的只是在接地網(wǎng)的外緣，并且垂直 接地極互相間的間距應(yīng)大于垂直接地體長(zhǎng)度的2倍。另外，墊土層所回填的雙層土壤，為了貫穿下層土壤，可用垂直極進(jìn)行貫穿。為了降阻，、也可打較深的豎井，用較長(zhǎng)的垂直極，把平面地網(wǎng)變?yōu)榱Ⅲw接地體進(jìn)行降阻，這在后面要專題討論。7、接地系統(tǒng)接地參數(shù)的數(shù)值計(jì)算方法1）、數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展歷史采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算發(fā)變電站接地系統(tǒng)接地參數(shù)存在一定的誤差，在一些情況下甚至?xí)a(chǎn)生較大的誤差。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各國(guó)學(xué)者將各種數(shù)值計(jì)算方法應(yīng)用(yngyng)到接地參數(shù)的計(jì)算中來(lái)，如有限差分法、有限元法

14、、模擬電荷法、邊界元法等。采用數(shù)值計(jì)算方法，能夠比較全面地考率接地網(wǎng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)及故障電流流散時(shí)的實(shí)際情況，既考慮到接地網(wǎng)不同部分導(dǎo)體散流的非均勻性，對(duì)于任意復(fù)雜接地網(wǎng)都能得到比較滿意的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也能在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上達(dá)到最優(yōu)，解決了采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算中的各種問題。各種接地網(wǎng)的數(shù)值計(jì)算方法一般是基于恒流場(chǎng)的理論，任一點(diǎn)的電位滿足拉普拉斯方程，通過將組成接地系統(tǒng)的導(dǎo)體進(jìn)行分段處理，從而使計(jì)算電位的復(fù)雜積分變?yōu)榍蠛偷男问?，然?rnhu)通過計(jì)算各微段的自電阻和互電阻來(lái)求得接地網(wǎng)的泄流電流分布，從而得到所求的任一點(diǎn)的電位。各種數(shù)值計(jì)算方法的不同點(diǎn)及其改進(jìn)方法主要在于求解電阻系數(shù)與沿接地系統(tǒng)泄流電流分

15、布的計(jì)算精度、計(jì)算繁雜程度、計(jì)算時(shí)間的長(zhǎng)短及占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存的大小等方面的差別。目前隨著微機(jī)技術(shù)(jsh)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度及內(nèi)存的大小已經(jīng)不再是阻礙計(jì)算方法應(yīng)用的主要因素，計(jì)算方法應(yīng)從計(jì)算精度、與實(shí)際情況的吻合程度等方面進(jìn)行改進(jìn)。如考慮接地網(wǎng)所處土壤的分層情況，而不是只對(duì)采用等值電阻率的均勻土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。20世紀(jì)末，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和電磁場(chǎng)計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)鏡像法、基數(shù)鏡像法、直接的數(shù)值計(jì)算方法廣泛用于接地系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算中。在我國(guó)，接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已從過去的簡(jiǎn)單計(jì)算過渡到采用數(shù)值分析方法來(lái)計(jì)算接地電阻、電位分布、接觸電壓分布和跨步電壓分布。2）、數(shù)值計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)在接地參數(shù)分析

16、(fnx)中，土壤為半無(wú)限大各向同性的媒質(zhì)，一般采用導(dǎo)電率或電阻率來(lái)表示其性能。接地系統(tǒng)的局部范圍與交流50Hz工頻電流的透入深度相比要小得多，因此可以忽略傳播時(shí)間。接地系統(tǒng)在交流或直流下的特性可以基于恒定電流場(chǎng)理論進(jìn)行分析。如果電流I流入埋設(shè)在地中的接地裝置，根據(jù)穩(wěn)定電流場(chǎng)理論，以無(wú)限遠(yuǎn)點(diǎn)為參考點(diǎn)，應(yīng)用格林函數(shù)的原理可以得到電極泄流電流在任意一點(diǎn)P產(chǎn)生的電位為： （26）式中J（Q）為電極表面S上點(diǎn)Q處的泄流電流密度，G（P，Q）是相應(yīng)于電極幾何形狀的格林函數(shù)，對(duì)于接地參數(shù)分析問題，它代表(dibio)單位電流密度流過電極表面點(diǎn)Q在P點(diǎn)產(chǎn)生的電位。經(jīng)接地(jid)網(wǎng)導(dǎo)體流入土壤的總泄流電流等

17、于流入接地極的電流I： （27）如果忽略導(dǎo)體上的電壓降，則可得到邊界條件： （28）式中C為常數(shù)。電位梯度為： （29）式中i，j，k分別為x，y，z方向的單位矢量。電場(chǎng)強(qiáng)度為與電位梯度反向相反的矢量： （30）電流密度為與電流方向一致的矢量： （31）這些電磁場(chǎng)理論的基本方程廣泛用于接地參數(shù)的分析計(jì)算中。8、雙層土壤中的接地裝置的接地電阻1）、雙層土壤中的半球接地體圖8.1雙層土壤(trng)中的半球接地體及其鏡像 圖8.2雙層土壤中的垂直(chuzh)接地體及其鏡像 （接地(jid)體不穿入下層）如圖所示：埋在雙層土壤結(jié)構(gòu)的地表的半徑為r的半球接地體及其鏡像，上層土壤的電阻率為1，下層土壤

18、的電阻率為2，上層土壤厚度為h。如果上層土壤厚度h2r時(shí)，鏡像電流可近似為一個(gè)集中在球心的點(diǎn)電流源，如果半球電極的電位用其中心點(diǎn)的電位表示，則利用疊加原理可得到半球接地體的電位為： （32）式中。根據(jù)接地電阻的定義可得到雙層土壤中埋在地表面的半球接地體的接地電阻R為： （33）分析上式我們可以看出，第一項(xiàng)是電阻率為1的均勻土壤時(shí)接地裝置的接地電阻，即1=2，K=0時(shí)的電阻。第二項(xiàng)為下層土壤引入的接地電阻的附加量R。當(dāng)下(dngxi)層土壤電阻率2比上層(shngcng)土壤電阻率1低時(shí)，K0,(33)中的附加量為正，即引入高電阻率的下層土壤后，接地電阻將增加。K值越大，接地電阻越高。分析表明，

19、下層土壤的影響在K0時(shí)比K0時(shí)顯著，因此當(dāng)K值較大，即下層土壤的電阻率比上層土壤電阻率高很多倍時(shí)，用增大接地體尺寸的方法來(lái)降低接地電阻的效果是不顯著的。2.雙層土壤中垂直接地體的接地電阻當(dāng)垂直接地體不穿入下層土壤時(shí)，可以如圖8.1所示設(shè)置鏡像。任一對(duì)相距2ih的鏡像2KiI的電流密度i為： （34）如果采用中點(diǎn)電位法，取重點(diǎn)O的電位代表整個(gè)接地體的電位，則該對(duì)鏡像與接地體間的互電阻Ri為： （35）接地體的接地電阻R為電阻率等于上層土壤電阻率的均勻土壤中的接地電阻與由于雙層土壤引入的鏡像對(duì)產(chǎn)生的互電阻之和： （36）當(dāng)接地體較長(zhǎng)，或上層土壤較薄，接地體穿入下層土壤時(shí)（如圖8.3所示），上層和下

20、層不同的土壤電阻率將導(dǎo)致接地體在上層土壤中的部分和下層土壤中的部分的電流密度不同。比較合理的假設(shè)是認(rèn)為接地體散流的電流密度與土壤電阻率成反比。接地體在上層中部分的電流密度1和下層中部分的電流密度2可以由如下兩式求得： （37） （38）圖8.3 雙層土壤中穿入下層的垂直(chuzh)接地體求得的接地(jid)體在兩層土壤中部分的電流密度分別為： （39） （40）分別對(duì)接地(jid)體處于上層土壤中的部分和處于下層土壤中的部分如圖8.1那樣設(shè)置鏡像，可得到接地體穿入下層土壤中時(shí)的接地電阻R為： （41）對(duì)于兩層土壤中的垂直接地體，唐格Tagg建議采用下式計(jì)算其接地電阻： （42）上式?jīng)]有考慮垂

21、直接地體是否穿入下層土壤的影響。因此，巴拉特耐Blattner對(duì)上式進(jìn)行了修正，提出了考慮垂直接地體長(zhǎng)度影響的接地電阻計(jì)算公式，當(dāng)接地體長(zhǎng)度Lh，即接地體穿入下層時(shí)，接地體的接地電阻為： （44）此為穿透(chun tu)兩層土壤的長(zhǎng)垂直接地體的接地電阻計(jì)算公式式中:L長(zhǎng)垂直(chuzh)接地體的長(zhǎng)度；h上層土壤厚度；d長(zhǎng)垂直接地體的等效半徑；、上、下層土壤的土壤電阻率；n土層數(shù)量；K任意點(diǎn)的反射系數(shù)，其取值可參照下述圖解法；3）、計(jì)算兩層水平和垂直分層土壤中接地體接地電阻的圖解法在高土壤電阻率地區(qū)，土壤一般可分為多層，但對(duì)接地裝置接地電阻影響較大的往往是上面兩層土壤。因此可以只考慮雙層土壤對(duì)

22、接地電阻的影響。前面我們分析了兩層土壤中垂直接地體接地電阻的計(jì)算公式，但計(jì)算公式比較復(fù)雜，一般需要采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算。為了便于工程設(shè)計(jì)人員的簡(jiǎn)單分析計(jì)算，達(dá)瓦利比Dawalibi提出了一種比較簡(jiǎn)單的計(jì)算方法。對(duì)于埋在雙層水平分層土壤中的垂直接地體，如果垂直接地體較短，只穿入上層土壤時(shí)，接地電阻R計(jì)算公式為： （45）式中R1為土壤電阻率等于上層土壤電阻率的均勻土壤中垂直接地體的接地電阻，它可以采用前面介紹的公式進(jìn)行計(jì)算，R為考慮雙層土壤時(shí)引入的接地電阻變量： （46）下層土壤電阻率大于上層土壤電阻率時(shí)R為增加量，下層土壤電阻率小于上層土壤電阻率時(shí)R為減小量；F為雙層土壤對(duì)接地電阻的影響系數(shù)

23、，它與土壤的反射系數(shù)K及上層土壤厚度h與垂直接地體長(zhǎng)度L的比值h/L有關(guān)，可以從圖8.4中查出。圖 8.4 雙層土壤(trng)對(duì)垂直接地體接地電阻的影響系數(shù)F與雙層土壤(trng)的反射系數(shù)K及h/L的關(guān)系曲線但垂直(chuzh)接地體穿入下層土壤中時(shí)，接地電阻R為： （47）式中Ra為雙層土壤引入的接地電阻變量。舉例如下：對(duì)于長(zhǎng)度為3m的垂直接地體，上層土壤電阻率1為100m時(shí)不同反射系數(shù)K及h/L對(duì)應(yīng)的Ra值可以從圖8.5中查出。如果接地體長(zhǎng)度L及上層土壤的電阻率與此不同，則可按下式進(jìn)行修正，修正后的為: (48)圖 8.5 垂直接地(jid)體長(zhǎng)度為3m，上層土壤電阻率1為100m時(shí)在

24、不同(b tn)反射系數(shù)K幾h/L時(shí)的Ra值如圖8.6所示，長(zhǎng)度(chngd)L水平接地體埋在雙層土壤的上層，埋深為d時(shí)，其接地電阻R為： （49）式中Ra為雙層土壤引入的接地電阻變量。圖 8.6 埋設(shè)在雙層土壤的上層中的水平接地體對(duì)于長(zhǎng)度為30m的水平接地體，上層土壤電阻率1為100m時(shí)，不同反射系數(shù)K及h/L對(duì)應(yīng)的Ra值可以從圖8.7中查出。如果接地體長(zhǎng)度L及上層土壤的電阻率與此不同，則可按式（48）進(jìn)行修正。圖 8.7水平接地體長(zhǎng)度為30m，上層(shngcng)土壤電阻率1為100m時(shí)，在不同(b tn)反射系數(shù)K及h/L時(shí)的Ra值如圖8.8所示，如果土壤為垂直(chuzh)分曾，垂直

25、接地體埋在距離土壤分界面距離為d、電阻率為1的左側(cè)土壤中。其接地電阻仍為其在電阻率1的均勻土壤中的接地電阻R1與考慮雙層土壤引入的變量Ra之和。對(duì)于垂直接地體長(zhǎng)度為3m，在左側(cè)土壤電阻率1為100m時(shí)在不同反射系數(shù)K及h/L對(duì)應(yīng)的Ra值可以從圖8.9中查出。當(dāng)K值為負(fù)時(shí)，Ra為圖中相同的K的絕對(duì)值對(duì)應(yīng)的Ra值的負(fù)值。如果接地體長(zhǎng)度L及上層土壤的電阻率與此不同，則可按式（48）進(jìn)行修正。圖 8.8 埋設(shè)在垂直分層的土壤中的垂直接地體圖 8.9 垂直接地體長(zhǎng)度為3m，左側(cè)(zu c)土壤電阻率1為100m時(shí)，在不同(b tn)反射系數(shù)K及h/L時(shí)的Ra值變電站接地網(wǎng)工頻接地電阻的設(shè)計(jì)(shj)計(jì)算

26、（下）西安杰邦科技有限公司 平帥 李浩謙 郭鵬9、變電站接地系統(tǒng)接地電阻一般情況下發(fā)變電站的接地裝置是以外緣閉合、中間敷設(shè)若干均壓導(dǎo)體為主的水平接地網(wǎng)，埋深一般為0.61.0m，有時(shí)加些垂直接地極，如下圖所示。對(duì)于防雷接地只需要在避雷針、避雷線及避雷器的附近埋設(shè)一組垂直接地體，并將它們與水平接地網(wǎng)相連。在進(jìn)行發(fā)變電站接地系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)時(shí)，估計(jì)接地系統(tǒng)的接地電阻是確定接地系統(tǒng)尺寸及基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。在均勻土壤中，由水平接地網(wǎng)所確定的接地電阻R的最小值可以(ky)按下式進(jìn)行近似估計(jì)： （50）式中為土壤(trng)電阻率m；A為接地系統(tǒng)面積(min j)。式（50）是將整個(gè)水平接地網(wǎng)看成是一塊金屬板

27、的接地電阻，如果考慮到地網(wǎng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，則接地電阻可按下式計(jì)算： （51）或者： （52）式中LT為接地導(dǎo)體的總長(zhǎng)度。上式為由水平地網(wǎng)確定的變電站接地電阻的上限值。如果有垂直接地體與水平地網(wǎng)相連時(shí)，將垂直接地體的長(zhǎng)度也考慮在LT中時(shí)，得到的結(jié)果略為保守。因?yàn)橐话銇?lái)說，單位長(zhǎng)度的垂直接地體比單位長(zhǎng)度的水平接地體降低接地電阻更為有效。也可以采用下式來(lái)考慮水平接地網(wǎng)的埋深對(duì)接地電阻的影響： （53）式中h為水平(shupng)接地網(wǎng)的埋深。在采用(ciyng)公式(gngsh)（50）計(jì)算發(fā)電站接地系統(tǒng)的接地電阻時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意該公式?jīng)]有考慮基礎(chǔ)、接地井和大型的建筑物對(duì)降低總體接地電阻的顯著影響。為了考慮

28、這些顯著因素的影響，IEEE Std 80-2000中推薦采用Schwarz公式來(lái)對(duì)接地網(wǎng)和接地棒的接地電阻進(jìn)行修正： （54）式中R1為地網(wǎng)接地導(dǎo)體電阻；R2為所有接地棒的接地電阻；R12為地網(wǎng)接地導(dǎo)體和所有接地棒之間的互阻。 （55） （56） （57）此方程組用于長(zhǎng)垂直接地體的接地電阻計(jì)算公式上述式中為接地網(wǎng)導(dǎo)體在其埋深h處的土壤電阻率；LG為接地網(wǎng)導(dǎo)體總長(zhǎng)，m；LR為一根接地棒平均長(zhǎng)度，m；h慰藉地網(wǎng)埋深；對(duì)于埋深h的導(dǎo)體，對(duì)地表面的導(dǎo)體（h=0），=0.5d；A為地網(wǎng)面積（A=ab）；a為矩形地網(wǎng)短邊長(zhǎng)；b為矩形地網(wǎng)長(zhǎng)邊長(zhǎng)；m為地網(wǎng)面積A內(nèi)布置的垂直接地體數(shù)目；K1、K2為與接地系統(tǒng)

29、幾何尺寸相關(guān)的常數(shù)見下圖；d1為地網(wǎng)導(dǎo)體直徑；d2為接地棒直徑。 Schwarz公式(gngsh)的系數(shù)K1 Schwarz公式(gngsh)的系數(shù)K2相似(xin s)地，接地電阻的單一值，如接地井，可處理為接地電阻等于測(cè)量值的單一接地棒。另外，對(duì)于發(fā)電站，具有很多可以等效為接地棒的不同形式的多種構(gòu)筑物，這時(shí)應(yīng)分別計(jì)算每一構(gòu)筑物的電阻。如果垂直接地體長(zhǎng)度超過接地網(wǎng)的等效半徑，則在采用式（56）和式（57）進(jìn)行計(jì)算時(shí)，土壤電阻率最后采用從接地棒看去的土壤視在電阻率，因?yàn)榻拥匕糨^底端處的土壤電阻率是相當(dāng)重要的，大部分電流將從底端注入大地。對(duì)于右圖，曲線A對(duì)應(yīng)深度，；曲線B對(duì)應(yīng)深度為，；曲線C對(duì)應(yīng)

30、深度為，。在我國(guó)接地標(biāo)準(zhǔn)中，推薦以水平接地體為主，且邊緣閉合的圓形復(fù)合接地裝置的接地電阻的計(jì)算公式（9）： （9）DL/T621變電站接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算公式；式中；L為水平接地體的總長(zhǎng)度；d為水平接地體的直徑或等效直徑；h為水平接地極的埋深。10、不均勻土壤中變電站接地系統(tǒng)接地電阻的計(jì)算1）、水平接地網(wǎng)的接地電阻如果上層土壤的厚度與接地網(wǎng)的尺寸相比較小，且12時(shí)，Laurent推薦采用如下兩式來(lái)計(jì)算埋在上層的水平接地網(wǎng)的接地電阻： （58） （59）式中LP為接地(jid)網(wǎng)周邊長(zhǎng)；LG為接地(jid)網(wǎng)導(dǎo)體總長(zhǎng)。如果上層土壤厚度較深時(shí)，可以采用(ciyng)下式來(lái)考慮埋深的影響： （60）2

31、）、由垂直接地體和接地網(wǎng)組成的復(fù)合接地系統(tǒng)的接地電阻Nahman等通過對(duì)Schiwarz的公式進(jìn)行修正得到了考慮雙層土壤結(jié)構(gòu)時(shí)接地系統(tǒng)接地電阻的計(jì)算公式。上層土壤的電阻率為1，下層土壤的電阻率為2，上層土壤的厚度為H。當(dāng)垂直接地體位于雙層土壤的上層時(shí)，垂直接地體的接地電阻計(jì)算公式為： （61）式中KP為土壤的不均勻校正系數(shù)，它與土壤的反射系數(shù)及地網(wǎng)與土壤結(jié)構(gòu)參書p有關(guān)。當(dāng)時(shí)，參數(shù)；當(dāng)時(shí)，參數(shù)。土壤的不均勻校正系數(shù)Kp與反射系數(shù)K及地網(wǎng)與土壤結(jié)構(gòu)參數(shù)p的關(guān)系曲線如下圖所示。土壤的不均勻(jnyn)校正系數(shù)Kp與反射系數(shù)K及地網(wǎng)(d wn)與土壤結(jié)構(gòu)參數(shù)p的關(guān)系曲線如果垂直接地體穿透上層進(jìn)入(jn

32、r)下層，則接地電阻應(yīng)采用下式計(jì)算： （62）式中 ： （63） （64）式中L1和L2分別為垂直接地體在上層土壤中和下層土壤中的厚度，；K1（0）為Schwarz公式的系數(shù)給出的時(shí)面積為A的水平地網(wǎng)的校正系數(shù)K1；為水平接地體位于下層土壤時(shí)土壤不均勻校正系數(shù)，如圖所示，它是參數(shù)及反射系數(shù)K的函數(shù)。當(dāng)水平地網(wǎng)位于上層土壤中時(shí)，水平接地網(wǎng)的接地電阻可以采用下式進(jìn)行計(jì)算： （ 65）式中N為Schwarz定義的幾何(j h)參數(shù)，如下圖所示。Kr是面積為A、埋深為h的水平接地(jid)網(wǎng)的土壤不均勻校正系數(shù)，如圖 7所示，當(dāng)是，；當(dāng)時(shí)，。上式的假設(shè)(jish)條件是水平地網(wǎng)與所有垂直接地體具有相同

33、的面積，垂直接地體上端與水平地網(wǎng)在同一平面上。水平接地體位于下層土壤時(shí)土壤不均勻校正系數(shù)與參數(shù)及反射系數(shù)K的關(guān)系曲線幾何參數(shù)N與地網(wǎng)面積A的長(zhǎng)和寬之比（b/a）的關(guān)系(gun x)曲線土壤的不均勻(jnyn)校正系數(shù)Kr與反射系數(shù)K及地網(wǎng)與土壤結(jié)構(gòu)參數(shù)p的關(guān)系(gun x)曲線水平接地網(wǎng)和垂直接地體之間的互電阻為： （66） （67）另外，也可以采用下面的簡(jiǎn)單計(jì)算公式來(lái)計(jì)算雙層土壤中由垂直接地體和水平接地網(wǎng)組成的復(fù)合(fh)接地系統(tǒng)的接地電阻： （68） （69）當(dāng)，時(shí)，上式結(jié)算結(jié)果具有(jyu)較高的精度。11、雙層土壤中變電站接地網(wǎng)接地電阻(dinz)的簡(jiǎn)化計(jì)算以上為變電站接地電阻計(jì)算中的

34、常用的所有計(jì)算方法，望探討其應(yīng)用。為探討如何綜合使用以上變電站接地電阻計(jì)算方法在實(shí)際的變電站接地電阻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，三年里，我們以廣東、廣西、云南、海南地區(qū)的近50個(gè)變電站為例，進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算驗(yàn)證，并做了設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)施后測(cè)試結(jié)果的參數(shù)匯總整理，其設(shè)計(jì)計(jì)算值與實(shí)施值的偏差較小，對(duì)變電站接地設(shè)計(jì)工作具有指導(dǎo)意義，可做為參考。見下表：變電站深井接地設(shè)計(jì)施工接地電阻值對(duì)照表變電站名稱工頻接地電阻設(shè)計(jì)值工頻接地電阻施工實(shí)測(cè)值接地深井?dāng)?shù)量500KV云南宣威多樂變0.430.4150m；24孔220KV云南曲靖尖山變0.490.4720m；17孔220KV云南個(gè)舊錫都變0.480.2930m；22孔220KV

35、云南建水臨安變0.480.3830m；16孔110KV云南祿豐洪山變0.490.4820m；12孔110KV云南大理北衙變0.490.4720m；16孔110KV云南瀾滄惠民變0.480.4420m；18孔220KV貴州貴陽(yáng)筑東變0.470.4330m；8孔110KV貴州興義圍山湖變0.950.8730m；14孔110KV廣東恩平大槐變0.460.4330m；8孔110KV廣東恩平君堂變0.460.4725m；8孔110KV廣東恩平沙湖變0.470.4425m；8孔110KV廣東恩平松嶺變0.460.4130m；8孔110KV海南文昌文昌變0.390.4820m；8孔220KV廣西桂平候寨變0

36、.770.7830m；10孔220KV廣西河池興平變0.950.9850m；4孔220KV廣西賓陽(yáng)蘆圩變0.920.8830m；6孔110KV廣西北海那前變0.740.7220m；14孔110KV廣西北海丹竹變0.930.9130m；10孔設(shè)計(jì)值與施工后實(shí)際測(cè)量值偏差較大者主要由以下三個(gè)原因造成：1）、巖土勘察報(bào)告與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況偏差較大；2）、現(xiàn)場(chǎng)土壤分布極度不均勻，現(xiàn)場(chǎng)土壤電阻率實(shí)地測(cè)量值分散度較大，計(jì)算出的土壤電阻率均值存在誤差（如110KV海南文昌變）；3）、地下水的水線(shuxin)較高，造成按設(shè)計(jì)施工后，工頻接地電阻值過低（如220KV云南個(gè)舊錫都變）。土壤電阻率的分層計(jì)算方法見上

37、文，分層界面以各層土壤變化值最大的層界為界面。關(guān)于增設(shè)接地深井后，在考慮到接地深井對(duì)水平接地網(wǎng)所造成的影響(yngxing)的條件下，其水平接地網(wǎng)接地(jid)電阻的設(shè)計(jì)計(jì)算和接地深井接地電阻的設(shè)計(jì)計(jì)算方法的概要如下：A、水平接地體的接地電阻計(jì)算：； （70）；（71）； （72）； （73）； （74）； （75）B、長(zhǎng)垂直接地(jid)體的接地電阻計(jì)算：； （76）；（77）； （78）； （79） （80） （81）L1、L2分別(fnbi)為垂直接地棒在上層土壤和下層土壤的長(zhǎng)度，m；C、增設(shè)(zn sh)接地深井后的接地網(wǎng)工頻(n pn)接地電阻 （82）式中Rs水平接地(jid)網(wǎng)的接地電阻，；Rt垂直接地棒組的接地電阻，；（參數(shù)說明及設(shè)計(jì)計(jì)算案例見作者論文變電站接地網(wǎng)深井接地的設(shè)計(jì)計(jì)算）。傳統(tǒng)的接地深井設(shè)計(jì)理念認(rèn)為：只有當(dāng)下層存在較低土壤電阻率土壤或較高地下水位時(shí)，接地深井對(duì)降低接地網(wǎng)接地電阻才有意義。我們認(rèn)為這種設(shè)計(jì)理念是片面的、不完整的。我們知道沒有一塊巖石是完整的不存在裂隙的，而巖石在