配電系統(tǒng)中2種不同接地裝置的優(yōu)化改進(jìn)與實(shí)踐

劉石生

(廣東電網(wǎng)公司 佛山三水供電局，廣東 佛山 528100)

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配電系統(tǒng)中2種不同接地裝置的優(yōu)化改進(jìn)與實(shí)踐

劉石生

(廣東電網(wǎng)公司 佛山三水供電局，廣東 佛山 528100)

摘要：配電系統(tǒng)中不論采用哪種形式的接地裝置，其接地電阻都應(yīng)滿足系統(tǒng)對(duì)接地電阻的要求，這是確保配電線路和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行以及保證人身安全的重要措施。為了解決當(dāng)前常規(guī)接地裝置存在的問題，對(duì)配電系統(tǒng)中2種不同接地裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并提出2種典型的、具有針對(duì)性的“10 kV配電網(wǎng)架空線路桿塔接地”和“樓宇表箱接地”解決方案。實(shí)踐結(jié)果表明，方案具備可靠性高、安全性強(qiáng)及經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，并且易操作，能夠有效地降低接地電阻值，較易達(dá)到系統(tǒng)接地電阻的要求，值得大力推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；接地裝置；優(yōu)化改進(jìn)；實(shí)踐

1問題現(xiàn)狀

配電設(shè)備雷擊造成電氣設(shè)備絕緣損壞是配電系統(tǒng)故障的重要因素，因此，配電設(shè)備的防雷至關(guān)重要，而防雷接地是防雷工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于配電設(shè)備種類繁多，分布廣泛，配電系統(tǒng)中的防雷接地點(diǎn)點(diǎn)多面廣，但在配電系統(tǒng)中不論采用何種形式的接地裝置，其接地電阻都應(yīng)滿足系統(tǒng)對(duì)接地電阻的要求，這是確保配電線路和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行以及保證人身安全的重要措施。目前，我國配電系統(tǒng)常用的接地方法如下。

1)單條接地極垂直打入地下進(jìn)行接地。該接地方法主要是用圓鋼制作的接地極(一般接地極的標(biāo)準(zhǔn)長度為2 m)垂直打入地下進(jìn)行接地，主要用于表箱接地，其優(yōu)點(diǎn)是敷設(shè)簡單、占地少和成本低；缺點(diǎn)是接地電阻難于達(dá)到系統(tǒng)對(duì)接地電阻的要求。

2)將圓鋼或扁鋼焊接成地網(wǎng)水平埋入地下，鋪設(shè)人工接地網(wǎng)。該接地方法優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到系統(tǒng)對(duì)接地電阻的要求；缺點(diǎn)是敷設(shè)較為復(fù)雜、占地多和成本高。

3)在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)原有地網(wǎng)中的接地電阻不能達(dá)到系統(tǒng)對(duì)接地電阻的要求時(shí)，主要采取延長接地極法、在土壤里添加降阻劑法、更換土壤法以及外引接地法等。由于在配電網(wǎng)線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)已基本成型的前提下，更換土壤和添加降阻劑已不現(xiàn)實(shí)；多數(shù)桿塔又位于農(nóng)村耕地中，考慮青賠問題，征地太難，根本就不能進(jìn)行地網(wǎng)重建；延長接地極成本太高，效果不一定明顯，此法所采用的垂直接地體長度，地質(zhì)條件一般為5～10 m，再長則效果不明顯，且給施工帶來困難，故上述方法已經(jīng)難以實(shí)施。

4)部分樓宇表箱的接地僅采用單條接地極垂直打入地下進(jìn)行接地。該接地方法接地電阻難以達(dá)到系統(tǒng)對(duì)接地電阻的要求，此外由于表箱大部分位于居民出入頻繁的樓梯口處，如果發(fā)生表箱外殼帶電，極易造成居民(尤其小朋友)觸電的危險(xiǎn)，對(duì)人身安全是極大的威脅，留下極大的安全隱患。同時(shí)，由于表箱地網(wǎng)在樓梯間的水泥地板下，如開挖鋪設(shè)成水平地網(wǎng)則施工困難，敷設(shè)復(fù)雜，成本高[1]。

2優(yōu)化方案

針對(duì)上述問題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境及規(guī)程要求，通過優(yōu)化接地網(wǎng)裝置來降低設(shè)備接地電阻，有針對(duì)性地提出了配電網(wǎng)架空線路桿塔接地采取單條標(biāo)準(zhǔn)長度垂直接地極圍繞桿塔進(jìn)行環(huán)形焊接敷設(shè)接地及樓宇表箱接地采取單條標(biāo)準(zhǔn)長度垂直接地極用放射一字形焊(連)接進(jìn)行敷設(shè)接地2種典型的解決方案。

2.1配電網(wǎng)架空線路桿塔防雷接地裝置的優(yōu)化改進(jìn)

配電網(wǎng)架空線路分布廣泛，桿塔多位于農(nóng)村耕地和山區(qū)，運(yùn)行環(huán)境惡劣，極易遭受雷擊，針對(duì)問題現(xiàn)狀1～3，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境及規(guī)程要求，配電網(wǎng)架空線路桿塔接地建議采取單條標(biāo)準(zhǔn)長度垂直接地極圍繞桿塔進(jìn)行環(huán)形焊接敷設(shè)接地的方法進(jìn)行接地。

2.1.1工作原理圖及工程示范圖

采取單條標(biāo)準(zhǔn)長度垂直接地極(一般接地極的標(biāo)準(zhǔn)長度為2 m，以扁鋼或圓鋼為材料)打入地下，再用環(huán)形接地網(wǎng)圍繞桿塔進(jìn)行環(huán)形焊接，形成地下環(huán)狀接地體，最后用接地引下線連接的敷設(shè)方式進(jìn)行接地。通常用于輸配電線路，可以改善接地點(diǎn)土壤的電場(chǎng)分布。工作原理圖如圖1所示[2]，工程示范圖如圖2所示。

圖1　環(huán)形接地裝置　　　圖2　環(huán)形接地裝置工程　工作原理圖　示范圖

2.1.2驗(yàn)證

按照?qǐng)D1、圖2，分別選擇3條不同的10 kV架空線路，分別在直線及轉(zhuǎn)角桿處論證接地極數(shù)n=1(單根)、3、4、5、6和8，深度為標(biāo)準(zhǔn)接地棒的長度(2 m)時(shí)，環(huán)形接地裝置的接地電阻變化趨勢(shì)見表1。

表1　環(huán)形接地裝置的接地電阻變化驗(yàn)證表

依據(jù)表1，畫出接地電阻變化趨勢(shì)圖(見圖3)。從圖中可以看出，隨接地極數(shù)量增加，接地電阻呈下降趨勢(shì)；當(dāng)n>5時(shí)，變化趨于平緩，再增加接地極數(shù)量，下降效果不明顯。因此，在電阻率ρ≤300 Ω·m 的土壤中，當(dāng)n=5時(shí)，環(huán)形接地能有效降低桿塔防雷接地電阻，達(dá)到防雷目的。

圖3　環(huán)形接地裝置接地電阻變化趨勢(shì)圖

2.1.3環(huán)形敷設(shè)接地裝置的施工要點(diǎn)

1)環(huán)狀接地體的內(nèi)沿應(yīng)距桿塔30～50 cm，且埋設(shè)深度為25～35 cm；接地極部分埋設(shè)深度L=1.8～2.2 m(最佳為2 m)、直徑φ=18～20 mm(最佳為19 mm)的接地極。

2)應(yīng)先埋設(shè)接地極，再埋設(shè)環(huán)狀接地體，并現(xiàn)場(chǎng)焊接完成，保證環(huán)狀接地體規(guī)整、無尖端。

3)接地極與環(huán)狀接地體應(yīng)焊接，焊接應(yīng)采用搭接焊接，對(duì)圓鋼來講，搭接的長度應(yīng)為其直徑的6倍，并應(yīng)雙面焊接，扁鋼的搭接長度應(yīng)為其寬度的2倍，并應(yīng)四面焊接；焊口質(zhì)量應(yīng)符合要求，不得有虛焊、假焊現(xiàn)象，如該連接處不宜焊接，可用螺栓聯(lián)接，但應(yīng)采取可靠的防銹措施。

4)接地引下線與桿塔應(yīng)采用鍍鋅螺栓聯(lián)接，應(yīng)接觸良好，以便于打開測(cè)量接地電阻。

5)對(duì)焊口應(yīng)涂瀝青進(jìn)行防腐處理，對(duì)接地引下線，應(yīng)從與水平接地體連接處直到與桿塔的連接螺栓處，全部刷瀝青，或防銹漆和黑漆進(jìn)行防腐處理，這部分由于防腐電位的不同最容易發(fā)生化學(xué)腐蝕。

6)回填。當(dāng)接地體全部焊接完畢，防腐措施也施工完畢，經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后，才能開始回填，回填應(yīng)用細(xì)土，回填土內(nèi)不應(yīng)有石塊和建筑垃圾等，外取的土不應(yīng)有較強(qiáng)的腐蝕性；在回填土?xí)r應(yīng)分層夯實(shí)，不應(yīng)用砂石回填。

7)地面處理。在回填完畢后，如果處于山坡或斜坡地帶，為了防止雨水沖刷造成水土流失，應(yīng)在回填完畢后的地表栽植草皮進(jìn)行保護(hù)。

8)全部施工完畢后，經(jīng)過一定時(shí)間(7 d)再測(cè)接地電阻看是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求[3]。

2.2樓宇表箱接地裝置的優(yōu)化改進(jìn)

樓宇表箱大部分位于居民出入頻繁的樓梯口處，考慮居民區(qū)不能大面積開挖破土，以及單條接地極無法滿足接地電阻要求的限制，為最大限度降低開挖面積，并通過增加接地極來增大接觸面來降低接地裝置的接地電阻以求達(dá)到系統(tǒng)要求。針對(duì)問題現(xiàn)狀4，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境及規(guī)程要求，樓宇表箱的接地裝置建議采取“單條標(biāo)準(zhǔn)長度垂直接地極用放射一字形焊(連)接敷設(shè)接地”的方法進(jìn)行接地。

2.2.1工作原理及工程示范圖

根據(jù)居民樓宇已成形，地面混凝土難于開挖，以及樓梯口位置較為狹窄的特點(diǎn)，采取單條標(biāo)準(zhǔn)長度垂直接地極(一般接地極的標(biāo)準(zhǔn)長度為2 m，以扁鋼或圓鋼為材料)沿墻面水平打入地下，再用水平接地網(wǎng)以防銹螺栓聯(lián)接或搭接焊接的方式形成地下接地網(wǎng)，然后通過接地引下線與表箱聯(lián)接的敷設(shè)方式進(jìn)行接地。一字形接地體一般應(yīng)用在土壤電阻率較小的地區(qū)和電壓等級(jí)較低的線路，包括公寓住宅中計(jì)量裝置。一字形接地裝置示意圖和工程示范圖分別如圖4和圖5所示。

圖4　一字形接地裝置示意圖

圖5　一字形接地裝置工程示范圖

2.2.2驗(yàn)證

按照?qǐng)D4、圖5，論證接地極數(shù)n分別為1(單根)、3、4、5、6和8，深度為標(biāo)準(zhǔn)接地棒的長度(2 m)時(shí)，放射一字形焊(連)接的接地電阻變化趨勢(shì)見表2。

表2　一字形接地裝置的接地電阻變化驗(yàn)證表

依據(jù)上表，畫出一字形接地裝置接地電阻變化趨勢(shì)圖(見圖6)。從圖6可以看出，隨接地極數(shù)n的增加，接地電阻呈下降趨勢(shì)；但在n>4后，變化趨于平緩，再增加接地極數(shù)量，下降效果不明顯。因此，當(dāng)n為5或6時(shí)(根據(jù)土壤的電阻率確定)，放射一字形焊(連)接接地電阻符合要求，此法簡單易行，開挖面積小，且不失美觀。

圖6　環(huán)形接地裝置接地電阻變化趨勢(shì)圖

2.2.3環(huán)形接地極的施工要點(diǎn)

1)水平接地體根據(jù)樓梯口位置距墻面10～30 cm打入5～6條垂直接地棒，接地極部分打入深度L=1.8～2.2 m(最佳為2 m)、直徑為18～20 mm(最佳為19 mm)的接地極。

2)垂直接地棒用圓鋼現(xiàn)場(chǎng)焊接完成，形成一個(gè)整體水平接地網(wǎng)，保證接地體規(guī)整、無尖端。

3)接地極與整體水平接地網(wǎng)接地體應(yīng)焊接，焊接應(yīng)采用搭接焊接。圓鋼的搭接的長度應(yīng)為其直徑的6倍，并應(yīng)雙面焊接，扁鋼的搭接長度應(yīng)為其寬度的2倍，并應(yīng)四面焊接；焊口質(zhì)量應(yīng)符合要求，不應(yīng)有虛焊、假焊現(xiàn)象，如該連接處不宜焊接，可用螺栓聯(lián)接，但應(yīng)采取可靠的防銹措施。

4)接地引下線與居民樓宇表箱應(yīng)采用鍍鋅螺栓聯(lián)接，應(yīng)接觸良好，以便于打開測(cè)量接地電阻。

5)凡外露的接地引下線及接地網(wǎng)都應(yīng)套上PVC管或做好其他防觸電措施。

3效益分析

3.1配電網(wǎng)架空線路桿塔接地裝置的優(yōu)化改進(jìn)

采取單條標(biāo)準(zhǔn)長度垂直接地極圍繞桿塔環(huán)形敷設(shè)裝置，其優(yōu)點(diǎn)是施工簡單、占地少、成本低、減少征地、保護(hù)耕種、簡單易行和經(jīng)濟(jì)有效。

采用常規(guī)水平開挖焊接敷設(shè)的接地裝置，每基桿塔接地網(wǎng)費(fèi)用為2 650元(含設(shè)計(jì)、材料、人工和青苗等)；如采用本方案，每基桿塔接地網(wǎng)費(fèi)用只需1 130元，節(jié)省1 520元。佛山地區(qū)每年新建或改造桿塔接地網(wǎng)約3 500組，1年可節(jié)約2 800組×1 520元/組=425.6(萬元)，推廣至廣東省乃至全國，每年可節(jié)省費(fèi)用上億元。

3.2樓宇表箱接地裝置的優(yōu)化改進(jìn)

采取單條標(biāo)準(zhǔn)長度垂直接地極用放射一字形焊(聯(lián))接進(jìn)行敷設(shè)接地，其優(yōu)點(diǎn)是敷設(shè)簡單、成本低、美觀和最大限度減小開挖面積。

采用常規(guī)水平開挖焊接敷設(shè)的接地裝置，每組樓宇表箱的接地網(wǎng)費(fèi)用為2 830元，而本方案只需960元，節(jié)省了1 870元。佛山地區(qū)每年新建或改造的樓宇表箱接地網(wǎng)達(dá)2 300組，1年可節(jié)約1 800組×1 870元/組=336.61(萬元)，如推廣至廣東省乃至全國，每年可節(jié)省費(fèi)用上億元。

綜上所述，本文的優(yōu)化方案可用較低成本解決現(xiàn)有配電網(wǎng)接地電阻的問題，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4結(jié)語

采用配電網(wǎng)架空線路桿塔接地采取單條標(biāo)準(zhǔn)長度垂直接地極圍繞桿塔進(jìn)行環(huán)形焊接敷設(shè)接地及樓宇表箱接地采取單條標(biāo)準(zhǔn)長度垂直接地極用放射一字形焊(聯(lián))接進(jìn)行敷設(shè)接地2種接地方案，具有施工簡單、占地少、成本低、減少征地、保護(hù)耕種及經(jīng)濟(jì)有效等優(yōu)點(diǎn)，可用較低的成本解決現(xiàn)有配電網(wǎng)接地電阻存在的問題，無論從可靠性、安全性，還是從經(jīng)濟(jì)性、操作性方面都不失為一種值得大力推廣應(yīng)用的配電網(wǎng)接地的新方法。

但是，地區(qū)不同，土壤的電阻率也不盡相同，所以無論采用何種形式的接地裝置，在該接地裝置施工完畢后應(yīng)經(jīng)過測(cè)量，確保其接地電阻值滿足系統(tǒng)要求后才能投入運(yùn)行，才能確保配電線路和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行以及保證人身安全。

參考文獻(xiàn)

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[2] 林明嘉. 鐵路區(qū)間四電綜合場(chǎng)坪防雷接地系統(tǒng)集約化設(shè)計(jì)實(shí)踐[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2014(11):135-139.

[3] 徐鎮(zhèn). 變電站接地系統(tǒng)應(yīng)用研究[D]. 北京:華北電力大學(xué),2014.

責(zé)任編輯彭光宇

The Improvement and Practice in Two Different Optimization Grounding Devices of Power Distribution System

LIU Shisheng

(Guangdong Power Grid Corporation， Power Supply Bureau of Foshan Sanshui， Foshan 528100， China)

Abstract：Regardless whether using what form of grounding installations in the distribution system, the grounding resistance must meet the system requirements for the grounding resistance, which can ensure safe and stable operation as well as an important measure to ensure personal safety. For current conventional grounding problems in the power distribution system, optimize two different grounding improvements, and propose targeted “10 kV distribution network overhead line tower grounding”and “Building meter Box ground” which have the typical practice solutions. The results show that all the reliability, security, economy, and workability can be regarded as a worthwhile vigorously promoting the use of the distribution network lines and equipment grounding adapt new methods. The research can effectively reduce the grounding resistance value, and it is the more easy to achieve system grounding resistance requirement.

Key words:distribution system， grounding device， optimization and improvement， practice

收稿日期：2015-08-21

作者簡介：劉石生(1972-)，男，工程碩士，高級(jí)工程師，高級(jí)技師，主要從事配網(wǎng)的運(yùn)行、管理和規(guī)劃等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TM 732

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A