110kV變電站接地設(shè)計(jì)的誤區(qū)

周啟虎（襄陽(yáng)誠(chéng)智電力設(shè)計(jì)有限公司）

110kV變電站接地設(shè)計(jì)的誤區(qū)

周啟虎
（襄陽(yáng)誠(chéng)智電力設(shè)計(jì)有限公司）

摘 要：目前110kV變電站接地設(shè)計(jì)中，經(jīng)常面臨地網(wǎng)面積小，常規(guī)方案難以滿足接地設(shè)計(jì)要求的情況，接地設(shè)計(jì)往往容易走向盲目降阻的誤區(qū)，既不經(jīng)濟(jì)合理，也難以評(píng)估地網(wǎng)系統(tǒng)的安全性。從接地網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求入手，從土壤電阻率的勘測(cè)、合理選擇降阻措施、強(qiáng)條反措等方面分析110kV變電站接地設(shè)計(jì)應(yīng)注意的細(xì)節(jié)和關(guān)鍵，避免走向誤區(qū)。

關(guān)鍵詞：接地；土壤電阻率；散流；降阻

0　引言

接地設(shè)計(jì)是變電站設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵因素。接地設(shè)計(jì)達(dá)不到要求，不僅危及電氣設(shè)備的安全，更威脅著人的生命。在110kV變電站的接地設(shè)計(jì)中，因110kV變電站通用設(shè)計(jì)總平面面積一般不大，在遇到中高土壤電阻率的情況下，常規(guī)方案難以達(dá)到接地電阻、跨步電壓和接觸電勢(shì)的要求。盲目地采取降阻措施，既不經(jīng)濟(jì)合理，也難以評(píng)估地網(wǎng)系統(tǒng)的安全性。從接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求出發(fā)，針對(duì)土壤的勘測(cè)、降阻目標(biāo)及措施的選擇、地網(wǎng)安全性的校核等方面分析目前110kV變電站接地設(shè)計(jì)的誤區(qū)。

1　接地網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

目前，我國(guó)變電站主接地網(wǎng)設(shè)計(jì)主要遵照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DL/T 621—1997）和國(guó)標(biāo)（GB/T 50065—2011）的要求。

在有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中，接地電阻一般情況應(yīng)符合：R≤2000/I，同時(shí)國(guó)標(biāo)規(guī)定，當(dāng)不滿足2000/I時(shí)，接地網(wǎng)電位升高不宜超過(guò)5kV，若無(wú)站用變壓器向外低壓供電時(shí)，地電位升高可提高到8kV。如果滿足這些要求仍有困難時(shí)，經(jīng)專門(mén)計(jì)算，且采取的措施可確保人身和設(shè)備安全時(shí)，可適當(dāng)提高接地網(wǎng)電位升的數(shù)值。

不符合上述要求時(shí)，應(yīng)符合以下要求：

1）驗(yàn)算接觸電位差及跨步電壓差（所有情況都應(yīng)計(jì)算）；

2）防止轉(zhuǎn)移電位引起的危害——隔離措施；

3）3～10kV閥式避雷器不應(yīng)動(dòng)作或動(dòng)作后應(yīng)承受被賦予的能量。

目前110kV變電站接地設(shè)計(jì)中，控制接地電阻成為接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，缺乏對(duì)安全性的詳細(xì)評(píng)估；設(shè)計(jì)人員經(jīng)常只盲目考慮降阻措施，以滿足R≤2000/I；卻忽視應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況合理選擇降阻目標(biāo)。

隨著我國(guó)可利用耕地越來(lái)越少，越來(lái)越多的變電站建在巖土、山石較多的地區(qū)，土壤電阻率較高，而110kV接地網(wǎng)面積一般偏小，以R≤2000/I為控制目標(biāo)一般代價(jià)比較大，此時(shí)應(yīng)結(jié)合場(chǎng)地情況，適當(dāng)降低降阻目標(biāo)，采取合理的降阻措施和均壓措施，滿足保護(hù)電氣設(shè)備及人員安全的需要。

涉及電網(wǎng)短路電流變化的擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)中，必須對(duì)前期已投運(yùn)的不滿足熱穩(wěn)定容量校驗(yàn)的接地裝置進(jìn)行改造。

涉及電網(wǎng)短路電流變化的擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)中，往往重視電氣設(shè)備的短路水平是否適應(yīng)新的要求，進(jìn)行相應(yīng)的改造，卻經(jīng)常忽視接地網(wǎng)的校核，一方面原有地網(wǎng)接地電阻可能已經(jīng)不滿足要求，另一方面接地網(wǎng)材料可能不滿足新系統(tǒng)的熱穩(wěn)定要求。

2　土壤電阻率的勘測(cè)

變電站土壤電阻率必須經(jīng)過(guò)合理準(zhǔn)確的測(cè)量才能作為接地電阻計(jì)算的依據(jù)，很多工程中，僅根據(jù)土壤性質(zhì)對(duì)土壤電阻率進(jìn)行估算，誤差往往非常大，而土壤的類別應(yīng)僅作為校核測(cè)得土壤電阻率是否正確的手段。

按現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定：土壤電阻率測(cè)試深度要求最小不小于10m，有特殊要求時(shí)需按設(shè)計(jì)要求測(cè)量。設(shè)計(jì)值大多測(cè)試深度在幾十米，即淺層土壤電阻率，但往往與變電站實(shí)際電阻率相差較大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)計(jì)算接地電阻值與實(shí)際測(cè)試值出入較大。

（1）測(cè)試方法

土壤電阻率測(cè)試是接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步，是接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)及計(jì)算的基礎(chǔ)。目前通用的土壤電阻率測(cè)試方法有等距四極法和電磁測(cè)深法。

工程中應(yīng)用較多的是等距四極法，并且大多數(shù)采用普通電法測(cè)試儀，測(cè)深深度與電極的間距相關(guān)，間距越大，能反映的測(cè)試深度越深，該方法測(cè)試簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，但需要現(xiàn)場(chǎng)布線，對(duì)于地形狹窄變電站，往往沒(méi)有足夠場(chǎng)地，測(cè)試深度受到限制，工程設(shè)計(jì)中測(cè)量深度基本在20～100m之間。

電磁測(cè)深法基本不受場(chǎng)地限制，勘測(cè)范圍廣，從測(cè)試幾十米到幾公里，但該方法費(fèi)用比較高，且測(cè)量表層土壤電阻率（幾十米以內(nèi)）結(jié)果不準(zhǔn)，需要與四極法配合使用。

此外，地勘過(guò)程中往往容易忽視的是測(cè)試土壤的pH值，土壤的酸堿性不同，相應(yīng)采取的降阻措施也不一樣。敷設(shè)在大氣和土壤中有腐蝕性場(chǎng)所的接地體和接地引下線，應(yīng)根據(jù)腐蝕的性質(zhì)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較采取熱鍍鋅、熱鍍錫、銅覆鋼等防腐措施。

（2）散流

理論上地網(wǎng)散流范圍及深度為整個(gè)大地，接地系統(tǒng)的接地電阻大小，不完全取決于表層土壤，與深層土壤的電阻率也密切相關(guān)。

土壤模型是建立在勘測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，對(duì)地網(wǎng)所在區(qū)域的勘測(cè)廣度及深度很大程度地決定了土壤模型與真實(shí)土壤結(jié)構(gòu)的接近程度，并且表層土壤電阻率隨季節(jié)變化較大，測(cè)試結(jié)果并不能完全反應(yīng)實(shí)際情況，需要進(jìn)行季節(jié)修正，而深層土壤電阻率比較穩(wěn)定，測(cè)試結(jié)果基本能反應(yīng)實(shí)際情況。實(shí)際工程中，因考慮經(jīng)濟(jì)原因，在高土壤電阻率區(qū)域，土壤測(cè)試深度應(yīng)不小于變電站對(duì)角線長(zhǎng)度。

3　合理選擇降阻措施

110kV變電站接地設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)工程具體情況選取降阻措施，下面對(duì)以下幾種常用降阻方法進(jìn)行分析比較。

1）換土?？扛淖兺寥离娮杪省p小接觸電阻的手段達(dá)到降阻的目的。只有換土層達(dá)到相當(dāng)厚度才能明顯降低接地電阻，換填量比較大，一般工程難以找到大量可供換填的土壤，同時(shí)加大地基處理工程量，一般不推薦大量使用。

2）電解離子接地極或接地模塊。該方法主要改變接觸部分土壤電阻率，適合在難以找到低電阻土壤或不易開(kāi)挖的地方。

3）使用降阻劑。一般作為輔助手段，不推薦使用化學(xué)性質(zhì)降阻劑，對(duì)土壤污染較嚴(yán)重。

4）擴(kuò)大接地網(wǎng)面積和外引接地。比較有效，但受限周邊條件，且需考慮地網(wǎng)外延后的安全性。

5）深井接地。在深層有低土壤電阻率或含水層的地方效果比較明顯，有條件推薦優(yōu)先采用。

4　接地網(wǎng)敷設(shè)中常忽視的強(qiáng)條及反措要求

1）主要電氣設(shè)備（變壓器、高壓電抗器、避雷器、斷路器、TV、TA等）需采用雙接地，應(yīng)用兩根與主接地網(wǎng)不同干線連接的接地引下線，每根均應(yīng)符合熱穩(wěn)定校核要求。

2）避雷器應(yīng)用最短的接地線與主接地網(wǎng)連接，且應(yīng)在連接處設(shè)置集中接地裝置。

3）避雷針（網(wǎng)、帶）及其接地裝置，應(yīng)采取自下而上的施工程序，首先安裝集中接地裝置，后安裝引下線，最后安裝接閃器。

4）對(duì)于腐蝕嚴(yán)重地區(qū)的接地裝置，應(yīng)根據(jù)具體情況選用接地材料，可采取陰極保護(hù)措施。

5）引入配電裝置室的每條架空線路安裝的避雷器接地線，應(yīng)與配電裝置室的接地裝置連接，但在入地處應(yīng)敷設(shè)集中接地裝置。

6）變電站控制室及保護(hù)小室應(yīng)獨(dú)立敷設(shè)與主接地網(wǎng)緊密連接的二次等電位接地網(wǎng)，在系統(tǒng)發(fā)生近區(qū)故障和雷擊事故時(shí)，以降低二次設(shè)備間電位差，減少對(duì)二次回路的干擾。

參考文獻(xiàn)

[1] DL/T 621—1997 交流電氣裝置的接地[S].

[2] GB/T 50065—2011 交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

收稿日期：（2015-06-02）