山區(qū)變電站接地設(shè)計(jì)

汪淑芬

（黃山開創(chuàng)電力勘察設(shè)計(jì)院，安徽黃山 245000）

主接地網(wǎng)作為變電站交直流設(shè)備接地及防雷保護(hù)接地，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著重要的作用，因此在工程設(shè)計(jì)過程中主接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)舉足輕重。目前各電壓等級(jí)的變電站在設(shè)計(jì)時(shí)，都嚴(yán)格貫徹“節(jié)地”思想，總平布置都相當(dāng)緊湊。對(duì)于電壓等級(jí)較低的小型變電站，緊湊布置給變電站主地網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施工帶來一定的難度。特別在山區(qū)，土壤電阻率較高的情況較為普遍，降低接地電阻勢(shì)在必行。本文以農(nóng)村35 k V變電站為例進(jìn)行分析。

1 山區(qū)電網(wǎng)35 kV變電站降阻方式分析

根據(jù)GB／T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：不接地、諧振接地和高電阻接地系統(tǒng)中發(fā)電廠和變電所電氣裝置保護(hù)接地的接地電阻應(yīng)符合下列要求：R≤120／I，且不應(yīng)大于4Ω?！蹦壳埃话?5 k V農(nóng)村變電站主變配置為2臺(tái)，35 k V設(shè)備及10 k V無功補(bǔ)償裝置采用戶外布置方式。10 k V開關(guān)柜及二次控制室多采用單層建筑，根據(jù)規(guī)模及布置不同，變電站通常面積不大于1 500 m2，周長不大于165 m。常規(guī)設(shè)計(jì)的接地網(wǎng)均采用以水平接地極為主、垂直接地極為輔的復(fù)合接地網(wǎng)形式，當(dāng)土壤電阻率超過310Ω·m時(shí)，接地電阻將超過4Ω，不能滿足國家規(guī)范的接地要求。

在山區(qū)，土壤電阻率較高的情況時(shí)有出現(xiàn)。對(duì)此，在設(shè)計(jì)中就需要采取有效的降阻措施。一般可采用的降阻方法有：外引、深井接地、降阻劑、換土、爆破、接地模塊等常用類型。針對(duì)這幾種接地方式進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

1.1 敷設(shè)外引接地

敷設(shè)外引接地方式的前提是變電所附近有較低電阻率的大片地塊，可供敷設(shè)外引接地極，使變電所接地網(wǎng)的接地電阻符合規(guī)程規(guī)定。若該地塊距離變電站較遠(yuǎn)，則長距離外引接地極的降阻效果大打折扣，需要滿足要求的外引接地裝置長度則會(huì)很長、面積延伸也會(huì)很大，必然會(huì)大大增加變電站征地、接地網(wǎng)的施工以及今后運(yùn)行維護(hù)等的成本。因此，對(duì)于土壤電阻率較高的山區(qū)很難廣泛應(yīng)用。

1.2 深井接地

在山區(qū)，通常地表是多年沉積土，更深層往往是巖石風(fēng)化層或者巖層，土壤電阻率一般都較高，即使山區(qū)積土層較厚，由于地下較深處地層分布土質(zhì)與地表亦相差不大，土壤電阻率并未比地表處小多少，因此深井接地意義不大，另外對(duì)于接地網(wǎng)后期的維護(hù)也增加難度。因此，井式或者深鉆式接地在山區(qū)通常也難以采用。

1.3 化學(xué)系降阻劑

化學(xué)系降阻劑由于穩(wěn)定性、長效性較差，并且對(duì)土壤腐蝕性較強(qiáng)，近年來已被限制或禁止使用。而單純的物理降阻劑主要通過降低接地體與土壤的接觸電阻，從而降低接地電阻。變電站接地網(wǎng)面積是一定的，由于均壓帶和垂直接地極的存在，屏蔽作用較大，而可降低的接觸電阻也是有限的，即使增加再多的降阻劑，也無法使電阻降得更低，因此在實(shí)際應(yīng)用中也受到限制。

1.4 換土方式

對(duì)變電站站址整體地塊土壤電阻率均很高的情況，由于接地網(wǎng)面積較大，需要挖方和填方以及運(yùn)輸?shù)墓こ塘繉⒃黾?，造價(jià)也會(huì)提高，同時(shí)回填土夯實(shí)系數(shù)要達(dá)到工程需要值也將有很大的難度，而且對(duì)置換的土質(zhì)要求較高，因此換土在整體變電站接地處理中很少使用，更多的是應(yīng)用于輸電線路桿塔的降阻處理。

1.5 爆破接地技術(shù)

爆破接地技術(shù)是近年發(fā)展起來的降低接地電阻的新技術(shù)，通過爆破制裂，再用壓力機(jī)將低電阻率材料壓入爆破裂隙中，加強(qiáng)接地電極與土壤、巖石的接觸，從而起到改善較大范圍的土壤導(dǎo)電性能的目的。但其主要針對(duì)于巖層站址，對(duì)于小型化的農(nóng)村變電站，由于占地面積小，選址相對(duì)靈活方便，一般站址不會(huì)選擇在大面積巖層的地方［1］，因此爆破接地介紹不適合農(nóng)村變電站降阻。

1.6 接地降阻模塊

接地降阻模塊的原理為：采用防腐金屬電極，外包裹著物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的低電阻導(dǎo)電材料，同時(shí)配套使用專用增效劑降低模塊附近土壤電阻率，從而有效降低接地網(wǎng)的接地電阻。與普通金屬接地體相比，接地模塊擁有低電阻和低接觸電阻的明顯優(yōu)勢(shì)［2］。但是，接地降阻模塊也有著明顯的局限性，在面積一定的情況下，接地材料的屏蔽系數(shù)會(huì)隨著距離的減小逐漸增大，其利用率會(huì)越來越??；當(dāng)接地材料之間的距離小到一定程度時(shí)，接地材料的增加對(duì)整個(gè)地網(wǎng)的接地電阻的貢獻(xiàn)趨近于零。一般要求接地體之間的間隔不小于5 m。這樣對(duì)于面積較小、土壤電阻率較高的山區(qū)變電站來說，即使裝設(shè)了接地模塊，仍然無法達(dá)到接地電阻的要求值，甚至仍需外延接地網(wǎng)面積，無疑增加了征地費(fèi)用等。因此，此種方法對(duì)占地面積很小的變電站也有使用限制。

通過上述分析可知，單一的降阻方法都有明顯的局限性，對(duì)于山區(qū)小型變電站的接地設(shè)計(jì)，需要結(jié)合多種方式綜合考慮和布置，從而使接地電阻降低到要求值。

2 35 kV山區(qū)變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例

某35 k V變電站，主變規(guī)模為2×10 000 k VA，4回35 k V出線，10 k V無功補(bǔ)償2×1 800 kvar，戶外布置；10 k V設(shè)備采用戶內(nèi)中置柜布置。變電站總面積為1 460.15 m2，周長為163 m。受地形影響，總平布置為缺口矩形，采用四極法測(cè)量土壤電阻率約為682Ω·m，按最低要求5 m網(wǎng)格布置常規(guī)復(fù)合地網(wǎng)（如圖1所示）。

圖1 某35 k V變電站接地網(wǎng)布置圖

首先考慮采用接地降阻模塊，經(jīng)過初步計(jì)算得到，需設(shè)置約27塊，考慮到接地材料的屏蔽效應(yīng)，設(shè)置接地體之間的間隔為5 m。因變電站內(nèi)部布局緊湊緊湊，接地網(wǎng)的敷設(shè)應(yīng)避開設(shè)備基礎(chǔ)、電纜管道、給排水管網(wǎng)等，本站合理布置27塊接地模塊比較困難。因此，決定采用離子接地降阻系統(tǒng)，通過深井鉆孔方式達(dá)到降阻的目的?？紤]現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用9 m深離子接地降阻系統(tǒng)均布在接地網(wǎng)外緣，每套降阻系統(tǒng)采用一根6 m長95 mm2銅包鋼絞線配合使用一套3 m長的離子接地極，深井口徑φ150 mm，深井中灌注低電阻率材料。經(jīng)計(jì)算，每套離子接地極并聯(lián)后的深井接地電阻為25.5Ω，則6組深井接地系統(tǒng)與水平地網(wǎng)并聯(lián)后的綜合電阻為：

式中 η——深井電極相互屏蔽的利用系數(shù)，取0.8。

變電站在實(shí)際施工過程中，通過布置6組9 m深離子接地降阻系統(tǒng)，降阻效果明顯，接地電阻降到4Ω以下，滿足接地要求。

3 結(jié)語

對(duì)于山區(qū)農(nóng)村電網(wǎng)35 k V變電站，當(dāng)土壤電阻率較高時(shí)，在主接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)得的土壤電阻率，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本著安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性、施工便捷性的宗旨，綜合考慮來選取合適的降阻方式，以滿足接地要求。

［1］ 安建強(qiáng)，何金良，孟慶波.爆破接地技術(shù)在地網(wǎng)改造中的應(yīng)用［J］.電力建設(shè)，2000（4）：17.

AN Jian-qiang，HE Jin-liang，MENG Qing-bo.Applicatiou of explosive grounding technique in reformation of grounding networks［J］.Electric Power Construction，2000（4）：17.

［2］ 陸德琳.接地模塊在降低變電站接地電阻中的應(yīng)用［J］.電氣技術(shù)，2012（1）：107.

［3］ 水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè) 電氣一次部分［M］.北京：中國電力出版社，1989.