關(guān)于變電站接地網(wǎng)及接地電阻的探討

符振偉

【摘 要】變電站的接地電阻值是變電站設(shè)備正常運(yùn)行的重要技術(shù)指標(biāo)，也是衡量接地系統(tǒng)的有效性、安全性的重要參數(shù)。本文結(jié)合筆者多年線路變電站施工的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)變電站接地網(wǎng)及接地電阻進(jìn)行了探討性分析，可供大家參考。

【關(guān)鍵詞】接地系統(tǒng)；降阻措施；接地網(wǎng)；定期檢查

變電站的接地系統(tǒng)是保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行和人身安全的重要舉措。電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障或是其他大電流入地時(shí)，如果地網(wǎng)的接地電阻較大就會(huì)造成地網(wǎng)電位異常升高。高壓竄入控制室，輕則導(dǎo)致監(jiān)測(cè)、控制設(shè)備發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)，重則破壞監(jiān)測(cè)設(shè)備從而擴(kuò)大事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

1.電站接地系統(tǒng)

1.1接地電阻

據(jù)DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》要求， 有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中變電站電氣裝置保護(hù)接地的接地電阻宜符合：R≤2000/I。其中：R為考慮到季節(jié)變化的最大接地電阻， 單位是Ω；I為計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流， 單位為A。隨著系統(tǒng)的發(fā)展， 短路電流越來(lái)越大， 接地電阻要達(dá)到此值， 會(huì)存在困難。故在DL/T621-1997中還規(guī)定， 接地電阻雖可適當(dāng)加大， 但不得超值5Ω， 且應(yīng)按第6.2.2條進(jìn)行校驗(yàn)。這同以往規(guī)范相比， 不再?gòu)?qiáng)制規(guī)定了直接接地和小電阻接地系統(tǒng)中接地電阻必須小于0.5Ω的要求， 而以往習(xí)慣上認(rèn)為在110kV及以上變電站中， 接地電阻小于0.5Ω就是合格， 無(wú)論短路電流多大都不采取措施， 這也是不合理的。接地電阻的合格值應(yīng)根據(jù)工程具體入地短路電流確定。在滿足附加條件的要求下， 接地電阻不超過(guò)5Ω也是合格的。

1.2接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

典型的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)可遵循如下原則：

（1）布置圍繞變電站的實(shí)際區(qū)域外圍的連續(xù)接地導(dǎo)體回環(huán)。這能避免大的電流集中， 避免在接地網(wǎng)區(qū)域和突出的電纜端的高電位。接地網(wǎng)外圍導(dǎo)體包圍更大的區(qū)域?qū)?dǎo)致接地電阻的降低。

（2）在回環(huán)內(nèi)布置平行接地導(dǎo)體， 一般沿結(jié)構(gòu)物或設(shè)備布置的行列方向布置接地導(dǎo)體， 以確保設(shè)備的最短的接地連接。

（3）變電站的埋深一般為0.5～1.0m， 間距為10～15m。水平接地導(dǎo)體的交叉點(diǎn)應(yīng)可靠的搭接在一起。垂直接地極也可以布置在主要設(shè)備處， 特別是避雷器附近。在多層或高阻土壤中， 在連接點(diǎn)處布置長(zhǎng)垂直接地極是有效的。

（4）接地網(wǎng)網(wǎng)孔的邊長(zhǎng)比一般從1：1到1：3變化。交叉連接也能確保多個(gè)故障電流流散通道， 使接地網(wǎng)本身的電位降至最小，當(dāng)一個(gè)接地極導(dǎo)體故障時(shí)， 能確保故障電流的流散。

2.降低接地電阻的有效措施

2.1深接地法

由變電站外延接地線（40×4的鍍鋅扁鋼）， 在進(jìn)線塔下端打有一口約200m超深接地井，用鉆機(jī)鉆孔，把直徑100mm的鍍鋅鋼管接地極打入井孔內(nèi)，并向鋼管內(nèi)和井內(nèi)灌注泥漿。此法經(jīng)過(guò)工程實(shí)際測(cè)量，系統(tǒng)接地電阻為0.442Ω，符合設(shè)計(jì)效果很好。下面就采用深井接地降低接地電阻作一下探討。和其它輔助降阻措施相比，深井接地法有以下優(yōu)點(diǎn)大大降低接地電阻；減少變電站占用地表面積，是改造優(yōu)化的最好方法；設(shè)計(jì)壽命可以非常長(zhǎng)，設(shè)計(jì)裕度非常大；深層的土壤電阻率不受氣候、季節(jié)影響， 數(shù)值穩(wěn)定。因此，接地電阻值也不會(huì)隨氣候、季節(jié)變化， 這是深井接地最大的優(yōu)點(diǎn)。深井接地極技術(shù)的特點(diǎn)適應(yīng)自然條件，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分利用有利地形；排流特點(diǎn)，由于在地層深處導(dǎo)電層，利用地層10m以下地下水層的導(dǎo)電性，大大降低接地電阻，增大系統(tǒng)穩(wěn)定性；性能穩(wěn)定、可靠，不受地下水層水文變化層影響；排流量大，分布均衡、合理。

2.2放置電解地極

對(duì)于高土壤電阻率地區(qū)，降低變電站地網(wǎng)的接地電阻是比較困難的。在設(shè)計(jì)或改造地網(wǎng)以降低其接地電阻時(shí)常常會(huì)遇到的問(wèn)題。在某變電站的地網(wǎng)設(shè)計(jì)及工程施工中也遇到了這個(gè)問(wèn)題。在該變電站地網(wǎng)改造工程實(shí)踐中，采用鉆8口斜井共1800m在其中放置DK-AG電解地極80套，這一做法使得接地電阻值降低了80.8%且滿足了設(shè)計(jì)要求。因此，當(dāng)變電站的土壤電阻率較高，用于接地網(wǎng)的面積不能將接地電阻降低至設(shè)計(jì)要求值時(shí)，可采用DK-AG電解地極來(lái)實(shí)現(xiàn)降阻。

2.3換土和使用降阻劑

有的變電站采用緊湊型布置，占地很小，這些使得變電站的接地電阻很難滿足要求，必須在接地設(shè)計(jì)中結(jié)合實(shí)際情況考慮降阻措施。

（1）換土：在土壤電阻率高的地區(qū)進(jìn)行換土，是普遍采用的有效辦法，且施工簡(jiǎn)單。例如某變電站位于山區(qū)，地質(zhì)報(bào)告顯示站區(qū)耕植土厚度為0.2～0.6m，部分地方有基巖露出，土層以下為砂巖和灰?guī)r。接地設(shè)計(jì)采用換土，在土層厚度不能滿足要求的地方，沿水平接地體挖接地槽， 深度為1m，垂直接地極坑深度3m，底部直徑1m，施工時(shí)在接地槽和接地坑內(nèi)先鋪設(shè)20cm厚的黏土并夯實(shí)，再放入接地體，回填土層層夯實(shí)。施工完成后實(shí)測(cè)接地電阻完全滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）使用降阻劑：降阻劑的主要作用是減小接地體與土壤的接觸電阻和降低周?chē)寥赖碾娮杪?。在高土壤電阻率的地區(qū)， 使用降阻劑的例子很多，大多數(shù)是和換土措施同時(shí)使用。需要注意的是：降阻劑的作用和施工工藝有很大關(guān)系，例如施工中降阻劑施加不均勻、回填土埋深不滿足要求時(shí)均會(huì)影響降阻劑的降阻效果，而且還會(huì)對(duì)接地體產(chǎn)生腐蝕。

3.變電站接地網(wǎng)

3.1接地網(wǎng)截面的選擇

首先，接地裝置的截面選擇要滿足熱穩(wěn)定的要求，驗(yàn)算熱穩(wěn)定的關(guān)鍵是確定短路電流作用的時(shí)間，此問(wèn)題應(yīng)該結(jié)合保護(hù)的可靠性、施工情況、經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行綜合考慮。交流電氣裝置的接地新規(guī)程（DL/T621 -1997）附錄C（標(biāo)準(zhǔn)的附錄）接地裝置的熱穩(wěn)定校驗(yàn)規(guī)定有效接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗(yàn)時(shí)間應(yīng)該取主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間加上失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；不接地、消弧線圈接地和高阻接地系統(tǒng)接地裝置熱穩(wěn)定校驗(yàn)時(shí)間應(yīng)該取2s，即第一后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。110kV及以下變電站一般為普通降壓變電所，屬于不接地、消弧線圈接地系統(tǒng)，在電網(wǎng)中的重要性相對(duì)低一些，保護(hù)的可靠性要差一點(diǎn)，這些變電站按第一后備保護(hù)考慮所確定的截面比按主保護(hù)考慮所確定的截面增大較小，所以，為了防止接地裝置擴(kuò)大事故，110kV及以下系統(tǒng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)時(shí)間宜按第一后備保護(hù)考慮。

3.2關(guān)于接地網(wǎng)的配置

在前面提到的， 接地設(shè)計(jì)規(guī)程中對(duì)于變電站接地設(shè)計(jì)提出了具體要求。當(dāng)I>4000A時(shí)，R≤0.5Ω，限制地網(wǎng)電位升高是為了防止對(duì)二次設(shè)備形成反擊， 但是，隨著電力系統(tǒng)不斷增大，短路電流越來(lái)越大，限制地網(wǎng)電位低于2000V實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)，而事實(shí)上，也有地電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2000V變電站仍然安全運(yùn)行的例子?？梢?jiàn)，影響變電站二次設(shè)備安全的最主要因素不是地電位抬高多少，而是變電站內(nèi)整個(gè)地網(wǎng)是否始終保持同一電位，從而在二次設(shè)備上不出現(xiàn)高電位差。因此，在變電站接地工程設(shè)計(jì)上，除降低接地電阻值，更重要的是考慮整個(gè)地網(wǎng)，各處電位的均衡以及應(yīng)考慮土壤和大氣對(duì)接地線的腐蝕影響。

4.做好接地裝置定期進(jìn)行檢查和試驗(yàn)

接地裝置運(yùn)行中，接地線和接地體會(huì)因外力破壞或腐蝕而損傷或斷裂，接地電阻也會(huì)隨土壤變化而發(fā)生變化，因此，必須對(duì)接地裝置定期進(jìn)行檢查和試驗(yàn)。

4.1檢查周期

（1）變（配）電所的接地裝置一般每年檢查一次。

（2）根據(jù)車(chē)間或建筑物的具體情況，對(duì)接地線的運(yùn)行情況一般每年檢查1～2次。

（3）各種防雷裝置的接地裝置每年在雷雨季前檢查一次。

（4）對(duì)有腐蝕性土壤的接地裝置，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行情況一般每3～5年對(duì)地面下接地體檢查一次。

（5）手持式、移動(dòng)式電氣設(shè)備的接地線應(yīng)在每次使用前進(jìn)行檢查。

4.2檢查項(xiàng)目

（1）檢查接地裝置的各連接點(diǎn)的接觸是否良好，有無(wú)損傷、折斷和腐蝕現(xiàn)象。

（2）應(yīng)檢查地面下500mm以上部位的接地體的腐蝕程度。

（3）在土壤電阻率最大時(shí)（一般為雨季前）測(cè)量接地裝置的接地電阻， 并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析比較。

（4）電氣設(shè)備檢修后，應(yīng)檢查接地線連接情況，是否牢固可靠。

（5）檢查電氣設(shè)備與接地線連接、接地線與接地網(wǎng)連接、接地線與接地干線連接是否完好。

4.3接地裝置的接地電阻值不符合要求時(shí)的改進(jìn)措施

（1）增加接地體的總長(zhǎng)度或增加垂直接地體的數(shù)量。比如海南電網(wǎng)的澄邁九龍35kv站，東方的感城35kv站。

（2）在接地體周?chē)鼡Q土壤電阻率低的土，如黃粘土、黑土（土壤電阻率在50ωm以下）。比如海南電網(wǎng)的澄邁文儒站。

（3）采用化學(xué)降阻劑，處理接地體。比如海南電網(wǎng)的樂(lè)東孔文35kv站降阻劑還有儋州南豐35站采離子阻劑。

5.結(jié)束語(yǔ)

變電站的安全問(wèn)題是一個(gè)綜合性問(wèn)題，要保證供電的可靠性，就必須各方面做好工作，抓住威脅變電站安全的地網(wǎng)問(wèn)題，就是一個(gè)重要的方面。設(shè)備的完善是安全供電的前提和重要保證，百密一疏，在難免的事故面前做到找準(zhǔn)原因，對(duì)癥下藥，事故也就成了一次改進(jìn)的機(jī)會(huì)。形成以設(shè)備的良好保證安全，在事故后亡羊補(bǔ)牢更好地完善設(shè)備的這樣一個(gè)良性循環(huán)，以客觀、務(wù)實(shí)的態(tài)度，不斷地保證好安全輸電的前提條件。