關(guān)于變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的探討分析

摘要：變電站的接地網(wǎng)是電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要的影響。本文主要分析了變電站接地網(wǎng)材料選擇及設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞：變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)；接地網(wǎng)導(dǎo)體材料及截面選擇

引言：良好的接地系統(tǒng)是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的根本保證，它是防雷接地、保護(hù)接地和工作接地三者的統(tǒng)一體，接地的主要目的是保障系統(tǒng)能夠安全可靠運(yùn)行，以及保障人身和設(shè)備的安全，符合要求的變電站接地網(wǎng)對(duì)于變電站的可靠運(yùn)行和站內(nèi)工作人員的人身安全起著重要作用。因此，對(duì)變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討和研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1. 變電站接地網(wǎng)的型式和布置要求

（1）110kV及以上有效接地系統(tǒng)和6kV-35kV低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地或同點(diǎn)兩相接地時(shí)，變電站接地網(wǎng)的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過(guò)下列公式所得的數(shù)值：

接觸電位差允許值（V） 跨步電位差允許值（V）

地表層電阻率（m） 表層衰減系數(shù)

接地故障電流持續(xù)時(shí)間（s）

（2）6kV-66kV不接地、諧振接地和高電阻接地的系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障后，當(dāng)不迅速切除故障時(shí)，變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過(guò)下列公式所得的數(shù)值：

2. 接地網(wǎng)導(dǎo)體材料及截面的選擇

2.1導(dǎo)體材料選擇

選擇導(dǎo)體材料時(shí)應(yīng)考慮導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性、在土壤中的腐蝕速度、導(dǎo)電性、材料成本及來(lái)源等。目前普遍采用的接地材料是銅和鋼兩種。

（1）熱穩(wěn)定性

在大接地短路電流系統(tǒng)中，入地故障電流一般在幾千安到幾十千安，將在導(dǎo)體中產(chǎn)生很高的熱量，入地故障電流持續(xù)時(shí)間取決于系統(tǒng)主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和斷路器的分閘時(shí)間，在極短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量來(lái)不及向周?chē)寥罃U(kuò)散，幾乎全部熱量都用來(lái)使導(dǎo)體溫度升高。當(dāng)溫度超過(guò)一定值及經(jīng)土壤自然冷卻后，導(dǎo)體的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)劇烈下降，特別是在導(dǎo)體之間的連接處遇到短路電流電動(dòng)力的作用，導(dǎo)體就會(huì)遭到破壞。同時(shí)，導(dǎo)體溫度升高，達(dá)到金屬材料的熔點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)體將會(huì)熔化。這兩種原因都會(huì)使接地引線和地網(wǎng)導(dǎo)體斷裂接地，地網(wǎng)失去作用而使系統(tǒng)故障擴(kuò)大，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。每種導(dǎo)體材料都有最高允許溫度和熔點(diǎn)。鋼的熱穩(wěn)定性比銅好。

（2）土壤對(duì)金屬導(dǎo)體的腐蝕性

土壤對(duì)導(dǎo)體的腐蝕程度可以用腐蝕速度來(lái)表示。導(dǎo)體的平均腐蝕速度可以用導(dǎo)體單位時(shí)間內(nèi)單位面積上所失去的重量來(lái)表示，也可以用單位時(shí)間內(nèi)金屬表面的腐蝕深度來(lái)表示。通常用腐蝕深度表示更確切。建議在進(jìn)行土壤電阻率測(cè)量的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)測(cè)量站區(qū)內(nèi)土壤對(duì)銅或鋼的腐蝕速度，為導(dǎo)體材料和截面的選擇提供可靠的數(shù)據(jù)。

（3）導(dǎo)體的導(dǎo)電性

在大型地網(wǎng)中，當(dāng)強(qiáng)大的入地故障電流經(jīng)地網(wǎng)流散時(shí)，因?qū)w電阻的存在，會(huì)造成地網(wǎng)導(dǎo)體上各部分的電位不相等。地網(wǎng)尺寸越小，土壤電阻率越高；導(dǎo)體導(dǎo)電性越差，各部分的電位差也越大。

（4）材料的成本和來(lái)源

鋼的成本比銅低得多，且礦藏量也比銅多。銅和鋼的地網(wǎng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，鋼的熱穩(wěn)定性比銅好，且經(jīng)濟(jì)。銅的導(dǎo)電性和耐腐蝕性比鋼強(qiáng)，鍍鋅鋼的耐腐蝕性又比不鍍鋅鋼好。若采用一些防腐蝕措施還能進(jìn)一步提高耐腐蝕性。接地網(wǎng)附近可能有其他的金屬管道，若接地網(wǎng)導(dǎo)體采用銅，將會(huì)和與之相近的其他金屬材料構(gòu)成原電池，反而加速鋼鐵構(gòu)件的腐蝕。因此，我國(guó)選用鍍鋅鋼作為接地材料是比較合適的。

2.2導(dǎo)體截面的選擇

導(dǎo)體截面的選擇一般可根據(jù)熱穩(wěn)定性要求來(lái)確定導(dǎo)體的最小截面，然后根據(jù)對(duì)接地網(wǎng)運(yùn)行壽命的要求以及實(shí)測(cè)得到的土壤對(duì)接地網(wǎng)導(dǎo)體的腐蝕速度計(jì)算得到導(dǎo)體截面積，將兩者進(jìn)行比較取大者，再考慮一定的裕度，最后確定應(yīng)該選擇的導(dǎo)體截面積。

3.變電站水平接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)的要求

3.1水平接地網(wǎng)應(yīng)利用直接埋入地中或水中的自然接地極，此外，還應(yīng)敷設(shè)人工接地極。

3.2當(dāng)利用自然接地極和引外接地裝置時(shí)，應(yīng)采用不少于2根導(dǎo)線在不同地點(diǎn)與水平接地網(wǎng)相連接。

3.3變電站接地網(wǎng)應(yīng)與110kV及以上架空線路的地線直接相連，并有便于分開(kāi)的連接點(diǎn)，6kV-66kV架空線路的地線不得直接和變電站配電裝置架構(gòu)相連。變電站接地網(wǎng)應(yīng)在地下與架空線路地線的接地裝置相連接，連接線埋在地中的長(zhǎng)度不應(yīng)小于15m。

3.4在高土壤電阻率地區(qū)，可采用下列措施降低接地電阻：

（1）在變電站2000m以內(nèi)有較低土壤電阻率區(qū)時(shí)，可以考慮在這些低電阻率區(qū)域擴(kuò)網(wǎng)與站內(nèi)地網(wǎng)連接，這是降阻常用的措施之一。當(dāng)?shù)叵螺^深處電阻率較低時(shí)，可采用井式、深鉆式接地極或采用爆破式接地技術(shù)。

（2）填充電阻率較低的物質(zhì)或降阻劑，但應(yīng)確保填充材料不會(huì)加速接地極的腐蝕和自身的熱穩(wěn)定。

4.接地裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）雖然接地裝置的電阻主要與接地裝置的面積有關(guān)，加在地網(wǎng)上的2～3m 的垂直接地極，因?qū)p小接地電阻的作用不大，一般僅在避雷器、避雷針（線）等處作加強(qiáng)集中接地散泄雷電流用，或?yàn)榉€(wěn)定地網(wǎng)在中間或外緣設(shè)置幾個(gè)垂直接地極。

（2）接地裝置的網(wǎng)孔大于16個(gè)（均壓要求除外），接地電阻減小很慢；對(duì)大型接地網(wǎng)，網(wǎng)孔個(gè)數(shù)也不宜大于32個(gè)。過(guò)分增加均壓帶根數(shù)并不能無(wú)限制地減小最大接觸系數(shù)，實(shí)驗(yàn)研究最大接觸系數(shù)最多只能減小到0.1～0.15。所以應(yīng)采用不等間距風(fēng)格法設(shè)計(jì)的接地裝置。

（3）接地網(wǎng)埋深達(dá)一定時(shí)，一般深度不宜小于0.8m，接地電阻減小緩慢。

（4）在小面積地網(wǎng)內(nèi)，采用置換或化學(xué)方法改善接地體附近的高土壤電阻率，對(duì)減小接觸電阻有效果，對(duì)減小接地電阻作用不大。

5.防腐蝕要點(diǎn)

接地網(wǎng)的防腐處理是直接影響地網(wǎng)接地效果和有效接地壽命的關(guān)鍵，接地網(wǎng)的防腐主要取決于以下幾個(gè)因素：接地體材料選擇；地質(zhì)條件因素；采用的防腐措施。從安全經(jīng)濟(jì)方面考慮，接地網(wǎng)應(yīng)根據(jù)不同部位腐蝕特點(diǎn)采用必要的防腐措施，新敷設(shè)的接地網(wǎng)要特別注意接地體的防腐能力。 接地網(wǎng)的防腐處理可以從以下幾個(gè)方面入手：

（1）鋼材本身要做防腐處理，接地體引出線的地面以下部分及接地裝置的焊接處都要用瀝青防腐，在做防腐之前，表面必須除銹并去除焊接處殘留的焊藥。經(jīng)調(diào)查，地下的焊接部位若不進(jìn)行特別防腐處理，其腐蝕速度遠(yuǎn)大于其它部分；接地體引出線的地面以下部分，尤其是0.3m左右深度處，由于含氧量大，其腐蝕速度也高于水平部分。

（2）水平地線回填土要結(jié)實(shí)，從地網(wǎng)開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重處大都是與地線有空洞或不緊密的地方，而土塊緊粘在扁鐵外的腐蝕就比較少。

此外，電纜溝相對(duì)濕度較大，構(gòu)成電化學(xué)腐蝕條件，故電纜溝內(nèi)的扁鐵除采用鍍鋅材料外，還應(yīng)從降低電纜溝濕度出發(fā)減緩腐蝕，例如在電纜溝增設(shè)排水和吸濕設(shè)備。

6.結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民日常生活中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，變電站的接地技術(shù)對(duì)于電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行具有重要的影響，加強(qiáng)接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常有必要的。因此，我們要根據(jù)變電站周?chē)h(huán)境、地理位置、土質(zhì)條件以及設(shè)備性能和用途采取相應(yīng)改進(jìn)措施，才能最大程度的提高地網(wǎng)的可靠性，降低事故率，從而保證變電站設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]楊德清，張文瓊.變電站接地裝置存在的問(wèn)題及其解決措施[J].科技信息，2010（12）.

[2]陳軍.35kV 變電站的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題分析[J].價(jià)值工程，2010（30）.

[3]杜小軍.淺談變電站接地網(wǎng)的若干存在問(wèn)題及對(duì)策[J].甘肅電力技術(shù)，2011，（1）： 24-27.

[4]葉云琴.淺談變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)[J].沿海企業(yè)與科技，2008（10）

作者簡(jiǎn)介：曹紅軍（1984-），男，任職于廣州國(guó)電華研電力科技有限公司，從事電力系統(tǒng)變電一次設(shè)計(jì)工作。