變電所接地裝置設計

段峰　鄒茜

摘 要：為了保障變電站的安全性和可靠性，相關工作人員應積極采取接地保護措施。在高土壤電阻率地區(qū)的施工中，要想滿足工程要求是比較困難的，特別是在地網(wǎng)面積受限的情況下。因此，應根據(jù)不同的地質(zhì)構造特點、電氣設備的類型和系統(tǒng)的運行方式施工，從而達到經(jīng)濟、節(jié)約、安全、合理的目的。

關鍵詞：變電站；接地保護；電阻率；接地網(wǎng)絡

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.086

1 概述

在高土壤電阻率地區(qū)，對變電系統(tǒng)安全性和可靠性的要求非常高，即使采用投入接地電阻的方法，仍然無法避免發(fā)生事故。因此，只有采用合理的設計方法，才能制作出滿足安全要求的接地網(wǎng)絡。

將變電站內(nèi)、外的接觸電勢、跨步電勢和轉(zhuǎn)移電勢限制在安全范圍內(nèi)，是確保施工人員和設備安全的根本所在。66 kV奧鎂變位于大石橋市城郊8 km處的一座山上，此地區(qū)的山包為風化石響砂土壤，上層土壤電阻率約為1 800 Ω·m，下層為巖石，土壤電阻率約為2 500 Ω·m。該變電站采取開山填平的方式建在半山腰部，面積大約為4 900 m2，土層厚約0.6 m，為風化石土質(zhì)，接地電阻會隨氣候、土壤干濕度的變化而變化。

2 設計接地總則

變電站的設計和安裝必須符合國家標準，并根據(jù)不同的地質(zhì)特點、電氣設備的運行方式和接地方式等，力求經(jīng)濟、節(jié)約、科學、合理，以“安全、規(guī)范”的原則和思路設計接地保護系統(tǒng)。

2.1 接地電阻值

接地電阻值主要根據(jù)接地時的電阻要求設置，應保證接地故障時因流入地網(wǎng)的故障電流而產(chǎn)生的地面電壓不會對設備和施工人員造成威脅。比如，遼寧省66 kV變電站小接地短路系統(tǒng)采取消弧線圈接地的方式，允許單相接地故障存在的時間為2 h，因此，該變電站接地電壓升高的最大允許值較小。

66 kV奧鎂變高低壓電氣裝置共用接地裝置，需要滿足R≤（120/I），且≤4 Ω。在高土壤電阻率地區(qū)，如果根據(jù)上述要求接地，則變電系統(tǒng)無法在經(jīng)濟、技術方面滿足相關要求，因此，應適當提高接地電阻值，比如，在面積較小的接地系統(tǒng)中電流通過的電阻值R最高可提升至30 Ω。但在這種情況下存在較多的安全隱患，應采取隔離和均壓等措施，將跨步電壓和接觸電勢限制在安全范圍內(nèi)，并充分考慮轉(zhuǎn)移電勢造成的危害。

2.2 跨步電壓和接觸電壓的范圍

對于人體而言，所能承受的跨步電壓和接觸電壓與很多因素有關，比如人體電阻、流經(jīng)途徑、通電時間和地表電阻等。在小電流接地短路電流系統(tǒng)中，由于單相接地故障允許的持續(xù)時間在2 h以內(nèi)，因此，接觸電勢和跨步電勢的允許值為：

由此可見，升高接觸電阻和降低跨步電壓的最佳途徑是增大地面電阻率ρb，可采用水泥地面、混泥土、瀝青地面或碎石鋪蓋等方式。

3 接地電網(wǎng)電路的設計流程

3.1 計算接地短路電流

可在中性點通過消弧線圈接地的電路中計算接地系統(tǒng)允許的電阻值，具體方法如下：①如果變電所中設有消弧線圈，則電流值為消弧線圈額定電流的125%.②如果變電所中未設置消弧線圈，則以系統(tǒng)中最大的消弧線圈被切斷時電網(wǎng)中可能產(chǎn)生的接地剩余短路電流計算，但其數(shù)值應≥30 A。因此，計算接地短路電流時，應按照系統(tǒng)運行中可能存在的最大短路電流計算，從而確定接地方式。

3.2 設定接地設備的參數(shù)

接地裝置大多數(shù)以接地棒為主。在計算以接地棒為主的系統(tǒng)電阻時，可不單獨計算水平接地體的接地電阻，大多數(shù)情況下系統(tǒng)電阻為接地棒電阻的90%，進而可計算出接地棒的數(shù)量：

3.3 合理布局接地電網(wǎng)

在遼寧省多數(shù)無特殊情況的地區(qū)，聯(lián)合接地裝置均可采用棒形或帶形。如果土壤電阻率不同，則應采取不同的接地設計，具體要求如下：①如果土壤電阻率ρ≤3×104 Ω·cm，出現(xiàn)電勢迅速衰減的情況，則可以棒形垂直體的棒帶接地裝置為主。②當3×104 Ω·cm≤ρ≤5×104 Ω·cm，電勢分布迅速衰減時，應以水平接地體的帶棒接地體裝置為主。③應使用固定的電纜支架，且吊架的預埋鐵件應在室內(nèi)接地主線，所有室外接地設備應埋于凍土層之下，深度應≥0.6 m。④設置接地設施時，應圍繞室內(nèi)、外的變電設備進行，如果控制室等處需要設置接地設施，則應圍繞建筑物鋪設環(huán)形接地網(wǎng)，接地設施外邊緣的各個角度應圍成圓弧形，且相鄰接地設備間的連線應多余2根。⑤由于接地體間存在相互屏蔽的情況，因此，接地體間的距離應>3 m。水平鋪設設備時，可用圓鋼或扁鋼接地體；垂直鋪設設備時，可用角鋼或圓鋼接地體，接地體角鋼一般為2.5 m的∠50×5熱鍍鋅角鋼。

3.4 避雷裝置的接地

為了增強系統(tǒng)對電流的承受能力，可采用垂直接地體避雷針和避雷器集中接地的方法。變電設備上的避雷針應與地網(wǎng)相連接，且應在其附近埋設大量的接地棒；接地網(wǎng)中心距獨立避雷針接地部分的距離應>3 m；變電設備上的避雷針與地網(wǎng)的連接部分，或35 kV以下設備與地網(wǎng)的連接部分的距離均應>15 m；獨立避雷針與其接地部分、道路、房屋入口的距離應保持>3 m。

〔編輯：張思楠〕

Abstract： In order to ensure the safety and reliability of the substation， the relevant staff should take active measures to protect the ground. In the construction of high soil resistivity area， it is very difficult to meet the requirements of the project， especially in the case of limited ground area. Therefore， it should be based on the different geological structure characteristics， the type of electrical equipment and system operation mode， so as to achieve the economic， economical， safe and reasonable purpose.

Key words： substation； grounding protection； electrical resistivity； grounding network