高土壤電阻率變電站接地網(wǎng)設(shè)計

楊禹太，盧　媛（國網(wǎng)威海供電公司，山東威海264200）

高土壤電阻率變電站接地網(wǎng)設(shè)計

楊禹太，盧媛（國網(wǎng)威海供電公司，山東威海264200）

對于高土壤電阻率地區(qū)變電站接地系統(tǒng)的接地電阻一般不符合相關(guān)規(guī)范，依據(jù)設(shè)備運行安全以及人身安全的相關(guān)要求，需對接地網(wǎng)設(shè)計的影響因素進行考量。本文結(jié)合工程實例對高土壤電阻率變電站接地網(wǎng)設(shè)計進行分析，供相關(guān)人士參考。

高土壤電阻率；變電站；接地網(wǎng)設(shè)計

1　引言

接地網(wǎng)是保證變電站設(shè)備以及人身安全的主要舉措，電網(wǎng)容量的不斷增大也會導(dǎo)致入地短路電流不斷提高，但是因為變電站的占地面積較小，所以在設(shè)計時很難將接地工頻接地電阻降低到規(guī)定范圍內(nèi)。尤其是110kV高土壤電阻率變電站，通常占地面積有2500～3500m2，接地網(wǎng)設(shè)計難度較高。當前雖已提出了多種降阻方法，但是在實際應(yīng)用時，如城市中心、丘陵或者是邊遠山區(qū)，土地資源緊張，這些方法的應(yīng)用效果不佳。本文根據(jù)某110kV丘陵地區(qū)變電站接地網(wǎng)的設(shè)計進行分析，提出有效的降阻方法。

2　變電站接地網(wǎng)設(shè)計中存在的問題

某變電站位于丘坡近坡腳位置，為丘陵地貌，依據(jù)前期巖土勘察結(jié)果來看，地質(zhì)土壤主要為粉土、粘土以及碎石。采用對稱四級電阻率探測方法進行監(jiān)測，土壤電阻率鉆探位置布設(shè)如圖1所示。該變電站站址面積為2835m2，占地面積為2223m2。站區(qū)的總長度為61.5，寬度為46m，虛線部位是原設(shè)計接地網(wǎng)，長為57m，寬為37m，面積為2110m2。水平接地體采用的是60mm×6mm的鍍鋅扁鋼，按照5m×5m的間距進行布設(shè)，埋深深度設(shè)置為1.0m。該拜大年站土壤主要分為三層：當土壤深度不超過1m時，土壤電阻率的變化較大，且較為不穩(wěn)定；當土壤的深度為1～10m，電阻率為150～200Ω，電阻率較為穩(wěn)定，限值較低。當土壤深度超過20m時，平均電阻率則超過500Ω。該水電站電阻率為先降低后上升，是較為典型的雙層高土壤電阻率變電站。該變電站接地網(wǎng)中存在的問題如下：

2.1接地網(wǎng)存在的問題

該變電站最大的入地故障電流為IG=2kA，依據(jù)Rg≤2000/ IG，工頻接地電阻Rg≤1Ω才符合標準，而該工程電網(wǎng)施工作業(yè)結(jié)束后發(fā)現(xiàn)該工程的接地電阻實際測量數(shù)值為5.7Ω，不符合規(guī)范，因此，需要降阻。

2.2接地網(wǎng)電阻超標

其次，對該工程施工現(xiàn)場進行全面勘察，并結(jié)合勘察結(jié)果發(fā)現(xiàn)該工程接地網(wǎng)設(shè)計和施工中存在的問題主要如下：因為站址地基一半回填，一半推山組成，原土和回填土不能很好地融合，部分回填土中也含有大量的碎石，若沒有進行反復(fù)夯實，則會造成接地網(wǎng)多處懸空，這就是造成實測電阻率差的重要原因，也是對接地網(wǎng)的穩(wěn)定性造成影響；同時，因為該變電站的占地面積較小，造成接地網(wǎng)的面積較小，使得接地電阻不能降低到規(guī)定范圍內(nèi)。

3　高土壤電阻變電站接地網(wǎng)設(shè)計

3.1接地裝置設(shè)計

通常情況下在進行接地裝置設(shè)計時，需要根據(jù)具體的情況來選擇一些常用措施。具體實施過程中，可以利用埋設(shè)長垂直接地極、水平接地帶換土及加降阻劑等方法進行交替使用，也可以利用地下水的降阻作用，并采用超深井接地及利用架空地線桿塔接地系統(tǒng)等來進行接地裝置的設(shè)置，以此來達到減小接地電阻的目的。

3.1.1垂直接地極的設(shè)置

通常會在地網(wǎng)上設(shè)置3m左右的垂直接地極，但其對減少接地電阻所起作用不大，通常會設(shè)置在避雷器或是避雷線等處，加強對雷電流的散泄作用。也可以在地網(wǎng)中間或是外緣位置設(shè)置幾個垂直接地極，起到穩(wěn)定電網(wǎng)的作用。

3.1.2接地裝置的網(wǎng)孔設(shè)計

通常情況下，接地裝置的網(wǎng)孔都要在16個以上，一些大型的接地網(wǎng)中，網(wǎng)孔設(shè)置也不宜超過32個。而且在具體設(shè)計中，一味的增加均壓帶根數(shù)也無法無限制的減小最大接觸系數(shù)，因此在接地裝置設(shè)計時只能采用不等間距風(fēng)格法進行設(shè)計。

3.1.3通過增加埋深及轉(zhuǎn)換土壤減小接觸電阻

通常會取0.7m深度的埋深進行接地網(wǎng)敷設(shè)，這樣接地電阻能夠最大程度的減小。對于一些小面積的地網(wǎng)，為了有效的減小接觸電阻，可以利用置換和化學(xué)等方法來對接地體周圍的土壤進行改善，但其對減小接地電阻所起到的作用并不大。另外，可以將接地裝置的四角做成圓弧形，這樣對接地網(wǎng)外直角處的跨步電勢能夠起到有效的改善作用。同時四周外加深接地體的埋設(shè)深度也能夠減小接觸電阻。

3.2設(shè)置接地引下線

對于接地引下線截面需要其不小于熱穩(wěn)定所允許的截面，同時要按照工程的使用年限來考慮腐蝕的影響，這也是當前電力行業(yè)標準中對于接地引下線的截面作出的具體要求，介對于每個設(shè)備接地引下線的根數(shù)則沒有進行具體的規(guī)定，針對于不同的工程其理解也會存在一定的差異。

3.3選擇適宜的高電阻率接地材料

3.3.1地網(wǎng)規(guī)格的影響

為分析接地網(wǎng)面積對網(wǎng)內(nèi)電位差的影響，采用網(wǎng)孔大小為10m、導(dǎo)體半徑為0.01m的接地網(wǎng)，土壤為100Ω·m的均勻土壤，地網(wǎng)材料為高電阻率材料，接地網(wǎng)為方形接地網(wǎng)，入地短路電流為1kA，改變接地網(wǎng)的邊長，得到圖1所示的接地阻抗幅值和網(wǎng)內(nèi)電位差隨接地網(wǎng)邊長的變化。

圖1　接地網(wǎng)面積對接地參數(shù)的影響

從圖1可以看到，隨著接地網(wǎng)邊長的增加，接地阻抗不斷減小并有飽和的趨勢，而網(wǎng)內(nèi)電位差正好相反，隨著地網(wǎng)邊長的增大，網(wǎng)內(nèi)電位差不斷增大并有飽和的趨勢。接地網(wǎng)邊長為500m的地網(wǎng)的網(wǎng)內(nèi)電位差比50m的地網(wǎng)大35.856%。由于大型高電阻率材料接地網(wǎng)的網(wǎng)內(nèi)電位差比中小型接地網(wǎng)增大較多，并且大型接地網(wǎng)的入地短路電流也比中小型接地網(wǎng)大很多，高電阻率材料的通流能力往往較差，一般無法滿足大型接地網(wǎng)的熱穩(wěn)定要求，所以雖然高電阻率接地材料具有良好的耐腐蝕性能，就目前高電阻率材料的研究制備水平來說，其更適合用于中小型接地網(wǎng)。

3.3.2土壤電阻率的影響

為分析土壤電阻率對高電阻材料接地網(wǎng)接地參數(shù)的影響，采用接地網(wǎng)面積為100m×100m，網(wǎng)孔大小為10m，接地導(dǎo)體半徑為0.01m，入地短路電流為5kA，得到土壤電阻率對接地阻抗和網(wǎng)內(nèi)電位差的影響如圖2所示。

從圖2可以看到，盡管高電阻率材料的接地阻抗幅值比銅的大，但隨著土壤電阻率的增加，高電阻率材料和銅材接地網(wǎng)的接地阻抗基本上都是線性增加的，兩者之間的差值基本不變，而高電阻率材料接地網(wǎng)的網(wǎng)內(nèi)電位差先增幅較大，之后出現(xiàn)了飽和趨勢。值得注意的是，土壤電阻率從100～2000時，高電阻率材料的接地阻抗幅值增加了5.298倍，網(wǎng)內(nèi)電位差的增幅僅為24.881%，所以高電阻率材料接地網(wǎng)的網(wǎng)內(nèi)電位差隨著土壤電阻率的變化并不大。即使在土壤電阻率較高的地區(qū)，采取相應(yīng)的控制網(wǎng)內(nèi)電位差措施，高電阻率材料仍可以作為接地網(wǎng)材料。

圖2　土壤電阻率對接地阻抗和網(wǎng)內(nèi)電位差的影響

3.3.3導(dǎo)體截面積選擇

《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》（GB/T50065-2011）中規(guī)定接地導(dǎo)體（線）的最小截面應(yīng)符合下式的要求：

式中：Sg為接地導(dǎo)體（線）的最小截面，mm2；Ig為流過接地導(dǎo)體（線）的最大接地故障不對稱電流有效值，A；te為接地故障的等效持續(xù)時間，s，一般為后備保護動作時間（0.5s）；C為接地導(dǎo)體（線）材料的熱穩(wěn)定系數(shù)。

4　結(jié)束語

綜上所述，高土壤電路變電站接地網(wǎng)設(shè)計要求較高，需要采取適宜的降阻措施才能保證運行安全與穩(wěn)定。本文結(jié)合實例，主要從接地裝置設(shè)計以及接地材料的選擇入手進行分析。該工程投入運行后穩(wěn)定性較高，說明此次設(shè)計優(yōu)良。

[1]劉 潯，文遠芳，張大鵬，等.水下地網(wǎng)在山區(qū)高土壤電阻率地區(qū)變電站接地網(wǎng)改造中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2010，28（11）：149～151.

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[4]盧香平.高土壤電阻率區(qū)域變電站接地網(wǎng)設(shè)計初探[J].科協(xié)論壇，2013（4）：52～53.

TM63

A

2095-2066（2016）31-0049-02

2016-10-20

楊禹太（1982-），男，工程師，本科，主要從事變電站建設(shè)規(guī)劃及施工管理工作。

盧 媛（1981-），女，工程師，本科，主要從事信息系統(tǒng)運行維護及信息運檢調(diào)控管理工作。