王金煒，余力行

(國網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000)

0 引言

變電站良好的接地是維護(hù)電力系統(tǒng)安全可靠運行、保護(hù)運行人員和電氣設(shè)備安全的重要措施。理論分析和運行經(jīng)驗表明：在土壤電阻率低的地區(qū)，地網(wǎng)接地電阻值容易滿足要求，但土壤腐蝕問題嚴(yán)重；而在土壤電阻率高的地區(qū)，特別是在山區(qū)，表面土層一般較薄，下層的土壤往往不止一層，地網(wǎng)的接地電阻很難達(dá)到規(guī)定值。

在近期對某35 kV變電站接地電阻例行試驗后，結(jié)果顯示其接地電阻達(dá)到7 Ω，已大于GB 50056—2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》4.2.1條“不接地系統(tǒng)接地電阻不大于4 Ω，高電阻率地區(qū)接地電阻不大于10 Ω”的要求。經(jīng)過現(xiàn)場勘查后發(fā)現(xiàn)，該變電站外區(qū)域表層為紅色粉質(zhì)粘土，分布于全場區(qū)，結(jié)構(gòu)疏松，土質(zhì)不均勻；中層及其下層均為第3紀(jì)重風(fēng)化石灰?guī)r，分布于全場區(qū)，層頂起伏較大，中等風(fēng)化。該土壤結(jié)構(gòu)屬于典型的雙層土壤結(jié)構(gòu)。根據(jù)巖土報告，土壤電阻率分布為上層土壤(0—5 m)h1=5 m，ρ1=300 Ω·m；下層土壤(5 m以下)h2=13 m，ρ2=1 000 Ω·m。

1 接地網(wǎng)改造方案

目前接地網(wǎng)原材料大多采用扁鋼、角鋼或鋼管，鋼材在土壤中腐蝕后，進(jìn)而腐蝕接地網(wǎng)。金屬在土壤中的腐蝕有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕，其中電化學(xué)腐蝕對接地網(wǎng)的腐蝕最為嚴(yán)重。

在高土壤電阻率地區(qū)，可采取的降低接地電阻的措施有以下幾種：

(1) 若在變電所2 000 m以內(nèi)有較低電阻率的土壤時，可敷設(shè)外引接地極；

(2) 當(dāng)?shù)叵螺^深處的土壤電阻率較低時，可采用井式或深鉆式接地極；

(3) 填充電阻率較低的物質(zhì)或降阻劑；

(4) 敷設(shè)水下接地網(wǎng)。

該變電站現(xiàn)有的接地網(wǎng)水平接地體采用70×10熱鍍鋅扁鋼，沿變電站圍墻敷設(shè)，埋深為0.8 m。依據(jù)該變電站接地網(wǎng)布置圖紙，制定接地網(wǎng)改造方案如下：

(1) 沿水平接地網(wǎng)外環(huán)周圍敷設(shè)Φ50銅覆鋼管深井接地極；

(2) 深井回填采用“深井壓力灌漿”工藝，每口井回填煅燒石油焦炭450 kg，灌漿壓力保持在4.5 MPa±0.5 MPa；

(3) 深井接地極連成的環(huán)網(wǎng)與原地網(wǎng)間需進(jìn)行可靠連接，連接點應(yīng)不少于10處；

(4) 水平接地體與深井接地極、水平接地體之間均采用放熱焊接且保證焊接牢固，焊點及周圍被氧化部位需涂刷瀝青漆進(jìn)行防腐。

改造后的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 改造方案特點

(1) 全站接地采用銅覆鋼接地裝置，銅層厚度不小于0.25 mm，具有導(dǎo)電性能優(yōu)、熱穩(wěn)定性能好、耐腐蝕能力強(qiáng)、施工方便、使用壽命長、投運后檢驗維護(hù)工作量少、無污染等優(yōu)點。

(2) 全站降阻采用“深井壓力灌漿”工藝，以低電阻率的接地工程用煅燒石油焦炭灌注深井，可使低電阻材料填充地層裂隙，增大低電阻區(qū)域，有效降低接地體局部接地電阻。

(3) 接地工程用煅燒石油焦炭的碳含量不小于95 %，具有低電阻、低流失、無腐蝕性和無污染的優(yōu)點。

(4) 全站接地體連接采用放熱焊接方式，施工方便，焊接點的電氣性能、機(jī)械性能、耐腐蝕性均優(yōu)于傳統(tǒng)焊接，有效保障了接地網(wǎng)的電氣安全。

圖1 等效的接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3 接地網(wǎng)參數(shù)計算

文獻(xiàn)1給出以水平接地導(dǎo)體為主、邊緣閉合的復(fù)合接地網(wǎng)的接地電阻計算公式，該公式考慮了構(gòu)成水平接地網(wǎng)的水平接地導(dǎo)體之間的電流屏蔽作用，對于任意復(fù)雜的接地網(wǎng)都能得到比較準(zhǔn)確的接地電阻值。式(1)—(4)為復(fù)合接地網(wǎng)接地電阻公式。

式中：Rn——任意形狀邊緣接地閉合網(wǎng)的接地電阻，Ω；Re——等值方形接地網(wǎng)接地電阻，Ω；S——接地網(wǎng)總面積，m2；d——水平接地極的直徑，m；h——水平接地極的埋沒深度，m；L0——接地網(wǎng)的外緣邊線總長度，m；L——水平接地級的總長度，m。

由資料得ρ1=300 Ω·m，S=1 060 m2，L0=134 m，B=0.9，α=0.98，h=0.8 m，則有Rn=4.5 Ω。此電阻與實際測量所得接近。

改造后的接地網(wǎng)參數(shù)采用利用系數(shù)法計算，需要的垂直接地極鋼管數(shù)量見式(5)。

假定需要的接地極鋼管數(shù)量n=50，式中ηv為水平接地體的利用系數(shù)，查文獻(xiàn)2得ηv=0.96；Rne為接地電阻要求值；Rv為單根接地電阻體的散流電阻Rv=k×ρv，k為雙層土壤的反射系數(shù)，取0.326， 求得Rv=97.8 Ω。按式 (5)求得接地極鋼管數(shù)量n=23，取50根接地極鋼管。

垂直接地極根數(shù)從10—70根時，接地網(wǎng)的接地電阻隨垂直接地極數(shù)量的變化曲線如圖1所示。由圖1看出，在水平地網(wǎng)保持不變的情況下，接地網(wǎng)的接地電阻R隨垂直接地極根數(shù)n的增大而降低；當(dāng)n達(dá)到一定數(shù)值時，R值趨于恒定。這是由于垂直極間距減小后，相互間的屏蔽作用增強(qiáng)，垂直接地極根數(shù)越多，屏蔽系數(shù)越大。當(dāng)垂直接地極根數(shù)增加到一定程度后，屏蔽作用已非常明顯，再增加已無意義。

圖1 接地網(wǎng)電阻與垂直接地極根數(shù)的關(guān)系

驗算接地電阻見式(6）。

由于該變電所為雙層土壤，所以需要計算由于雙層土壤影響而增加的電阻，見式(7)—(9)。

式中，Rad為垂直接地體由于雙層土壤影響而增加的電阻，當(dāng)土壤電阻率為100 Ω·m，埋深3 m時查表取Rad=1.98 Ω，在經(jīng)過換算后取Rad=0.2 Ω；F為雙層土壤的影響系數(shù)，可以根據(jù)土壤的反射系數(shù)和接地體底部的埋深計算而得，取F=1.7；土壤的反射系數(shù)K見式(8)；R1為垂直接地體僅埋設(shè)在上層土壤中的接地電阻，見式(9)。綜上，通過式(7)可求得R′。

R′=F(R1+Rad)=1.7×(0.2+2)=3.74 Ω

改造后的總接地電阻見式(10)。

R=Rne+R′=3.74+1.8=5.54 Ω (10)

改造后的實際接地網(wǎng)接地電阻測量值為1.86 Ω，滿足規(guī)范要求的不接地系統(tǒng)接地電阻不大于4 Ω的要求。

4 接觸電位差與跨步電位差

根據(jù)文獻(xiàn)1要求，35 kV不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，當(dāng)不迅速切除故障時，此時變電站接地裝置的接觸電位差Ut和跨步電位差Us不應(yīng)該超過式(11)和式(12)。

其中ρf為人腳站立處地表面的土壤電阻率。取ρf=300 Ω·m，計算得允許值Ut=65 V，Us=56 V。

接地網(wǎng)最大接觸電位差和最大跨步電位差的公式見式(13)，(14)。

其中：KTL，KTh，KTd，KTs，KTN和KTm分別為最大接觸電位差的形狀、埋深、直徑、地網(wǎng)面積、接地導(dǎo)體根數(shù)和網(wǎng)孔數(shù)目影響系數(shù)；KSL，KSh，KSd，KSs，KSN和KSm分別為最大跨步電位差的形狀、埋深、直徑、地網(wǎng)面積、接地導(dǎo)體根數(shù)和網(wǎng)孔數(shù)目影響系數(shù)；V為接地網(wǎng)故障電流時的最大接地位升高。當(dāng)I=1 000 A(根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)所得的計算值)，地網(wǎng)接地電阻R=1.86 Ω時，接觸電位差的影響系數(shù)為0.018。驗算得：

即最大接觸電位差小于允許電壓。變電站內(nèi)跨步電位差也不會威脅運行人員的巡視安全。

5 結(jié)束語

從安全經(jīng)濟(jì)方面考慮，新建深井接地極連成的環(huán)網(wǎng)應(yīng)根據(jù)不同部位的腐蝕特點采用必要的防腐措施。新建環(huán)網(wǎng)要特別注意接地體的防腐能力，鋼材本身要作防腐處理，如熱鍍鋅；焊接處應(yīng)去掉焊渣后，涂厚度約2 mm的瀝青；電纜溝相對濕度較大，構(gòu)成電化學(xué)腐蝕條件，故電纜溝內(nèi)的扁鐵除采用鍍鋅防腐外，還應(yīng)從降低電纜溝濕度的角度減緩腐蝕。防腐的另一項措施是水平接地體回填土要夯實。從地網(wǎng)開挖發(fā)現(xiàn)，腐蝕嚴(yán)重處大多是土壤與水平接地體間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。

在實施接地網(wǎng)改造時，必須按圖紙施工，以保證施工質(zhì)量和接地扁鐵之間的焊接質(zhì)量。首先要保證搭接面積，嚴(yán)禁點焊，必要時可以在焊接處搭接一根相當(dāng)于扁鐵截面的圓鋼，圓鋼長度要大于其直徑的12倍；其次在折彎處禁止采用高溫加熱處理，因為高溫加熱后，鋼鐵的有效截面會發(fā)生變化，不能保證足夠的通流面積；另外，禁止設(shè)備接地引下線串接，以防某處地線斷開時造成后面串接設(shè)備失地。為避免遺留事故隱患，接地網(wǎng)回填土之前必須經(jīng)專業(yè)人員驗收，驗收資料及改造圖紙存檔待查。

參考文獻(xiàn):

1 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50065—2011交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

2 鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊編委會.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.