巖石地區(qū)變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

鄒華

摘 要：本文針對(duì)巖石地區(qū)變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)與施工，進(jìn)行難點(diǎn)分析；采用傳統(tǒng)方法時(shí)，因巖石地區(qū)回填土不夠密實(shí)，接地裝置與土壤存在較大的接觸電阻，導(dǎo)致接地電阻值難以滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范要求；在此總結(jié)解決難題的經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)巖石地區(qū)接地網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工水平整體提升，以供參考。

關(guān)鍵詞：巖石；土壤電阻率；散流電阻；電位分布

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）30-0063-02

1 工程概述

某西電東送500kV變電工程，垂直接地極采用鍍鋅角鋼L50×50×5，長L=2500，水平接地體采用鍍鋅扁鋼-60×8，接地裝置施工工程量包括接地極310根，水平接地體（以下簡稱“接地線”）13000m，500kV構(gòu)架避雷針9基；站區(qū)土壤電阻率（128Ω/m）土石比為1.5：8.5。

技術(shù)難點(diǎn)：地質(zhì)結(jié)構(gòu)為巖石地區(qū)，上層分布多為碎石、巨石。設(shè)計(jì)計(jì)算土壤電阻率與實(shí)際存在差異，主要體現(xiàn)在巖石區(qū)爆破開挖前后，實(shí)際土壤電阻率發(fā)生變化，之前密實(shí)的巖石變成了松動(dòng)的石渣，特別是回填區(qū)，石塊之間存在大大小小的間隙，接地裝置與土壤的接觸實(shí)際并非面接觸，而是點(diǎn)接觸，接觸電阻比較大，且為不定值，它與施工時(shí)的壓實(shí)度、回填顆粒狀況及水分含量等有關(guān)。

2 接地網(wǎng)特性參數(shù)

接地網(wǎng)安全性能指標(biāo)主要包括：接地阻抗、接觸電位差、跨步電位差、地線分流及分流系數(shù)、地網(wǎng)電位升高和電位差等。確保接觸電位差和跨步電位差滿足安全限制要求，實(shí)現(xiàn)確保人身安全；綜合考慮地網(wǎng)接地阻抗和入地短路電流水平，控制地網(wǎng)允許電位升高水平和網(wǎng)內(nèi)電位差在安全值以下，實(shí)現(xiàn)確保設(shè)備安全。

接地阻抗是接地網(wǎng)最重要的特性參數(shù)，但并不是唯一的、絕對(duì)的參數(shù)指標(biāo)。對(duì)于同一接地網(wǎng)，接地阻抗一定，當(dāng)入地短路電流不一樣時(shí)，接地網(wǎng)相關(guān)參數(shù)都會(huì)隨之變化。接地網(wǎng)的狀況評(píng)估應(yīng)綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)接地網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行全面考核，根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)綜合判斷接地網(wǎng)的狀況。

2.1 接地阻抗

接地電阻由接地回路中導(dǎo)體的電阻、接地體與土壤間的接觸電阻及土壤的散流電阻等組成。在巖石地區(qū)，接觸電阻、散流電阻存在較大的不確定性。

通常接地網(wǎng)感性分量占接地阻抗分量比例較小，接地阻抗也稱為接地電阻。但如果接地網(wǎng)面積很大、土壤電阻率較低時(shí)，接地阻抗中的感性分量已大到不可忽視。接地阻抗感性分量以阻抗角表示，影響阻抗角的因素有接地網(wǎng)規(guī)模、土壤電阻率大小、電流注入點(diǎn)位置和接地網(wǎng)網(wǎng)格密度、垂直接地極。

2.2 接觸電位差與跨步電位差

變電站接地網(wǎng)入地短路電流的接觸電位差和跨步電位差應(yīng)控制在安全范圍，110kV及以上有效接地系統(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)超過由下列公式計(jì)算所得的數(shù)值：

Ut=（174+0.17ρsCs）/（√ts）（1）

Us=（174+0.7ρsCs）/（√ts）（2）

Cs=1-ρs/（2hs+0.09）（3）（跨步電位差、接觸電位差計(jì)算誤差在5%以內(nèi)時(shí)）

Us——跨步電位差允許值（V）；

Ρs——地表層的電阻率（m）；

ts——接地故障電流持續(xù)時(shí)間（s）；

hs——表層土壤厚度；

Cs——表層衰減系數(shù)。

跨步電位差和接觸電位差安全限值與接地短路（故障）電流持續(xù)時(shí)間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，接地短路故障切除時(shí)間越短，即越快切除接地短路故障，容許的跨步電位差和接觸電位差水平越高。故障持續(xù)時(shí)間取一級(jí)后備保護(hù)（主保護(hù)失靈）動(dòng)作時(shí)限。

3 設(shè)計(jì)優(yōu)化

隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增加，流經(jīng)接地網(wǎng)的入地短路電流也越來越大，要確保人身、設(shè)備安全以及系統(tǒng)的正常運(yùn)行，不僅要降低接地阻抗，還要考慮接地網(wǎng)表面的電位分布。

3.1 接地體埋設(shè)

巖石地區(qū)回填區(qū)原接地線布置在地面以下0.6～0.8m，改為沿坡面布置，見圖1所示。埋設(shè)深度為站區(qū)地面以下0.7m、且接地體在原狀土表面以下0.1m，埋設(shè)泥土斷面為200×200mm2；非回填區(qū)接地線埋設(shè)泥土厚度200mm，接地溝埋設(shè)泥土斷面200×200mm2。

改進(jìn)效果：接地線敷設(shè)在松散的回填土中，改為敷設(shè)至密實(shí)的原狀土中，接地裝置與土壤的接觸電阻明顯降低，從而降低了接地裝置周圍土壤的散流電阻。

3.2 接地體焊接工藝

相鄰垂直接地體在縱橫線上間隔為10m，水平接地體間距為5m，網(wǎng)孔對(duì)角布置接地極；原設(shè)計(jì)接地極與接地線焊接的基礎(chǔ)上，在接地線與接地線的交叉點(diǎn)增加等電位橋接。

采用長15cm熱鍍鋅角鋼（L50×5），對(duì)交叉接地線橋接，實(shí)現(xiàn)等電位可靠連接。

達(dá)到的效果：實(shí)現(xiàn)多根垂直接地體的并聯(lián)，增強(qiáng)了散流效果，降低了接地網(wǎng)網(wǎng)孔電壓和跨步電壓，實(shí)現(xiàn)跨步電壓和接觸電壓限制在容許的極限范圍內(nèi)。

3.3 接地網(wǎng)不等間距布置

以往接地網(wǎng)的均壓導(dǎo)體按等間距布置，地網(wǎng)的邊角處泄放電流遠(yuǎn)大于中心處，地電位分布不均勻，邊角網(wǎng)孔電勢(shì)大大高于中心網(wǎng)孔電勢(shì)；但如果接地網(wǎng)是不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)表明，最大網(wǎng)孔電壓不一定存在于邊角處。

優(yōu)化方案：接地極按平均10m不等間距分布，主接地網(wǎng)施工圖在基礎(chǔ)平面布置圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免主接地網(wǎng)與基礎(chǔ)交叉；標(biāo)明電纜溝與基礎(chǔ)在接地網(wǎng)的布置圖中坐標(biāo)位置，注明電纜溝起點(diǎn)和終點(diǎn)的溝底標(biāo)高。

達(dá)到的效果：增加地網(wǎng)敷設(shè)后的穩(wěn)定性，布置位置具有較好的散流效果，從而提高中部導(dǎo)體的泄放電流密度分布，相應(yīng)降低邊緣導(dǎo)體的泄放電流密度，使中部導(dǎo)體得到充分的利用。

4 施工要點(diǎn)

4.1 垂直接地體施工

（1）垂直接地極埋設(shè)，基本采用水冷鉆機(jī)鉆孔（￠80～￠100mm深2500mm）后植入，控制接地極的間距不小于5m，降低屏蔽效應(yīng)的影響。

（2）每個(gè)需鉆孔埋設(shè)的接地極按“植樹”工藝流程進(jìn)行施工：接地極定位，鉆孔，植入接地極，回填細(xì)軟碎土，夯實(shí)（采用細(xì)長鋼筋），澆水，補(bǔ)充碎土夯實(shí)。

4.2 水平接地體施工措施

（1）測(cè)量放樣，確定鉆越電纜溝位置和高程控制點(diǎn)，做到電纜溝開挖不傷及接地體。

（2）水平接地體埋設(shè)采用機(jī)械與人工結(jié)合的方式進(jìn)行施工；地質(zhì)結(jié)構(gòu)為土壤結(jié)合粉石的區(qū)域可采用風(fēng)鎬結(jié)合挖掘機(jī)進(jìn)行接地槽施工，地質(zhì)結(jié)構(gòu)為堅(jiān)硬巖石的區(qū)域，采用挖掘機(jī)結(jié)合爆破進(jìn)行接地槽施工。

（3）變電站大門及建筑物大門出入口均壓帶、靠近圍墻的接地網(wǎng)外緣等關(guān)鍵點(diǎn)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工，接地網(wǎng)外緣應(yīng)閉合，外緣各角應(yīng)做成圓弧，圓弧半徑不小于均壓帶間距的一半。

4.3 回填土與引出線

（1）接地體分片區(qū)敷設(shè)，并經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，分片區(qū)回填，溝底應(yīng)無碎石或松散石塊，均為密實(shí)巖層或泥土，水平接地體貼近密實(shí)土壤，接地體周圍的回填土不應(yīng)夾有石塊或雜物，回填土采用泥土，如外運(yùn)土應(yīng)無腐蝕性，回填土截面不小于200×200mm2。

（2）接地網(wǎng)引出線應(yīng)做好標(biāo)識(shí)；接地裝置的接地應(yīng)與單獨(dú)的接地干線連接，不得將幾個(gè)需要接地的電氣裝置用接地線串聯(lián)接地，防止接觸電位差因接地不可靠而升高。

（3）引出線與構(gòu)、支架等連接時(shí)，接觸面導(dǎo)電應(yīng)良好，壓接面應(yīng)平整、貼合，緊固前應(yīng)消除應(yīng)力；引出線接地點(diǎn)，應(yīng)防止噴漆影響接觸面的導(dǎo)電性能。

（4）變電站接地網(wǎng)應(yīng)與110kV及以上架空線路的避雷線直接相連。

5 結(jié)束語

目前，變電工程竣工驗(yàn)收時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)主接地網(wǎng)接地阻抗不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的情況，后續(xù)彌補(bǔ)有時(shí)會(huì)十分困難。這里介紹巖石地區(qū)的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化與施工經(jīng)驗(yàn)，供相關(guān)人員參考，使得電網(wǎng)運(yùn)行安全和人身安全更加有保障。

參考文獻(xiàn)

[1]何金良，曾 嶸，著.電力系統(tǒng)接地技術(shù).北京科學(xué)技術(shù)出版社，2007，02.

收稿日期：2018-9-13