高土壤電阻率條件下變電所接地設(shè)計(jì)與實(shí)施

曾權(quán)

【摘 ?要】現(xiàn)階段我國電氣化規(guī)模不斷擴(kuò)大，變電所在我國大部分地區(qū)都有所覆蓋。因?yàn)槲覈鶈T遼闊，每一個(gè)地區(qū)都有著不同的土質(zhì)條件，南方地區(qū)主要是粘土，北方地區(qū)主要是礫石和砂土，這將阻礙變電所的接地工作。對(duì)于變電所而言，人員和設(shè)備的安全非常重要，而接地系統(tǒng)是確保其安全的主要因素，其能提供變電所設(shè)備安全運(yùn)行條件，能夠在變電所產(chǎn)生故障時(shí)發(fā)揮出排泄短路電流的作用，保證變電所中地電位維持在安全范圍內(nèi)，確保人員的生命安全。從而安全有效設(shè)計(jì)和落實(shí)接地系統(tǒng)對(duì)于變電所來說非常重要。

【關(guān)鍵詞】變電所;接地電阻;設(shè)計(jì)方案

引言

因?yàn)槲覈钠降刭Y源有限，很多220kV變電所會(huì)將選址選在丘陵山頂上。本文以某地變電所為例進(jìn)行研究，這一變電所所在位置有著較淺的覆蓋層，花崗巖為基巖，其所在位置區(qū)有著較差的接地條件。結(jié)合土壤電阻率對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際測量，變電所的120m土壤的加權(quán)電阻率平均值是3809Ω·m，在不應(yīng)用任何措施的情況下接地電阻計(jì)算值大于10Ω。為達(dá)到跨步電位差、接觸電位差和計(jì)算機(jī)監(jiān)控接地的要求，選用合理對(duì)策將220kV變電所的工頻接地電阻值降低到1Ω以下，從而達(dá)到電力行業(yè)中對(duì)于接地網(wǎng)的要求標(biāo)準(zhǔn)。為達(dá)到防雷接地目標(biāo)，選用合理措施將變電所沖擊接地電阻降低到10Ω以下。本文首先針對(duì)某一變電所實(shí)際情況，對(duì)其接地設(shè)計(jì)目標(biāo)價(jià)以探索，主要分析外引接地這一方案，提出相應(yīng)方案設(shè)計(jì)以及其實(shí)施過程。

1 案例概況

本文主要以某變電所為例，其主變規(guī)模為180MVA，遠(yuǎn)景為3×180MVA。因?yàn)檫@一境內(nèi)缺少平地資源，所以變電所位置選在了這一地區(qū)縣城周邊的丘陵上。根據(jù)勘測可知，這一位置的淺表地層主屬于人工填土、殘積第四系坡的粉質(zhì)粘土以及粉質(zhì)粘土混角礫，花崗巖為基巖，存在較淺的基巖面埋深。因?yàn)檫@一區(qū)域覆蓋層薄，花崗巖下為伏基巖，這一區(qū)域沒有良好的接地條件，這一所址是否成立取決于接地方案。在這一情況下，在選擇所址時(shí)應(yīng)該考慮能否落實(shí)外引方案，先后兩次使用四極法測量所址位置及周邊灘涂土壤的電阻率。

2 接地設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)這一變電所系統(tǒng)計(jì)算，其入地電流在20kA左右。按照土壤電阻率的實(shí)際測量數(shù)據(jù)，變電所位置120m土壤加權(quán)的電阻率平均值是3809Ω·m，在不使用任何措施的情況下，接地電阻計(jì)算值大于10Ω，此外，對(duì)于變電所位置的西北側(cè)水田和荒田進(jìn)行了土壤電阻率測試，結(jié)果為淺部覆蓋土層存在較小的電阻率，下部基巖存在較大的電阻率，通常會(huì)超過800Ω·m，因此在變電所位置區(qū)和周邊的接地條件較差。為達(dá)到工頻接地要求，可考慮外引至距變電所位置450m左右的地方。按照變電所位置獲得這一地區(qū)的測量數(shù)據(jù)，土其壤電阻率為50m時(shí)，其平均值加權(quán)是421.8Ω·m。根據(jù)我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，接地系統(tǒng)有效及低電阻接地系統(tǒng)之中變電所與發(fā)電廠電氣裝置保護(hù)接地阻宜應(yīng)符合的要求為：

，其中R為對(duì)季節(jié)進(jìn)行考慮的最大接地電阻（Ω）;I是計(jì)算使用流經(jīng)接地裝置的短路電流（A）。

3 外引接地方案

結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，可以知道外引接地這一方案較為有效，但其與所區(qū)外的安全防護(hù)以及政策處理等問題相關(guān)，從而應(yīng)該在充分考慮后落實(shí)。220kV變電所的位置周邊存在較高的土壤電阻率，不適合進(jìn)行外引接地，但在其200m的山下一處可以落實(shí)外引接地。

4 外引接地方案的設(shè)計(jì)

這一方案設(shè)計(jì)的主要外引點(diǎn)為高速公路，外引點(diǎn)為其所面對(duì)大片灘涂上、湖口外引點(diǎn)及湖口頭外引點(diǎn)當(dāng)做后備外引接地方案。利用外引可使整體接地電阻不超過1Ω為目標(biāo)。按照這個(gè)目標(biāo)與施工進(jìn)度相結(jié)合，施工分階段進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)測的接地電阻值開展反饋改進(jìn)設(shè)計(jì)工作。利用這類閉環(huán)反饋設(shè)計(jì)過程對(duì)工程規(guī)及投入費(fèi)用進(jìn)行控制。具體應(yīng)用外引點(diǎn)則可實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。為了安全防護(hù)外引接地網(wǎng)，應(yīng)該深埋接地體，并根據(jù)地下扁鋼走線設(shè)置警示標(biāo)示，以便投入使用后的警示和巡查。為避免在系統(tǒng)短路時(shí)出現(xiàn)接地網(wǎng)轉(zhuǎn)移過電壓，外引接線對(duì)地絕緣，并且引接線被雷擊時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)工頻對(duì)地絕緣造成難以恢復(fù)的絕緣損壞，為方便查看絕緣子是否受到雷擊損壞可運(yùn)用玻璃絕緣子。通過三根LGJ240/30導(dǎo)線的應(yīng)用，架空引接線路可避免雷擊全部斷線，三根導(dǎo)線在每個(gè)桿塔處互相連通一次，在系統(tǒng)短路時(shí)引接線會(huì)有16880V瞬時(shí)的過電壓以及16.88kA瞬時(shí)電流。為使整體接地電阻不超過1Ω，則要求引接線路整體阻抗不超過0.1Ω，按照接地電阻的實(shí)際測量值來反饋設(shè)計(jì)，可分三次來實(shí)施外引接地。

5 外引接地方案的實(shí)施

5.1第一次施工

完成第一次施工后，外引接地測量出的電阻是3Ω，在10天后測量第二次外引接地電阻是1.2Ω。對(duì)兩次測量存在差距的原因進(jìn)行分析：（1）不同的測量方式會(huì)使結(jié)果存在差異。首次測量應(yīng)用老式搖表測量，再次測量使用新式搖表測量，再次測量數(shù)據(jù)更接近事實(shí)。（2）沒有壓實(shí)回填土壤，土壤與接地體沒有緊密的接觸，因此首次測量有較高的接地電阻。后因?yàn)榈叵滤?，接觸土壤情況恢復(fù)之前的緊密程度，同時(shí)加大了接地體接觸面，從而降低了接地電阻。第一次施工沒有滿足外引接地電阻不超過1Ω的設(shè)計(jì)目標(biāo)。結(jié)合現(xiàn)場施工具體情況可知，兩接地體的長度分別是1354m和1279m，與原本設(shè)計(jì)要求相符合。但具體施工時(shí)因?yàn)閳龅氐葪l件限制造成兩接地體間距不超過60m的設(shè)計(jì)值，因此外引接地實(shí)際測量電阻會(huì)超過設(shè)計(jì)值。按照實(shí)際測量的電阻可得出灘涂外引區(qū)土壤平均電阻率為750Ω·m。

5.2第二次施工

原本設(shè)計(jì)方案是先水平設(shè)置兩根最大70m間隔的200m鍍鋅扁鋼，規(guī)格是80 ×8 mm2，3.5m的敷設(shè)深度;并打兩口深100m的接地井。外引整體接地電阻大約在1Ω以下。落實(shí)中可先敷設(shè)水平的接地體，如果外引整體接地電阻達(dá)不到小于1Ω的要求時(shí)再打深井。因?yàn)闉┩可现饕巧呈?，如果鉆頭抽出，流砂將會(huì)淹沒井孔，將難以打深井。因此二次施工應(yīng)落實(shí)設(shè)計(jì)方案的水平接地網(wǎng)。完成施工后外引接地實(shí)際測量的電阻為1.13Ω。二次施工后沒有明顯降阻效果的原因?yàn)槎问┕た拷穫?cè)有較高的地形，在挖到地表4m之下還沒見到含水層，因此施工單位可在這一處打15根2m的垂直接地極直到含水層，由于進(jìn)入含水層沒有足夠的深。加上表層土壤為較礫石和砂石，難以保持水分，從而此層敷設(shè)水平接地體和垂直接地難以起作用。

5.3第三次施工

灘涂上接近所址的一側(cè)設(shè)置一根1300m的接地體，和已經(jīng)設(shè)置的接地體最寬間隔能夠達(dá)到50m，并加密原網(wǎng)格。三次施工后外引擴(kuò)大接地網(wǎng)面積為二次施工后的2倍。一次測量后得知，放線約1270m，30°角，外引整體接地電阻為1.84Ω。這和現(xiàn)場施工實(shí)際情況理論計(jì)算值存在較大差別。主要是因?yàn)橥庖€第一次使用鋁導(dǎo)線，施工單位經(jīng)驗(yàn)不足，使用螺栓連接鐵塔和接地扁鋼，外引線存在較大的接觸電阻，鋁氧化層消除后可改為焊接連接，外引接地實(shí)際測量電阻為1Ω，所內(nèi)的主接地網(wǎng)電阻在2.65Ω，整體接地電阻為0.9Ω，可達(dá)預(yù)期目標(biāo)。

6 結(jié)束語

高土壤電阻率條件下，條件如果允許，220kV變電所的外引接地比較有效。變電所與外引點(diǎn)不可相隔太遠(yuǎn)，通常不超過1km，否則引接線阻抗會(huì)對(duì)效果造成較大影響。如果有條件，引接線盡可能使用接地扁鋼與外引接地網(wǎng)深埋連接，從而將外引線感抗消除。

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（作者單位：國網(wǎng)湖南省電力有限公司懷化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所）