110kV變電站接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計分析

劉義

摘要：110kV變電站在進行平時的電力傳輸時，所承擔的主要任務(wù)就是升壓與降壓，而接地網(wǎng)是變電站中相當重要的系統(tǒng)，它是否安全與可靠，會直接影響到變電站設(shè)備的正常工作以及工作人員的人身安全，甚至直接關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的使用壽命。

關(guān)鍵詞：變電站;接地網(wǎng);優(yōu)化設(shè)計

1.變電站接地網(wǎng)設(shè)計的影響因素

在進行變電站接地網(wǎng)設(shè)計時，會受到下述幾個因素的影響，。

1.1土壤電阻率的準確性

在進行接地網(wǎng)設(shè)計時，一定要確保土壤電阻率的準確性，以免引起設(shè)計的誤差。為了確保電阻率不出現(xiàn)誤差性，在實際勘測時最好使用超過2種的方法進行對比。在設(shè)計中，不要硬套埋深O.8m，而是因地制宜，將水平網(wǎng)埋深在土壤電阻率較低的土層里或加長垂直接地極穿入該土層，以獲得較好的接地效果。

1.2必須提前進行接地施工

進行接地網(wǎng)施工前，必須先把地整平，降低接地電阻可以在原土層上面實施。如果有條件，填土層可以采用電阻率較低的土質(zhì)。

1.3選擇合適的接地體

如果接地網(wǎng)導體的截面符合一定的要求，如果再增加導體的截面就會需要更多的鋼材用量，但是要注意導體截面的大小要可以承受入地電流的熱效應，并經(jīng)得起大地腐蝕。水平接地體往往是選用50mmx5mm的鍍鋅扁鋼，垂直接地體一般選擇50mmx5Omm～5mm鍍鋅角鋼。

1.4使用減少接地電位的其他方法

當接地電阻R小于等于2000/I時，對身體是安全的。所以，應該減小接地電阻，并增大系統(tǒng)零序阻抗和分流，以便有效降低入地短路電流。

2.工程概況

某變電站征地面積5.2畝，土壤電阻率表層是520Ω.m，3米以上的土層電阻率是720Ω.m，而且圖紙是風化碎石，地網(wǎng)接地電阻設(shè)計值是小于1Ω，以現(xiàn)有技術(shù)很難達到要求，所以，考慮使用土壤改良降阻新技術(shù)進行地網(wǎng)降阻。

3.110kV變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計

3.1擴大地網(wǎng)面積

這種方法可以有效減少地網(wǎng)接地電阻，但是，面積的增大也使得電流密度的不均勻性問題越來越嚴重，當降阻的效果逐漸趨于飽和，而地網(wǎng)面積增大到一定程度時，效果就會達到頂峰，過了這個點效果會越來越差，所以，在高土壤電阻率地區(qū)建變電站的方法并不可取。再者，增大地網(wǎng)面積會增加資金投入，且可占地面積有限，尤其是城區(qū)用地的緊張，只能確保最起碼的安全距離，所以，這一方法往往無法得到正常使用。所以，此法只適合郊區(qū)變電站。

3.2增設(shè)接地體

這主要是增設(shè)水平接地體，并將垂直接地體深深埋于地下，以便有效降阻，現(xiàn)階段在很多高土壤電阻率地區(qū)推廣了接地設(shè)計。但是，雖說水平接地體能在一定程度上降低接地極附近的電流密度，他們互相之間的屏蔽作用而會讓效果大打折扣，加裝并深埋垂直接地體，從減小沖擊接地電阻來看，通常有一定的效果，但在降低地網(wǎng)工頻電阻方面效果甚微。

3.3降低接地電阻

設(shè)計接地網(wǎng)之前，要先測試、分析變電站地域的地質(zhì)情況，從而確定出地層電阻率較低的位置，接下來再針對不同降低接地電阻的方法進行計算，從而確定出最佳方案。

（1）接地斜井

往往原土層的土壤電阻率會比較高，為了避開深層土壤差的區(qū)域，將上層較好的土壤充分利用起來，可以利用斜井降低接地電阻。而且由于是斜井，所以深井之間的互相屏蔽作用就有所減少，這對于降低接地電阻也非常有利。接地斜井的施工方法如下：第一，利用斜鉆技術(shù)在變電站地網(wǎng)四個角上用鉆機鉆出斜井，井深50米，傾斜角約在30度;斜井的方向由地網(wǎng)中心向外輻射。每口井內(nèi)的頂部與底部分別設(shè)置一套離子接地極，從而利用其對深層土壤的電阻率加以改善，將斜井的降阻作用充分發(fā)揮出來。在井內(nèi)兩個離子接地極利用聯(lián)結(jié)電極線聯(lián)結(jié)起來;采用GEM接地增強劑進行回填，從而保證接地極與大地保持良好的接觸。第二，變電站內(nèi)要設(shè)置四套離子接地極，對站內(nèi)地網(wǎng)的土壤電阻率進行改善中，具體的安裝位置要根據(jù)實際情況來確定。

（2）深井式垂直接地極

深井式垂直接地極是以水平接地網(wǎng)為基礎(chǔ)，向大地縱深尋求擴大接地面積。如果大地上層土壤電阻率較高，下層較低時，垂直接地極穿入第二層時會對接地電阻產(chǎn)生較大影響。深井接地極對場地的要求不高，而且氣候條件、季節(jié)因素也不會對其產(chǎn)生影響。垂直接地體附加于水平接地網(wǎng)，可以減少2%～8%左右的接地電阻，而垂直接地體的長度增加至均壓網(wǎng)的長、寬尺寸，均壓網(wǎng)趨勢近于半個球時，對接地電阻的影響才會比較明顯。

（3）使用降阻劑或進行局部換土

這種方法可以有效降低地網(wǎng)附近的土坡電阻率，并能降低土坡與接地體間的接觸電阻，但無論是均勻土坡，還是平雙層土坡，這種措施對地網(wǎng)的接地電阻降低作用并不大，且降阻劑會對接地體造成腐蝕效應。

而考慮到接地斜井適合用于場地標高不得低于50年一遇的洪水位的110kV變電站，而且要高于城市規(guī)劃道路的標高。而深井式接地極只適用于地下較深處的土壤電阻率較低的地方，比如有金屬礦或者地下有地下水，而上層土壤干燥的地方。變電站接地網(wǎng)起初是采用降阻劑降阻，在地網(wǎng)運行后不到兩個月的時間里，接地體已出現(xiàn)嚴重腐蝕現(xiàn)象，所以，不再考慮使用降阻劑。而本工程是下層土質(zhì)是風化石的電站，下層土壤的電阻率比上層土壤電阻率還高，所以，上述方法均不適合。

4.接地網(wǎng)優(yōu)化降阻設(shè)計計算

設(shè)計中我們將接地網(wǎng)分成兩個部分，所內(nèi)的面積是55米×45米，站外面積是45米×20米+15米×20米。為了保證置換土壤電阻降阻的穩(wěn)定性與長效性，在置換土中加入少量導電粉，水泥和吸水劑。

接地網(wǎng)電阻值計算

變電站土壤電阻率的實測值是400Ω.m，考慮到季節(jié)原因?qū)е碌挠绊?，所以留有余地，土壤電阻率的計算值取保守的?shù)值7200Ω.m，變電站內(nèi)的面積S1=2300m2，變電站外面積S2=1200m2，地王溝挖出的原土經(jīng)滲入一定比例的導電粉和吸水劑后，其土壤電阻率為2=60Ω.m。

結(jié)語

本工程中所使用的方法有效降低了接地電阻。在實際設(shè)計過程中，不同地區(qū)、不同的土壤條件要采取不同的方案，并且各種方法可以配合使用，實際效果可能會更好。

參考文獻

[1]孟慶波，何金良.降低接地裝置接地電阻的新方法[J].高電壓技術(shù).1996：22（2）

[2]郭秀勇，賀輝，周羽生.110kv變電站接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計[J].電力設(shè)計.2009（6）.

[3]楊曉雄，彭敏放，苗文華等.發(fā)變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報.2010（4）.