變電站電氣一次主接地網(wǎng)設(shè)計(jì)與研究

童世成，黃以誠(chéng)，吳 征，鄧慕瑤

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司超高壓公司，湖北 武漢 430050）

1 變電站電氣一次主接地網(wǎng)設(shè)計(jì)要求與原則

施工人員在針對(duì)變電站電氣一次主接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要從施工技術(shù)、資金等層面進(jìn)行考慮，確保整個(gè)設(shè)計(jì)方案的合理性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性[1]。

隨著生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)于電力的需求量也在不斷增加?？紤]到人們對(duì)于電力總的需求以及周邊環(huán)境因素，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)分析制定最終的變電站建設(shè)方案。在變電站的電氣一次主接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，要具有全局思維，從安全、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)角度考慮到建設(shè)與生產(chǎn)之間可能會(huì)出現(xiàn)的矛盾。此外，采用當(dāng)前先進(jìn)的電氣一次主接地網(wǎng)技術(shù)理念展開設(shè)計(jì)，并且要使用符合本次施工需求的材料與相關(guān)設(shè)備。

在進(jìn)行電氣一次主接地網(wǎng)設(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)人員需要考慮好施工項(xiàng)目中所需要的電力負(fù)荷總量和變電容量等實(shí)際數(shù)據(jù)需求。變電站電氣一次主接線方式應(yīng)當(dāng)具備一定的靈活性，根據(jù)實(shí)際的情況及時(shí)做出相應(yīng)改變。同時(shí)接線方案要具有一定的可靠性，確保方案實(shí)施后電氣一次主接網(wǎng)能夠投入到實(shí)際應(yīng)用中[2]。此外，在設(shè)計(jì)電氣一次主接地線時(shí)，要從經(jīng)濟(jì)性的角度去考慮，盡可能控制總成本。從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，盡可能減少整體占地面積。在材料與設(shè)備的選擇上，應(yīng)當(dāng)以性能更優(yōu)、體積更小為主，把控好整個(gè)施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量。

2 對(duì)變電站電氣一次主接地網(wǎng)的研究

接地網(wǎng)可以為整個(gè)變電站的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有效保障，當(dāng)變電站的電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，接地網(wǎng)可以迅速反應(yīng)并將故障電流排入地下，避免造成更嚴(yán)重的后果。

在進(jìn)行接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到工程所處的實(shí)際環(huán)境以及所有會(huì)對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素。例如在項(xiàng)目施工環(huán)境中，土壤土層的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)接地網(wǎng)的形狀產(chǎn)生影響，對(duì)此在項(xiàng)目施工前需要充分了解相關(guān)的土壤土層結(jié)構(gòu)，選擇合適的接地網(wǎng)形式。此外，在施工前還要掌握當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓闆r，及時(shí)采取相關(guān)措施。如果想要有效降低電阻率，則可以采用深埋的方式[3]。

隨著電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性要求也相繼提高。在實(shí)際的電網(wǎng)接地施工中，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備得到運(yùn)用，其中接地網(wǎng)的防腐蝕施工在目前備受矚目。在接地網(wǎng)建設(shè)中，環(huán)境影響因素較多，容易對(duì)接地網(wǎng)造成一定的腐蝕。由于施工環(huán)境中的土壤種類較多且分布不均，在一定程度上都會(huì)對(duì)金屬造成腐蝕，因此應(yīng)當(dāng)提前了解具體的地質(zhì)情況，結(jié)合相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)確定主要影響因素，并制定相應(yīng)的措施開展防護(hù)處理[4]。

3 實(shí)際工程案例分析

110 kW輸出線在安裝的過(guò)程中，從變電站的東面往內(nèi)拉入；10 kW的配電設(shè)備裝置則安裝在朝西的位置，采取雙列布設(shè)的方式布置在辦公樓的一樓。

在變電站中安裝專門的接地網(wǎng)，目的是在后期運(yùn)作時(shí)保證變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。接地網(wǎng)不僅能給所有的電氣設(shè)備提供必要的安全保障，而且還能在變電站運(yùn)作出現(xiàn)故障時(shí)將電流迅速排入到土體，保證附近居民的人身安全，同時(shí)保護(hù)電氣設(shè)備不會(huì)因電氣故障而出現(xiàn)損壞。針對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地地形與地質(zhì)開展勘察工作，對(duì)接地網(wǎng)的實(shí)際占地面積進(jìn)行測(cè)量，以此來(lái)確定土壤電阻率[5]。

土壤的實(shí)際電阻率大小會(huì)影響到實(shí)際接地電阻的大小，關(guān)系到最終接地網(wǎng)的使用情況。在接地網(wǎng)敷設(shè)的過(guò)程中，其電阻的大小要與系統(tǒng)的需求相匹配。如果無(wú)法滿足系統(tǒng)的要求，則需要對(duì)接地網(wǎng)的電阻進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。電阻率會(huì)影響到后期接地網(wǎng)系統(tǒng)的使用壽命，為了使土壤電阻率數(shù)值符合系統(tǒng)的要求，要將其控制在一個(gè)合適的范圍。土壤土體中的導(dǎo)電離子濃度、含水量等不同，電阻率也存在一定的差距。例如，濕陷性黃土本身含水量較高，電阻率就會(huì)更大。除了土壤土體內(nèi)部的導(dǎo)電離子濃度、含水量會(huì)影響到電阻率外，周圍的環(huán)境溫度也會(huì)影響到土壤的電阻率。一般情況下，隨著溫度的升高，電阻率會(huì)相應(yīng)下降，反之則會(huì)上升[6]。

根據(jù)相關(guān)設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)，施工場(chǎng)所土壤表層的電阻率為1 400 Ω·m。在深入土壤土體內(nèi)部進(jìn)行測(cè)算時(shí)，發(fā)現(xiàn)地下20 m處的電阻率為136 Ω·m，而地下40 m處的電阻率為110 Ω·m。根據(jù)測(cè)算出來(lái)的數(shù)據(jù)，為了確保設(shè)備不受到土壤的影響，可以選擇在土壤土體地下40 m處進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

考慮到本次施工的地段中土壤表層電阻率較高，對(duì)此也可以直接更換土壤，選擇電阻率更低的一些土壤。在更換土壤時(shí)，一是要考慮到更換后能夠確保電阻率得到有效控制，不影響后期的實(shí)際使用；二是要考慮到經(jīng)濟(jì)性原則，避免對(duì)土地進(jìn)行大面積更換[7]。施工地段夏季氣溫較高，考慮到環(huán)境因素的影響，在埋設(shè)時(shí)應(yīng)當(dāng)深埋接地體，保證電阻率符合使用要求。除了更換土體的措施外，還可以通過(guò)化學(xué)方式進(jìn)行處理，例如選擇專門的電阻劑降低電阻率。如果不對(duì)土壤做相應(yīng)的處理，可能會(huì)因氣溫不斷下降出現(xiàn)凍土現(xiàn)象。為了防止土壤凍結(jié)，可以通過(guò)混入泥炭的形式來(lái)處理[8]。

在實(shí)際施工的地段中，在接地網(wǎng)的四周布設(shè)豎直接地體，共鋪設(shè)100組，能夠起到控制電阻率的作用。由于本次施工現(xiàn)場(chǎng)的土壤電阻率較高，因此在選擇使用鍍鋅角鋼進(jìn)行接地極組建時(shí)，以長(zhǎng)度為3 m左右的鍍鋅角鋼為主，將接地極的距離控制在7 m，以此解決電阻過(guò)大的問(wèn)題[9]。垂直接地體如圖1所示。

圖1 垂直接地體

根據(jù)變電站的實(shí)際需求，在變電站周圍打一口深度不小于40 m的井，然后在井口放入半徑為130 mm的鍍鋅鋼管。在井口內(nèi)部布設(shè)降阻劑，一般降阻劑都會(huì)含有細(xì)石墨、固化劑和導(dǎo)電水泥等，顏色大多為灰黑色。通過(guò)在井口的鍍鋅鋼管周圍放入降阻劑，能夠充分與鋼管進(jìn)行接觸，構(gòu)成強(qiáng)大的電流流通面。此外，降阻劑還能夠向四周的土壤滲透，以此來(lái)降低電阻率，構(gòu)成低電阻區(qū)域。在放入降阻劑后，考慮到接地體的防腐問(wèn)題，還需要進(jìn)行相應(yīng)的防腐處理。在完成了所有的工序后，最終需要回填土壤。

在水平接地網(wǎng)中，結(jié)合半徑為10 mm的鍍鋅圓鋼來(lái)施工。水平接地體如圖2所示。

圖2 水平接地體

在水平接地體的施工中，需要先挖出深度在1 m左右的梯形溝槽。在鋪設(shè)與焊接完接地體后，使用專門的金屬支架放在接地體的下面進(jìn)行墊高，墊高的高度應(yīng)當(dāng)控制在50 mm左右。完成以上操作后，需要埋入土壤降阻劑，土壤降阻劑的厚度需要控制在50 mm左右。完成以上操作后再次進(jìn)行檢查核對(duì)，確認(rèn)后就進(jìn)行土壤回填并夯實(shí)[10]。在設(shè)計(jì)方案全部落實(shí)后，由專門的人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)施工的監(jiān)管，做好相關(guān)的通電檢查工作和后期驗(yàn)收工作。

4 結(jié) 論

綜上所述，變電站電氣一次主接地網(wǎng)對(duì)整個(gè)變電站乃至整個(gè)區(qū)域的用電都有著非常關(guān)鍵的指導(dǎo)性作用，接地網(wǎng)工程需要保持高度嚴(yán)格的施工要求，高標(biāo)準(zhǔn)完成設(shè)計(jì)、驗(yàn)收、維護(hù)等流程。根據(jù)具體的案例分析了電氣一次主接地網(wǎng)鋪設(shè)中需要注意的問(wèn)題，并在鋪設(shè)接地體時(shí)從垂直與水平兩個(gè)方向提出了具體的方案，具有一定的參考意義。