110千伏變電站接地設(shè)計(jì)探討

宋春艷

(杭州電業(yè)局，浙江杭州310009)

摘要：根據(jù)城市變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，分析了如何確定接地電阻的目標(biāo)值，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，提出了降低接地電阻的方法，并對(duì)接地網(wǎng)材料、土壤電阻測(cè)量精度等問(wèn)題提出了建議。關(guān)鍵詞：城市變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)

0引言在城市變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，明顯的特點(diǎn)和難點(diǎn)如下：(1)由于城市規(guī)劃的節(jié)地，變電站占地面積越來(lái)越小。室內(nèi)變電站3臺(tái)主變壓器，30條出線，一般面積需要2000~2500m2左右；(2)變電站附近沒(méi)有可用的空地，接地網(wǎng)無(wú)法引出。一般只能在圍欄的這一部分采取措施；(3)變電站綜合樓下敷設(shè)1/2 ~ 1/3接地網(wǎng)，投產(chǎn)后難以再進(jìn)行開(kāi)挖和改造。針對(duì)城市室內(nèi)變電站的上述特點(diǎn)，本文將總結(jié)一些城市變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，供大家參考。1接地電阻在接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)先計(jì)算流經(jīng)接地裝置的接地短路電流I值，然后取下面兩個(gè)公式中較大的I值。接地短路時(shí)：Imax——接地短路點(diǎn)的較大接地短路電流；in——流經(jīng)變電站接地中性點(diǎn)的較大接地短路電流；Ke1、Ke2——變電站內(nèi)外發(fā)生短路時(shí)避雷針的分流系數(shù)。在計(jì)算分流系數(shù)之前，應(yīng)分析每個(gè)變電站的實(shí)際情況。對(duì)于架空線路的接地線，要知道是否有絕緣裝置和避雷針的類型；對(duì)于電纜線路，要知道是否有保護(hù)器和回流電纜。對(duì)于保護(hù)器，考慮采用不帶絕緣裝置的接地線進(jìn)行分流。流經(jīng)接地網(wǎng)的接地短路電流應(yīng)按系統(tǒng)較大運(yùn)行方式計(jì)算，并考慮5 ~ 10年的發(fā)展。同時(shí)，由于零序保護(hù)的要求，需要經(jīng)常斷開(kāi)一些干式變壓器的接地中性點(diǎn)，從而減少接地短路電流。此外，當(dāng)接地網(wǎng)內(nèi)部或外部發(fā)生接地短路時(shí)，分流系數(shù)變化很大。在高電阻率地區(qū)，如果沒(méi)有計(jì)算分流系數(shù)的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)內(nèi)外的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，取Kf1=0.5(接地網(wǎng)短路)；Kf2=0.1(接地網(wǎng)外短路)。由于系統(tǒng)短路容量越來(lái)越大，土壤電阻率高，接地面積小等因素，工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到按簡(jiǎn)單公式或Schwarz公式計(jì)算值難以滿足，但遠(yuǎn)小于5 的情況。為了獲得更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，一般采用以下思路解決問(wèn)題：(1)計(jì)算分流系數(shù)，確定短路電流I入地，計(jì)算。(2)設(shè)計(jì)水平接地網(wǎng)，用簡(jiǎn)單公式或施瓦茨公式計(jì)算本工程可能的接地電阻值。(3)采用有效降低接地電阻的方法，使接地電阻滿足。(4)當(dāng)需要不合理的投入才能達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，不必堅(jiān)持達(dá)到目標(biāo)值，可以任意提高接地電位。相反，應(yīng)該采取合理的措施來(lái)有效地降低阻力。然后，主要考慮采取均衡措施，檢查接觸電位和跨步電壓，檢查3 ~ 10 kV閥式避雷器不應(yīng)動(dòng)作，采取各種保護(hù)和隔離措施。2等距離水平接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)接地網(wǎng)通常由埋深為0.6 ~ 0.8m的水平接地體復(fù)合接地網(wǎng)組成，并輔以適當(dāng)距離的角鋼垂直接地體(長(zhǎng)2.5m)。接地網(wǎng)中的較大接觸電勢(shì)出現(xiàn)在角網(wǎng)上，因此用角網(wǎng)電勢(shì)設(shè)計(jì)均衡網(wǎng)絡(luò)是相當(dāng)安全的。水平接地網(wǎng)設(shè)計(jì)為不等均壓網(wǎng)，即均壓帶靠近外緣，中心稀疏。均壓網(wǎng)絡(luò)的面積是決定接地電阻的主要因素。網(wǎng)孔電位是指接地網(wǎng)柵孔中心地面上的一點(diǎn)與接地網(wǎng)之間的電位差。由于大部分接地網(wǎng)的接觸電位小于角網(wǎng)的接觸電位，如果在角網(wǎng)區(qū)域適當(dāng)加強(qiáng)電壓均衡，則應(yīng)增加接地帶，或采取安全措施，如鋪設(shè)接地網(wǎng) #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

當(dāng)均壓帶總數(shù)(縱向和橫向之和，包括周圍面積)小于17時(shí)，長(zhǎng)孔的接觸電位小于方孔，應(yīng)采用長(zhǎng)孔接地網(wǎng)；當(dāng)均壓帶總數(shù)大于等于18條時(shí)，長(zhǎng)孔的接觸電位大于方孔，應(yīng)采用方孔接地網(wǎng)。較大階躍電壓出現(xiàn)在接地網(wǎng)外側(cè)的直角處，距接地網(wǎng)的距離在(h-0.4)和(h 0.4)之間(h為接地網(wǎng)埋深)。當(dāng)柵欄是磚石結(jié)構(gòu)時(shí)，較好在與接地網(wǎng)埋深相等的距離處筑起柵欄，使較大跨步電壓出現(xiàn)的地方正好被柵欄位置占據(jù)。接地網(wǎng)的四個(gè)角做成R=D/2的弧形，可以顯著降低接地網(wǎng)外直角處的跨步電壓。在變電站進(jìn)出口處埋設(shè)邊緣形輔助均壓帶，可降低20 ~ 40的跨步電壓，改善這些地面的電位分布；也可結(jié)合道路施工作為安全措施。當(dāng)接地網(wǎng)埋深達(dá)到一定水平時(shí)，接地電阻下降緩慢，考慮到盡量減少接地工程的土方工作量，接地網(wǎng)埋深一般取0.8m。3降低接地電阻的途徑3.1深井接地可以克服場(chǎng)地狹小的缺點(diǎn)，不受氣候、季節(jié)等閾值的影響。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，附著在水平接地網(wǎng)上的垂直接地體的接地電阻只能降低2.8 ~ 8。只有當(dāng)這些額外的垂直接地體的長(zhǎng)度增加到與平衡柵的長(zhǎng)度和寬度相當(dāng)，并且平衡柵接近一個(gè)半球時(shí)，接地電阻才會(huì)大大降低30%左右。110kV長(zhǎng)安變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施工中，接地網(wǎng)面積為4000m2。常規(guī)水平接地網(wǎng)敷設(shè)后，測(cè)得的接地電阻為1.88，然后接地網(wǎng)周圍的4口深井接地。較好口深井接入主接地網(wǎng)后，測(cè)得的接地電阻為1.75，第二口深井接入后為1.6，第三口深井接入后為1.57，第四口深井接入后為1.17。應(yīng)注意深井接地

意以下幾個(gè)方面： (1)深井接地的深度，要大于接地面積的等效半徑。 (2)深井接地的布置要合理。為避免垂直接地極的屏蔽作用，根據(jù)規(guī)程要求，垂直接地極的間距不應(yīng)小于其長(zhǎng)度的兩倍。 (3)計(jì)算用的土壤電阻率取值要正確。土壤電阻率的測(cè)量如果只有十幾m的極間距離，則只能反映表層的電阻率，如果計(jì)算用ρ和實(shí)際存在較大偏差，將直接影響整個(gè)接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)。 (4)慎用降阻劑，由于深井穿透水層，降阻劑會(huì)污染水源，目前一些地區(qū)為保護(hù)水資源已禁止采用降阻劑。應(yīng)樹(shù)立環(huán)保意識(shí)，慎用降阻劑。3.2使用新型接地體 IEA為電解離子接地系統(tǒng)（IonicEarthingArray）簡(jiǎn)稱。接地體內(nèi)呈空?qǐng)A形狀，外表是銅合金，內(nèi)部含有特制的電解離子化合物。IEA接地系統(tǒng)的工作原理是由于大氣壓力的改變和自然空氣的流動(dòng)，促使空氣流入IEA頂端的通氣孔，使之與接地極內(nèi)的金屬鹽化合，經(jīng)過(guò)吸濕處理形成電解液。這些電解液聚積在接地極底部并溢出，向四周擴(kuò)散而形成“接地根”，使土壤電阻降低，從而達(dá)到接地電阻持續(xù)降低的效果。 在慶春變的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中，接地電阻的目標(biāo)值確定為0．49Ω，采用常規(guī)接地網(wǎng)與IEA接地環(huán)網(wǎng)相結(jié)合的方案。水平網(wǎng)的接地電阻為：為使接地電阻小于0．49Ω，IEA接地環(huán)網(wǎng)采用8套IEA電極，每根IEA電極長(zhǎng)為3m，間距約為20m，埋設(shè)在常規(guī)水平網(wǎng)下0．5m左右。8套IEA電極互相之間用銅纜相互連接，成IEA接地環(huán)網(wǎng)，而且每套IEA電極都要與常規(guī)水平網(wǎng)采用一點(diǎn)連接，IEA環(huán)網(wǎng)與常規(guī)水平網(wǎng)采用火泥熔接方式。 IEA接地環(huán)網(wǎng)的接地電阻為R2＝0．6387Ω。慶春變綜合網(wǎng)的接地電阻設(shè)計(jì)值為R＝目前，慶春變接地網(wǎng)已施工完畢，經(jīng)實(shí)測(cè)，綜合網(wǎng)的接地電阻為0．29Ω，效果比較理想。3.3埋設(shè)原土層 在接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮到變電所場(chǎng)地回填對(duì)接地電阻的影響。 110kV變電所的所址場(chǎng)地標(biāo)高應(yīng)考慮高于50年一遇洪水位，并高于城市規(guī)劃道路的道路標(biāo)高。綜合這兩個(gè)因素，有的變電所要將現(xiàn)有場(chǎng)地填高2～3m。 分析比較各變電所的巖土工程勘察報(bào)告，大部分情況是：當(dāng)距地表下1m深處時(shí)，電阻率變化稍大；當(dāng)距地表下5m深處時(shí)，電阻率變化不大；但總的來(lái)說(shuō)，原土層的土壤電阻率較低，在30～100Ω·m左右；而填土層多為塘渣、煤渣、礫石等，土壤電阻率較高，在300～1000Ω·m左右。在接地設(shè)計(jì)中埋深如取0．8m，當(dāng)變電所填高2～3m后，水平接地體將敷設(shè)在填土層中，土壤電阻率很高，接地電阻將達(dá)不到要求。在110kV五杭變電所接地設(shè)計(jì)中，所址場(chǎng)地需回填2．5m，在比較多種設(shè)計(jì)方案后，采用將接地扁鋼敷設(shè)在原土層，用土壤電阻率較低的原土回填，并夯實(shí)，如圖1所示方案，取得較好的效果。 在接地網(wǎng)的具體施工時(shí)，一定要與土建工程配套施工，并應(yīng)參加有關(guān)隱蔽工程的驗(yàn)收工作。3.4擴(kuò)大接地面積 擴(kuò)大接地面積對(duì)減小接地電阻，作用較為顯著。直接擴(kuò)大變電所接地網(wǎng)面積，往往受變電所四周場(chǎng)地的限制。特別是城市戶內(nèi)變電所，布點(diǎn)越來(lái)越困難，周圍常有住宅、公建等設(shè)施，只能保證較起碼的消防、環(huán)保距離，故這個(gè)方法在城市戶內(nèi)變電所接地設(shè)計(jì)中常常無(wú)法實(shí)施。 一種新的思路是：在接地網(wǎng)周圍布置斜向垂直接地極。垂直接地極既可深入土壤電阻率低的地層（起到深井接地效果），又能間接擴(kuò)大接地網(wǎng)面積。接地極的一端連在接地網(wǎng)上，#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

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