110千伏變電站接地設計探討

宋春艷

(杭州電業(yè)局，浙江杭州310009)

摘要：根據城市變電站接地網(wǎng)設計的特點(diǎn)，分析了如何確定接地電阻的目標值，結合實(shí)際工程經(jīng)驗，提出了降低接地電阻的方法，并對接地網(wǎng)材料、土壤電阻測量精度等問(wèn)題提出了建議。關(guān)鍵詞：城市變電站接地網(wǎng)設計

0引言在城市變電站接地網(wǎng)的設計中，明顯的特點(diǎn)和難點(diǎn)如下：(1)由于城市規劃的節地，變電站占地面積越來(lái)越小。室內變電站3臺主變壓器，30條出線(xiàn)，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。針對城市室內變電站的上述特點(diǎn)，本文將總結一些城市變電站接地網(wǎng)設計的經(jīng)驗，供大家參考。1接地電阻在接地網(wǎng)設計中，應先計算流經(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——變電站內外發(fā)生短路時(shí)避雷針的分流系數。在計算分流系數之前，應分析每個(gè)變電站的實(shí)際情況。對于架空線(xiàn)路的接地線(xiàn)，要知道是否有絕緣裝置和避雷針的類(lèi)型；對于電纜線(xiàn)路，要知道是否有保護器和回流電纜。對于保護器，考慮采用不帶絕緣裝置的接地線(xiàn)進(jìn)行分流。流經(jīng)接地網(wǎng)的接地短路電流應按系統較大運行方式計算，并考慮5 ~ 10年的發(fā)展。同時(shí)，由于零序保護的要求，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，當接地網(wǎng)內部或外部發(fā)生接地短路時(shí)，分流系數變化很大。在高電阻率地區，如果沒(méi)有計算分流系數的數據，可以根據內外的試驗數據和計算結果，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，工程設計中經(jīng)常遇到按簡(jiǎn)單公式或Schwarz公式計算值難以滿(mǎn)足，但遠小于5 的情況。為了獲得更好的技術(shù)經(jīng)濟指標，一般采用以下思路解決問(wèn)題：(1)計算分流系數，確定短路電流I入地，計算。(2)設計水平接地網(wǎng)，用簡(jiǎn)單公式或施瓦茨公式計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(mǎn)足。(4)當需要不合理的投入才能達到目標值時(shí)，不必堅持達到目標值，可以任意提高接地電位。相反，應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閥式避雷器不應動(dòng)作，采取各種保護和隔離措施。2等距離水平接地網(wǎng)的設計接地網(wǎng)通常由埋深為0.6 ~ 0.8m的水平接地體復合接地網(wǎng)組成，并輔以適當距離的角鋼垂直接地體(長(cháng)2.5m)。接地網(wǎng)中的較大接觸電勢出現在角網(wǎng)上，因此用角網(wǎng)電勢設計均衡網(wǎng)絡(luò )是相當安全的。水平接地網(wǎng)設計為不等均壓網(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)區域適當加強電壓均衡，則應增加接地帶，或采取安全措施，如鋪設接地網(wǎng) #p#分頁(yè)標題#e#

當均壓帶總數(縱向和橫向之和，包括周?chē)娣e)小于17時(shí)，長(cháng)孔的接觸電位小于方孔，應采用長(cháng)孔接地網(wǎng)；當均壓帶總數大于等于18條時(shí)，長(cháng)孔的接觸電位大于方孔，應采用方孔接地網(wǎng)。較大階躍電壓出現在接地網(wǎng)外側的直角處，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)。當柵欄是磚石結構時(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的地方正好被柵欄位置占據。接地網(wǎng)的四個(gè)角做成R=D/2的弧形，可以顯著(zhù)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；也可結合道路施工作為安全措施。當接地網(wǎng)埋深達到一定水平時(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、季節等閾值的影響。根據實(shí)踐經(jīng)驗，附著(zhù)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。只有當這些額外的垂直接地體的長(cháng)度增加到與平衡柵的長(cháng)度和寬度相當，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(cháng)安變電站接地網(wǎng)的設計和施工中，接地網(wǎng)面積為4000m2。常規水平接地網(wǎng)敷設后，測得的接地電阻為1.88，然后接地網(wǎng)周?chē)?口深井接地。較好口深井接入主接地網(wǎng)后，測得的接地電阻為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，根據規程要求，垂直接地極的間距不應小于其長(cháng)度的兩倍。 (3)計算用的土壤電阻率取值要正確。土壤電阻率的測量如果只有十幾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)的設計。 (4)慎用降阻劑，由于深井穿透水層，降阻劑會(huì )污染水源，目前一些地區為保護水資源已禁止采用降阻劑。應樹(shù)立環(huán)保意識，慎用降阻劑。3.2使用新型接地體 IEA為電解離子接地系統（IonicEarthingArray）簡(jiǎn)稱(chēng)。接地體內呈空圓形狀，外表是銅合金，內部含有特制的電解離子化合物。IEA接地系統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，向四周擴散而形成“接地根”，使土壤電阻降低，從而達到接地電阻持續降低的效果。 在慶春變的接地網(wǎng)設計中，接地電阻的目標值確定為0．49Ω，采用常規接地網(wǎng)與IEA接地環(huán)網(wǎng)相結合的方案。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(cháng)為3m，間距約為20m，埋設在常規水平網(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電極都要與常規水平網(wǎng)采用一點(diǎn)連接，IEA環(huán)網(wǎng)與常規水平網(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)的接地電阻設計值為R＝目前，慶春變接地網(wǎng)已施工完畢，經(jīng)實(shí)測，綜合網(wǎng)的接地電阻為0．29Ω，效果比較理想。3.3埋設原土層 在接地網(wǎng)的設計中，還應考慮到變電所場(chǎng)地回填對接地電阻的影響。 110kV變電所的所址場(chǎng)地標高應考慮高于50年一遇洪水位，并高于城市規劃道路的道路標高。綜合這兩個(gè)因素，有的變電所要將現有場(chǎng)地填高2～3m。 分析比較各變電所的巖土工程勘察報告，大部分情況是：當距地表下1m深處時(shí)，電阻率變化稍大；當距地表下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。在接地設計中埋深如取0．8m，當變電所填高2～3m后，水平接地體將敷設在填土層中，土壤電阻率很高，接地電阻將達不到要求。在110kV五杭變電所接地設計中，所址場(chǎng)地需回填2．5m，在比較多種設計方案后，采用將接地扁鋼敷設在原土層，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，并應參加有關(guān)隱蔽工程的驗收工作。3.4擴大接地面積 擴大接地面積對減小接地電阻，作用較為顯著(zhù)。直接擴大變電所接地網(wǎng)面積，往往受變電所四周場(chǎng)地的限制。特別是城市戶(hù)內變電所，布點(diǎn)越來(lái)越困難，周?chē)Ｓ凶≌?、公建等設施，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(hù)內變電所接地設計中常常無(wú)法實(shí)施。 一種新的思路是：在接地網(wǎng)周?chē)贾眯毕虼怪苯拥貥O。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)標題#e#

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