浅谈高土壤电阻率区变电站防雷接地网的改造

沈志斌

福建省南靖县供电有限公司,福建漳州 363600

变电站地网安全除了对接地阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等有较高的要求。

1 技术参数要求

1）变电站接地网的工频接地电阻不大于0.5Ω，独立避雷针的冲击接地电阻不大于10Ω；

2）变电站接地装置的使用寿命50 年。

环境条件（以XX 变电站为例）：历年极端最高气温为+39.9℃，历年极端最低气温为-6.4℃，年均气温为18.8℃；雷暴日：60 日每年，属于多雷区；土质：砂质风化石，土层较薄；变电站左侧是鱼塘、右侧及后面是山坡地、水田。

拟解决的关键问题：直击雷的防护问题、高土壤电阻率区降低接地电阻问题、地网均压问题、接地线的热稳定问题和接地体的防腐问题，接地工程的施工。为了保证工程质量并降低工程造价，必须做好工程的设计、施工、验收和使用四个阶段的全过程管理。

2 采用的方法和手段

第一步：原始信息的收集及勘察内容。

收集地网的用途、接地电阻值、使用年限、计算用流经接地装置的入地短路电流、接地短路电流持续的时间、《地勘报告》、气候特点等内容。土壤电阻率和接地电阻值的准确测量。了解变电站周边情况，了解河流走向，地下水位，周边植被、土层结构、可利用的接地面积以及周边典型地点的土壤电阻率。

第二步：存在问题分析。

1）直击雷的防护问题：

（1）防止雷电直击的主要设备是避雷针，避雷针位置的确定，是变电站防雷设计的关键步骤。

（2）110kV、 35kV 及10kV 母线防雷设备的选择，变电站的每组母线上，都应安装避雷器，作为防止高压雷电波沿架空线路、设备侵入变电站的最主要措施。

2）接地网的接地电阻问题，因为它直接关系到工频接地短路和雷电流入地时地电位的升高。

3）地网均压问题，特别是接地网的局部容易向电缆沟内的电缆产生反击造成控制保护设备的损坏引发恶性事故。

4）设备接地问题，特别严重的是有的防雷设备，如避雷线、避雷器的接地不好，会产生很高的残压和反击过电压。

5）接地线的热稳定，如果接地线的热稳定达不到要求，在接地短路电流流过时，就会把接地线烧断，造成设备外壳带电，还容易发生高压向保护和控制线反击。

6）接地网的腐蚀问题，由于接地装置在地下运行，故运行条件恶劣，特别是在一些潮湿和有害气体存在的地方，或土壤呈酸性的地方最容易发生腐蚀。腐蚀接地网的电气参数会发生变化，甚至会造成电气设备的接地与地网之间，地网各部分之间形成电气上的开路，因而应受到特别的重视。

第三步：方案比较与选择。

1）降阻措施的选择。

降阻措施一般包括：横向扩大地网面积、大面积换土、网路回填电阻率低的物质、纵向延伸地网至土壤电阻率较低的地方、敷设水下地网、采用高效降阻材料等，针对不同设计方案，需作经济性能比较和现场可实施条件的确定。

2）降阻材料的选择。

采用高效的降阻材料是降阻的最便捷方式。材料应用的原则应该在考虑降阻的同时，考虑其防腐，这关系到地网的使用年限，如果材料防腐蚀能力差，不能达到设计年限，同样会因接地材料的失效而引起变电站运行事故。所以，设计工作中，应全面综合比较选择材料，从而获得最优化的设计方案。

3）接地材料热校验及寿命。

（1）在有效接地系统中，变电站电气设备接地线的截面，应按接地短路电流进行热稳定效验。钢接地线的短时温度不应超过℃400℃，铜接地线不应超过450℃，铝接地线不应超过300℃。

（2）效验不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中电气设备接地线的热稳定时，敷设在地上的接地线长时间温度不应大于150℃，敷设在地下的接地线长时间温度不应大于100℃。

（3）与架空送、配电线路相连的6kV～66kV 高压电气设备接地线，还应按两相异地短路效验热稳定，接地线的短时温度同（1）。

（4）接地装置的设计使用年限，应与地面工程设计使用年限相当。

4）地网跨步电位差、接触电位差校验

（1）在110kV 及以上有效接地系统和6kV～35kV 低电阻接地系统，发生单相接地或异点两相接地时，变电站接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值

式中Ut为接触电位差，V；

US为跨步电位差，V；

ρf为人脚战立处地表面的土壤电阻率，Ω·m；

t 为接地短路（故障）电流持续时间，s。

（2）3 kV～66kV 不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统，发生单相接地故障后，当不迅速切除故障时，发电厂、变电站接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值

（3）在条件特别恶劣的场所，例如水田中，接触电位差和跨步电位差的允许值宜适当降低。

第四步，接地装置的施工。

1）改造旧地网；

2）引外接地——新扩地网100m×100m；

3）新旧地网加截面尺寸为0.4m×0.4m 的GPF-94 高效膨润土降阻防腐剂；

4）对站内避雷针进行改造；

5）对站内构架、设备、10kV 高压室、控制室等接地进行改造或增设。

6）用与初测相同的方法测量接地电阻值，校验接触电位差和跨步电位差。

综上所述，一个科学、完善、系统的变电站防雷接地方案，首先应在理论上进行接地电阻计算和跨步电位差、接触电位差校验，在保证设备和人身安全的前提下，对接地装置的相关参数合理的进行取值和控制，使设计方案符合相关规范要求。其次高土壤电阻率区的变电站，应根据变电站的地质和环境条件，采用技术经济分析的方法，因地制宜，综合治理来降低接地电阻。关键是合理地采用降阻措施，以达到既满足接地电阻的要求，又经济合理，便于施工，以较低的工程造价实现预期的目的。