高土壤电阻率变电站的降阻探讨

柯荷秀

（杭州市电力设计院， 杭州 310014）

高土壤电阻率变电站的降阻探讨

柯荷秀

（杭州市电力设计院， 杭州 310014）

针对高土壤电阻率的接地网，根据变电站现场实际情况，采取外延接地体、扩大外延接地网、换入低电阻率土壤等综合降阻措施来降低接地电阻，这样既有效又经济，校核了接地电阻偏高接地网的接触电压和跨步电压。

变电站；高土壤电阻率；接地电阻；降阻

随着现代化城市的迅速发展，城市用电负荷急剧增加，需要建设大批的变电站来满足供配电的要求。同时，城市土地资源非常有限，城市用地寸土寸金，因此变电站站址受诸多因素限制，大部分变电站不得不建在高土壤电阻率地带，导致变电站接地装置的接地电阻无法满足现行标准DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》中 R≤2000/ I要求。

如何有效地降低接地电阻，是变电站电力设计人员面对的主要技术难题。以具有高土壤电阻率的临安 110 kV 杨岭变工程设计实践为例， 探讨降低变电站接地电阻的一些方法。

1 110 kV 杨岭变接地电阻

110 kV 杨岭变为户外变电站， 主变压器 3× 50MVA， 电压等级 110/10 kV， 110 kV 主接线为内桥+线变组接线， 3 回 110 kV 进线均为架空进线。110 kV 单相短路电流为 15.3 kA， 分流系数为0.8， 全站 占 地 面积仅为 57×59 m2， 现 场 1～40 m深处电阻率见表1，高电阻率土壤的深层土壤平均电阻率 ρs为 420 Ω·m。变电站西面邻近有一个约 1 000m2的护坡，东面邻接 13 省道，沿着 13省道有 500m 排水沟（常年有水）。

表1 110 kV 杨岭变现场 1～40m 深处电阻率

变 电 站 的 接 地 电 阻 目 标 值 ： R ≤2000/I≤2000/15300×0.8≤0.16 Ω。

接地网不采取任何措施下，按设计标准计算可能达到的接地电阻值为：

接地电阻值远不能满足设计要求，由于场地周边条件有限，无法在原地扩大主接地网面积来降低接地电阻，经过现场勘察和研究，采用在东面 13省道的排水沟外延水平接地体和利用护坡扩大接地网面积等方法，取得了很大的综合降阻效果。

2 采用的综合降阻方法

2.1 外延接地体

沿着 13 省道排水沟外延 1 条长 500m 的射线型水平接地体， 每隔 10 m 左右打入 1根垂直接地极，并与主接地网两点连接。射线型水平接地极的接地电阻为：

式中： L 为水平接地极总长度， 500 m； h 为水平接地极埋深， 0.4 m； d 为水平接地极等效直径，0.03 m； A 为 形 状 系 数 ， 取 -0.6； ρ为 土 壤 电 阻率， 现场实测后取等值土壤电阻率 200 Ω·m。

变电站总的工频接地电阻可以看成是水平地网接地电阻 R1和外延接地极 Rj的并联， 在考虑相互之间的互阻影响后，地网总的工频接地电阻Rg为：

式中：Kp为屏蔽系数， 一般取 1.5。

2.2 扩大接地网面积

在变电站西面邻近护坡是专为 110 kV 杨岭变建造，回填的是低电阻率的土壤，现场实测土壤电阻率为 50 Ω·m。 在护坡上外延接地网， 接地网面积为 1 000 m2， 并与主接地网两点连接。外延接地网的接地电阻：

式中： S 为外延接地网的面积， 1 000 m2； p 为外延接地网处的实侧土壤电阻率， 50 Ω·m。

变电站总的工频接地电阻可以看成是水平地网接地电阻 Rg和外延接接地网 R2的并联， 在考虑相互之间的互阻影响后，地网总的工频接地电阻 R2g为：

经过处延接地体以及外延接地网的降阻措施， 接地网的接地电阻为 0.73 Ω， 现场实测接地网的接地电阻为 0.65 Ω， 虽没达到目标值， 但在现有的变电站周边条件下，如果再采取其他措施进一步降阻在技术经济上非常不合理，因此确定杨岭变电站接地电阻设计值为 0.65 Ω。

3 接地电阻较大时的校核

3.1 接地电阻偏高时的辅助措施

根据 DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》标准， 当接地电阻不符合 R≤2000/I的要求时， 人工接地网及有关电气装置还应符合 6.2.2 要求， 即∶

（1）采取高电压隔离措施： 变电所出入口的地面、操作地坪以及站内道路，应作特殊处理（做沥青路面）， 沥青层厚度不小于 12 cm； 站内给水管采用 PVC 管； 站内铺助通信线需在对侧加装过电压保护器。

（2）校核 10 kV 避雷器能否反向击穿。

（3）验算接触电势和跨步电势。

3.2 校核 10 kV 避雷器能否反向击穿

短路电流入地时，接地电阻太大会使接地电位超出限定值， 可能使变电站内 10 kV 避雷器动作甚至发生爆炸。要求接地电阻为 0.65 Ω 时， 避雷器耐受电压值小于变电站实际选用避雷器的工频放电电压值，杨岭变电站 10 kV 避雷器型号为HY10WZ-17/45， 其工频放电电压值为 17 kV。

根据电力工程电气设计手册电气一次部分（16-27）公式：

式中：U 为系统接地时，避雷器的耐受电压；I为入地短路电流； R 为接地网实侧接地电阻；Ue为额定线电压。

3.3 校验接触电势和跨步电势

按标准 DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》附录B公式B4计算所得实际最大接触电势差：

式 中 ： Utmax为 最 大 接 触 电 势 差 ； Ktmax为 最 大 接 触电势差系数； Ug为接地装置的电势。

当 接 地 极 的 埋 设 深 度 h=0.6 ～0.8 m 时 ， Kttmax按公式 B5 计算得 Ktmax：

式中： Kd， Kl， Kn和 Ks是系数， 可按 B6 计算得：

Utmax=KtmaxUg=0.15 × 7 956=1 193 V<1 320 V（沥青混凝土地面标准限值）

式中∶d为均压带等效直径；n为均压带计算根数；S为主接地网的面积；I为入地短路电流；R为实测接地电阻。

根 据标 准 DL/T 621-1997 附 录 B 公式 B8，计算接地网的实际最大跨步电势：

式 中 ： Usmax为 最 大 跨 步 电 势 差 ； Kk为 最 大 跨 步 电势 差 系 数 ； T 为 跨 步 距 离 ， T=0.8 m； h 为 接 地 极的 埋 设 深 度 ，L 为水平接地极的总长度； L0为接地网的外缘边线总长度；S为主接地网的面积。

计算得 Kk=0.068

接触电势和跨步电势校验符合规程要求。

4 结语

对于高土壤电阻率且范围受限的变电站接地网，要根据现场的情况找出有利于设计及降阻的条件，灵活运用降阻措施。如采取外延接地体，扩大接地网面积， 换入低电阻率土壤（换土）等多种方法。换入低电阻率土壤这一方法用于本来就要填土的工程，即经济又有效。在人员经常出入的地方接触电势及跨步电势一定要符合设计规程要求，以确保人员安全。

[1]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，1996.

[2]DL/T 621-1997 交 流 电 气 装 置 的 接 地[S].北 京 ： 中 国 电力出版社，1997.

作者简历： 柯荷秀（1980-）， 女， 浙江台州人， 助理工程师,从事 110 kV 及以上变电站的电气设计工作。

（本文编辑：杨 勇）

Investigation on Resistance-reduction in Substation w ith High Earth Resistivity

KE He-xiu
（Hangzhou Electric Power Design Institute,Hangzhou 310014,China）

In accordance with grounding grid with high earth resistivity and practical situation of substation，comprehensive measures such as extension of ground body， expansion of extended grounding grid and replacement by low-resistivity earth are taken to lower ground resistance， which is effective and efficient and verifies high grounding resistance， touch voltage and step voltage.

substation； high earth resistivity； ground resistance； resistance reduction

TM862

： B

： 1007-1881（2012）11-0014-03

2012-02-14