浅谈变电所接地网存在的问题及改造

刘军文

摘要：变电所的接地是一个看似简单、而实际上却非常复杂又至关重要的问题，它直接关系到人身和设备的安全。由于接地问题而造成的主设备损坏、变电所停运等事故，给电网的稳定运行带来了极大的危害。本文在分析变电所接地网的基础上，也提出了改造措施。

中图分类号：TM63文献标识码：A 文章编号：

一 简述

随着电网的发展，变电所内微机保护综合自动化装置的大量应用、这些弱电元件对接地网的要求更高，地电位的干扰对监控和自动化装置的影响不得不引起人们的重视，因此，为了保证变电所接地网的可靠性，必须对接地网存在的问题进行改进措施，以及今后在接地设计与改造方面应该注意的问题。我所参与设计的印尼4X7MW项目，印度55MW项目，印尼2X10MW项目，土耳其1X15MW项目，马来西亚背压6K项目等投产后所出现的问题作为案例进行探讨。

二接地网存在的问题

1 均压问题（在印尼4X7MW项目表现最为突出）：

1）变电所接地网的均压不好，特别是横向电位分布不均，电位梯度较大，跨步电压超标，这是由于在接地网设计时把接地电阻作为主要的技术指标，而忽略了地网的均压和散流。

2）变电所只是设备到哪里，水平接地带立连到哪里，或只用长孔地网很少用方孔地网，在加上敷设接地网的施工单位存在偷工减料，不按图施工所以接地网很不完善。

3）地网水平接地极埋深大部分不足，有的甚至浮在地表面，因此，由于地网均压不好，一旦发生接地短路就有可能引起局部电位升高产生高压向控制和保护电缆反击，使低压元件烧坏。

2 设备与地网的连接问题

对于运行中的若干座变电所进行全面检查和试验，发现存在的最大问题不是接地网的各项技术指标，而是变电所内的电气设备与接地网的连接问题，在印度55MW工程发现110kV电压互感器和避雷器间隔的接地与地网不通，35kV电压互感器与避雷器间隔与地网也不通。这个变电所在此之前曾多次发生雷击时烧坏断路器、隔离开关、互感器和套管，而避雷器不动作。原来这个变电所的避雷器根本就没有与主地网连接。在此种情况下即使避雷器动作，也同样会出现由于接地不良残压高而损坏其他设备。造成上述情况的主要原因如下：

1）设备的接地引下线与地网焊接不良，焊接头焊口长度不够，且大多为点焊，经过长时间的腐蚀，从焊口处开路。

2）接地网水平接地体的接头处焊接不符合要求，经过长时间的腐蚀形成电气上的开路。

3）变电所扩建时没有扩建接地网，而是把新投设备的接地线直接接到电缆沟的接地带。由于电缆沟内阴暗潮湿，容易发生腐蚀，一旦电缆沟内接地带焊接头因腐蚀断开，那么串接的设备接地就失去了与接地网的连接。

4）设备接地引下线的截面小，经过长时间的锈蚀，从地下锈断。

5）有些设备接地引下线与设备外壳用螺丝连接，经过长时间会锈蚀，在连接处由于生锈形成开路。

6）一些设备通过混凝士基础或构架的内筋接地，而这些基础或内筋在施工时又没有进行可靠的电气连接和试验，从而造成了开路。

7）有的早期变电所接地网的水平接地体因腐蚀已多处锈断，更有甚者，有些变电所根本就没有接地网。

3 接地网的腐蚀问题

腐蚀的原因归纳起来有以下几种：

1） 接地网的水平接地体埋深不够，相关国标和行标规定水平接地体的埋深至少应达到0.6m，而在实际工程中发现有的水平接地体的埋深不够，有的甚至浮在地表，由于上层土壤含氧量高，加速了接地体的氧化，且上层土壤易受气候的影响，接地电阻值不稳定。

2） 在扩建时，不扩建地网把电缆沟内的均压带作为设备接地的主要干线，由于电缆沟内的均压带长期运行在阴暗潮湿的环境中，特别是有些电缆沟长期积水，再加上未能定期的进行防腐维护，这就加速连接地的腐蚀，是造成设备或设备单元“失地”的主要原因；

3） 地网接头焊接质量差，有虚焊假焊或气泡存在;

4） 丘陵地区的变电所，风化石或沙石土壤透气性好，土壤中含氧量高；

5） 有害气体腐蚀；

6） 对设备接地引下线和接头没有采取防腐保护措施或没有定期进行维护。

4 接地电阻问题

埋深不够，大多变电所接地装置埋深不够的工频接地电阻普遍满足不了R≤2000/I的要求，且未采取任何均压和隔离措施,这在多年运行的变电站中尤其突出. 其主要原因有:

1） 在原设计时电网容量较小,当随着电网的发展,电网容量迅速增大接地短路电流也迅速增大,接地网没有随之进行相应的降阻改造；

2） 接地网在施工时没有按要求铺设足够的水平和垂直接地体；

3） 接地体在地下经过长期的腐蚀，在接地体表面产生了一层铁锈层，影响了接地体与周围土壤的有效接触，使接触电阻增大；

4） 变电所扩建时没有对接地网进行扩建。

5 接地引下线及接地体的截面偏小满足不了短路电流的热稳定

经检查这种现象较为普遍，由于接地体或设备的接地引下线不能满足短路电流热稳定的要求，在发生接地短路时，接地引下线往往被烧断，使设备外壳上有较高的过电压，有时会反击到低压二次回路，使事故扩大。有的用户就是因为设备的接地引下线截面不够，在设备发生接地短路时，高压窜入低压回路，烧坏二次保护、控制电缆，使事故扩大。造成接地引下线或主接地体截面不够的主要原因如下：

1） 设计时只考虑当时电网的短路电流，没有考虑到电网的发展，随着接地短路电流增大，以致于设备的接地线已不能满足热稳定要求。

2） 设计时只考虑接地线的截面能满足接地短路电流热稳定的要求，而没有在寿命期内作腐蚀校核。经过若干年的腐蚀，接地线和接地体已不能满足接地短路电流热稳定的要求。

3） 有些变电所是经过若干次扩建而成的，对接地网或扩建部分的接地引下线，在扩建时仅考虑了新增部分，而对原来的地网和接地引下线没有及时进行改造，以致于在一个变电所内，有部分设备的接地线和地网符合要求，而又有一部分接地线和地网不符合要求，这在不断扩建的变电所存在此类问题较多。

4） 对接地问题重视程度不够，如一些设计就没有进行接地短路电流的热稳定校核，而是套用图纸，或者本着减少投资的前提出发，选用截面较小的接地线。

三 改进措施

1对运行10年以上的地网，宜用工频大电流法进行接地电阻，地面电位分布，设备接触电压试验和设备与地网的连通情况试验；

2对试验发现有问题的地网，应进行开挖检查，检查接地网的埋深，锈蚀和焊接头的连接情况，要重点检查设备接地引下线与地网的连接，因为这些地方由于腐蚀电位差的存在最易发生电化学腐蚀，

3对设备接地引下线及地网水平接地体的截面进行热稳定校核，不满足要求的要及时进行整改。35KV及以上电压等级的设备接地线要用明线引下，不能通过混凝土构架接地，对充油设备，主设备要进行“双接地”，双接地要从设备的两边引下，并与地网不同点相连，以加强设备连接的可靠性和改善散流情况。

4在设计新的地网和改造老地网时，宜考虑电网以后5――10年的发展，留有适当的发展余地。接地网的使用寿命应大于地面设备的使用寿命，因地面电气设备可能更新得较快，而接地网不存在更新的问题。

5 接地网的水平接地体埋深应达60CM以下，有些特殊的地方埋深应达0.8M或1M以下，用细土回填并分层夯实，严禁用砂石或建筑垃圾回填。

6 设备接地引下线和电缆沟内的均压带要定期进行防腐处理和维护。