丘陵地区高土壤电阻率变电站接地网设计

郭晓芳

（国网福州供电公司，福建 福州 350001）

1 概述

接地网是保证变电站内设备和人身安全的重要措施。电网容量持续增大导致入地短路电流大幅升高，而变电站占地面积却越来越小，设计时很难将工频接地电阻降低到规定范围。特别是110kV高土壤电阻率变电站，一般占地面积仅为2500m2～3500m2左右，接地网的设计存在着许多困难。现已提出很多降阻方法，但在实际应用时，特别是在城市中心、丘陵、山区等土地资源紧缺匮乏的地方，这些方法均存在各自的局限性。本文主要结合一个110kV丘陵变电站接地网设计实例，给出一个简单有效的降阻思路，以及利用外延接地网和电解离子接地极来降低接地电阻的计算方法，在丘陵地区高土壤电阻率变电站设计中具重要理论及实践依据。

2 变电站接地网情况及存在问题简介

2.1 变电站情况简介

该变电站地处福州市晋安区某镇，站址位于丘坡近坡脚处，为丘陵地貌。根据岩土勘察报告，地质土壤主要为粉土、粘土和碎石。采用对称四极电阻率测探方法，土壤电阻率钻探的位置为图1中测点1～6所示，实测的土壤电阻值见表1。

表1 站区内土壤电阻率测量表

图1 站区及钻探位置示意图

站址面积为2835 m2，变电站占地面积2223 m2。站区总长度为61.5m，宽度为46m，虚线部分为原设计接地网，长57m，宽37m，面积为2110m2。水平接地体采用60mm×6mm镀锌扁钢，按5m×5m等间距铺设，埋设深度为1.0m。

分析表中数据可知，该站的土壤大致可分为三层：当土壤深度小于1m时，土壤电阻率变化较大且不稳定。当土壤深度在1m～10m时，电阻率在150Ω～250Ω，电阻率相对稳定且阻值较低。当土壤深度大于20m时，平均电阻率大于500Ω。整个站区土壤电阻率呈现先降低后升高的规律，属于典型的双层高土壤电阻率变电站。

2.2 接地网存在的主要问题

2.3 接地网电阻超标问题分析

经过对施工现场勘察并结合实测数据分析，原接地网的设计及施工存在问题：

（1）由于站址地基一半回填，一半推山组成，原土与回填土难以亲和，部分回填土含有较多碎石，且未夯实，造成接地网多处悬空，这是实测电阻率偏差的主要原因，也会降低接地网的稳定性。

图2 外延接地法区域选择示意图

（2）站区面积过于狭小，造成接地网的面积偏小，很难使接地电阻降到范围之内。

3 降阻方案设计与计算

3.1 降阻方案分析

常用的降阻措施主要有外延接地、深井接地、降阻剂、水下接地网、电解离子接地极等。

外延接地是通过扩大接地网的敷设面积，达到降阻的目的，这是规程推荐使用的最经济有效的方法，至今仍然是首选方式。它对站区周边环境要求较高，考虑到本站地形为丘陵坡地，周边是农民的柑橘地，能够敷设扩大接地网的面积有限，大面积的增加征地范围显然不可行。站区北面有一条小溪，底部大多为小鹅卵石和砂石，实测河边的土壤电阻率反而较高，因此不考虑在水中敷设接地网。

深井接地适宜在深层土壤电阻率较低时采用，具备不需扩大征地范围，可在原站内施工完成，不与周边居民发生纠纷的优点。但在双层高土壤电阻率的站区，这种方法是不经济的。

降阻剂是通过填充电阻率较低的材料达到降阻的目的，因其降阻效果会随着土壤的干湿度变化而变化，对土壤产生腐蚀作用，污染环境，因此不优先考虑。

电解离子接地极是利用电极内部和外部填充材料的离子释放效应，改造电极与周边土壤的接触环境，达到降阻的目的，具有施工简单、工程量小、较经济等优点。考虑本工程的实际施工进度，最终决定采用外延法和离子接地极的方法进行综合降阻。

3.2 降阻方案确定及计算

3.2.1 外延接地区域的选择

进站道路两侧、站区排水沟的两侧，以及站内10kV电缆沟底部是可利用来进行外延接地网的敷设。选进站道路两侧做#1外延接地网，长为100m，宽为5m，面积为500m2，埋深为1.0m。选10kV出线方向电缆沟底部做#2外延接地网，长约89m，宽为10m，面积为890m2，埋深为2m。接地网均采用60mm×6mm的镀锌扁钢，内部做成5m×5m的方形网格。同时每隔一定距离打入垂直接地极以加强集中接地，外延接地网通过两条水平接地体与原站内接地网可靠连接。

#1外延接地网接地电阻可由以下公式进行计算：

#2外延接地网接地电阻为：

该外延地网与站内主网并联以后，变电站的总接地电阻将达到：

3.2.2 长离子接地极降阻计算

根据厂家提供的参数及计算公式，接地极的数量由下式确定：

式中，N为所需电解离子接地电极的数量；ρ为土壤电阻率，根据实测接地电阻值，可得平均土壤电阻率为523.7Ω；R为接地电阻目标值，取1.0Ω。

取N=5，计算出R=0.97Ω，即只需埋设5根电解离子接地极，就可将该站接地网的接地电阻满足要求。

按照上述的设计方法对该变电站接地网进行了施工改造，并对其跨步电势和接触电势进行了测量试验，最终得出该设计方案达到了预期目标，是有效的。

4 结论

通过本工程的接地网设计可以得出以下结论：

（1）当变电站地网面积有限时，可充分利用进站道路、电缆沟、排水沟底部等进行接地网的外延降阻设计，该方法适用于大部分变电站，且经济可行；（2）当常规的降阻措施不能满足接地电阻要求时，采用埋设电解离子接地极的方法可以有效降低其接地阻抗，达到了预期止其缺点是需要长期的运行经验来检验其维护周期和使用寿命。

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