一起变电站接地网接地电阻超标分析处理

2015-02-06云南文山电力股份有限公司李月芹

电子世界 2015年18期

关键词：接地装置电解电阻率

云南文山电力股份有限公司李月芹

云南电网有限责任公司文山供电局蒋体浩朱洪明

一起变电站接地网接地电阻超标分析处理

云南文山电力股份有限公司李月芹

云南电网有限责任公司文山供电局蒋体浩朱洪明

变电站接地系统在变电站中有着及其重要的地位，其作用是将故障电流安全引入地下并为变电站内设备提供基准参考电位，起到保护电力系统、电力设备的安全、稳定运行以及运行人员的安全；本文以某220kV变电站接地网接地电阻超标为例，分析接地电阻超标的原因及整改措施，并为后续建设在设计审查、随工验收及运行维护等阶段提供借鉴。

变电站；接地网；接地电；降阻措施

1 前言

随着电力系统容量的不断增加，流经系统接地网的短路电流也越来越大，变电站一次设备及二次保护对接地装置的要求不断提高。因此，为确保变电站的安全、稳定运行，确保人身及设备的安全，防止由于一次设备接地、接地网发生问题造成高压窜入二次回路及操作系统，使保护系统失灵；若短路电流持续时间过长，导致接地网进一步多处烧断，使变电站内出现高电位差，造成主设备的损伤和人员的伤害。

2 现状

某220kV变电站所处位置地质情况复杂，其表皮为1～3米的浮土，下层为不规则岩石体，且土壤干燥，土壤电阻率（测量值：ρ=715Ω·m）偏高。在接地网的施工完成后，经过测量发现接地电阻为4.92Ω，远大于设计要求0.5Ω。其后，共进行了三次接地网改造。第一次施工调整，在原设计25组接地极的基础上增加了10组，共35组，平均深度在16米。在变电站四周都敷设了接地极，经测试接地电阻从原来4.92Ω下降到1.4Ω。第二次施工调整，在变电站大门左上侧围墙外做一外引地网，地网总长度为390米，每根接地极深9米，共安装39组，经测试，接地电阻为0.8Ω。第三次施工调整，在变电站大门左侧围墙外，做一扇形地网。地网总长度为120米，每根接地极深3米，共安装12组，经测试，接地电阻为0.703Ω。经过三次施工改造，变电站的接地电阻仍未满足设计要求0.5Ω。

3 原因分析

3.1 接地电阻值的要求

根据电力行业标准有关规定，接地装置的接地电阻值需满足R≤2000/I，即IR≤2000V。式中I为流经接地装置的入地短路电流，当接地装置内、外发生短路时，通过接地装置流入大地的最大短路电流对称分量值，该电流在考虑远景规划（即5至10年左右）的系统最大运行方式，以及电网系统中各分支接地中性点间的短路电流分配情况；即当系统短路电流I＞4000A时，R≤0.5Ω。

3.2 接地电阻的计算

根据地质条件，结合现场的实际情况，采用简单计算方法：

S：接地网面积；

L：接地总长度；

L：接地网外缘长度；

h：水平接地体所埋深度；

d：等效半径；

r：接地电阻。

由上式我们可以得出接地网接地电阻与以下因素有关：

①土壤电阻率（ρ）：接地电阻R与土壤电阻率成正比，特别是土壤干燥的地区，由于土壤电阻率偏高，对系统接地电阻影响较大。

②接地网面积（s）：接地电阻R与接地网面积成反比，当接地网面积越大时，接地电阻越小，但受变电站规模等限制条件，接地网面积不可能无限扩大。

③接地总长度（L）：接地电阻R与接地总长度L反比，接地总长度与接地网的布置间距相关，但接地网长度不能无限延长。

④水平接地体所埋深度（h）：接地电阻R与水平接地体所埋深度(h)成反比，水平接地体的埋设深度一般小于1米。

⑤接地网外缘长度（L）：接地电阻R与接地网外缘长度成反比。

除以上技术因素外，接地电阻偏大还与以下人为因素有关：

①设计阶段没有实际对现场进行勘探测量：在设计时，只根据地质资料查找设计手册所对应的土壤电阻率。而实际上不同点土壤电阻率的偏差很大，况且同种土壤的电阻率会存在一定的差异。

②测量值存在误差：设计人员一般现场采用四极法测量原土层的土壤电阻率。这种方法虽然符合设计规范要求，比较科学而且准确的，但是四极法是属于在场地中抽样测量，在接地网埋设处地质经常出现断层，地电阻率是不均匀的，山坡地形还需要在不同的方位、不同的方向进行测量，找出沿横向、纵向和不同深层的土壤电阻率。

③施工工艺控制不到位：对于不同地区变电站的接地来说，特别对于地形复杂，位于岩石区的变电站，存在接地网水平接地沟槽的开挖和垂直接地极的置入较为困难。而接地施工环节又属于隐蔽工程，如施工过程中不可能全过程的监督，施工人员往往会偷工减料，存在开挖埋深不够、焊接搭接面不够、焊缝焊渣处理不彻底等问题。

④运行维护环节产生变化：一些变电站的接地电阻在刚建成初期是合格的，但运行一定年限后，接地电阻就会变大；综合分析来除了施工时留下的隐患外，还受以下因素有关：一是受接地体的不断腐蚀，使接地体与周围土壤的接触电阻变大，特别是在山区酸性土壤中，接地体的腐蚀速度相当快，会造成一部分接地体脱离。二是在接地引下线与接地装置的连接部分，因锈蚀而使接触电阻变大或严重时形成开路。三是受外力破坏，接地网的接地引下线、接地极在运行过程中受外力破坏而损坏等因素影响。

4 解决方案

根据上述的分析，我们得知了影响接地电阻的技术及人为原因，那么在设计解决方案时，我们进一步简化了接地电阻的计算公式，着重考虑了与影响因素相对应的降阻方案。

4.1 降阻方案分析

已知该变电站土壤电阻率ρ=711Ω·m，系统校核要求接地电阻R小于0.5Ω，而变电站面积150米×130米，根据接地电阻公式：

其中：

ρ为土壤电阻率；

S为接地网面积；

R地网接地电阻。

得：

=2.55Ω

即在面积150米×130米的地方做地网只能将接地电阻降至2.55Ω，若要将接地电阻降至0.5Ω，则需要的面积：

由上述分析可以知道，若将该变电站的接地电阻降至0.5Ω以下，需搭建接地网的接地面积511225平方米；综合现场实际情况，根本无如此大的接地面积来实施，加之该站的土壤电阻率极高，通过外延埋设接地网很难把接地电阻很难降下来；那唯一的办法只有采用新型的降阻材料，在接地网土壤内布置电解极和布置降阻剂来处理，即将接地网等效于一个半球接地体，如图1所示：

图1 半球接地体示意图

其中r为半球接地体的半径，其接地电阻的公式：

已知现场土壤电阻率ρ为711Ω·m，要将接地电阻值降到R小于0.5Ω，需将半球接地体的半径r扩大：

r=ρ/(2πR)

=711/(2×3.14×0.5)

=228(m)

若采用打深井放降阻剂，则变电站要打多个228米的深井，这样做成本很高,实施困难，暂不选择。

若采用在土壤中布置电解材料的方法来降低土壤电阻率，即选用电解地极，电解液向砂质粘土的纵深方向和岩石表面的四周渗透，在原来导电率差的的地质结构周围形成了一个良好的导电通道，可以有效降低土壤电阻率。

综合分析，最终确定采用构建外延接地网和布置电解极相结合来进行降低接地电阻值。

4.2 制定降阻策略

从变电站自基础地网预留接地端分别引出外延接地线，各向不同方向外引；外延接地线路径上，均匀并联焊接电解地极。即沿进站大门的路边（往南方向）可以外延大约600米的水平接地线。在北面可以外延大约500米的水平接地线。在东、西面均可以外延大约200米的水平接地线。且在各个方向的水平接地体每隔10米左右打一根垂直接地体。

4．2．1 电解极埋设要求

要求挖深不小于0.8m；将电解极布置在挖好的沟内，把电解极与水平接地网有效连接后，在放置电解极的地方用填料均匀覆盖，然后再用含砂石少的土回填、夯实即可。

4．2．2 电解极数量的确定

假设N为我们要达到接地电阻R所需的电解极的数量，由公式：