高土壤电阻率变电站接地网设计

2016-12-03杨禹太国网威海供电公司山东威海264200

低碳世界 2016年31期

关键词：电位差接地装置导体

杨禹太，卢　媛（国网威海供电公司，山东威海264200）

高土壤电阻率变电站接地网设计

杨禹太，卢媛（国网威海供电公司，山东威海264200）

对于高土壤电阻率地区变电站接地系统的接地电阻一般不符合相关规范，依据设备运行安全以及人身安全的相关要求，需对接地网设计的影响因素进行考量。本文结合工程实例对高土壤电阻率变电站接地网设计进行分析，供相关人士参考。

高土壤电阻率；变电站；接地网设计

1　引言

接地网是保证变电站设备以及人身安全的主要举措，电网容量的不断增大也会导致入地短路电流不断提高，但是因为变电站的占地面积较小，所以在设计时很难将接地工频接地电阻降低到规定范围内。尤其是110kV高土壤电阻率变电站，通常占地面积有2500～3500m2，接地网设计难度较高。当前虽已提出了多种降阻方法，但是在实际应用时，如城市中心、丘陵或者是边远山区，土地资源紧张，这些方法的应用效果不佳。本文根据某110kV丘陵地区变电站接地网的设计进行分析，提出有效的降阻方法。

2　变电站接地网设计中存在的问题

某变电站位于丘坡近坡脚位置，为丘陵地貌，依据前期岩土勘察结果来看，地质土壤主要为粉土、粘土以及碎石。采用对称四级电阻率探测方法进行监测，土壤电阻率钻探位置布设如图1所示。该变电站站址面积为2835m2，占地面积为2223m2。站区的总长度为61.5，宽度为46m，虚线部位是原设计接地网，长为57m，宽为37m，面积为2110m2。水平接地体采用的是60mm×6mm的镀锌扁钢，按照5m×5m的间距进行布设，埋深深度设置为1.0m。该拜大年站土壤主要分为三层：当土壤深度不超过1m时，土壤电阻率的变化较大，且较为不稳定；当土壤的深度为1～10m，电阻率为150～200Ω，电阻率较为稳定，限值较低。当土壤深度超过20m时，平均电阻率则超过500Ω。该水电站电阻率为先降低后上升，是较为典型的双层高土壤电阻率变电站。该变电站接地网中存在的问题如下：

2.1接地网存在的问题

该变电站最大的入地故障电流为IG=2kA，依据Rg≤2000/ IG，工频接地电阻Rg≤1Ω才符合标准，而该工程电网施工作业结束后发现该工程的接地电阻实际测量数值为5.7Ω，不符合规范，因此，需要降阻。

2.2接地网电阻超标

其次，对该工程施工现场进行全面勘察，并结合勘察结果发现该工程接地网设计和施工中存在的问题主要如下：因为站址地基一半回填，一半推山组成，原土和回填土不能很好地融合，部分回填土中也含有大量的碎石，若没有进行反复夯实，则会造成接地网多处悬空，这就是造成实测电阻率差的重要原因，也是对接地网的稳定性造成影响；同时，因为该变电站的占地面积较小，造成接地网的面积较小，使得接地电阻不能降低到规定范围内。

3　高土壤电阻变电站接地网设计

3.1接地装置设计

通常情况下在进行接地装置设计时，需要根据具体的情况来选择一些常用措施。具体实施过程中，可以利用埋设长垂直接地极、水平接地带换土及加降阻剂等方法进行交替使用，也可以利用地下水的降阻作用，并采用超深井接地及利用架空地线杆塔接地系统等来进行接地装置的设置，以此来达到减小接地电阻的目的。

3.1.1垂直接地极的设置

通常会在地网上设置3m左右的垂直接地极，但其对减少接地电阻所起作用不大，通常会设置在避雷器或是避雷线等处，加强对雷电流的散泄作用。也可以在地网中间或是外缘位置设置几个垂直接地极，起到稳定电网的作用。

3.1.2接地装置的网孔设计

通常情况下，接地装置的网孔都要在16个以上，一些大型的接地网中，网孔设置也不宜超过32个。而且在具体设计中，一味的增加均压带根数也无法无限制的减小最大接触系数，因此在接地装置设计时只能采用不等间距风格法进行设计。

3.1.3通过增加埋深及转换土壤减小接触电阻

通常会取0.7m深度的埋深进行接地网敷设，这样接地电阻能够最大程度的减小。对于一些小面积的地网，为了有效的减小接触电阻，可以利用置换和化学等方法来对接地体周围的土壤进行改善，但其对减小接地电阻所起到的作用并不大。另外，可以将接地装置的四角做成圆弧形，这样对接地网外直角处的跨步电势能够起到有效的改善作用。同时四周外加深接地体的埋设深度也能够减小接触电阻。

3.2设置接地引下线

对于接地引下线截面需要其不小于热稳定所允许的截面，同时要按照工程的使用年限来考虑腐蚀的影响，这也是当前电力行业标准中对于接地引下线的截面作出的具体要求，介对于每个设备接地引下线的根数则没有进行具体的规定，针对于不同的工程其理解也会存在一定的差异。

3.3选择适宜的高电阻率接地材料

3.3.1地网规格的影响

为分析接地网面积对网内电位差的影响，采用网孔大小为10m、导体半径为0.01m的接地网，土壤为100Ω·m的均匀土壤，地网材料为高电阻率材料，接地网为方形接地网，入地短路电流为1kA，改变接地网的边长，得到图1所示的接地阻抗幅值和网内电位差随接地网边长的变化。

图1　接地网面积对接地参数的影响

从图1可以看到，随着接地网边长的增加，接地阻抗不断减小并有饱和的趋势，而网内电位差正好相反，随着地网边长的增大，网内电位差不断增大并有饱和的趋势。接地网边长为500m的地网的网内电位差比50m的地网大35.856%。由于大型高电阻率材料接地网的网内电位差比中小型接地网增大较多，并且大型接地网的入地短路电流也比中小型接地网大很多，高电阻率材料的通流能力往往较差，一般无法满足大型接地网的热稳定要求，所以虽然高电阻率接地材料具有良好的耐腐蚀性能，就目前高电阻率材料的研究制备水平来说，其更适合用于中小型接地网。

3.3.2土壤电阻率的影响

为分析土壤电阻率对高电阻材料接地网接地参数的影响，采用接地网面积为100m×100m，网孔大小为10m，接地导体半径为0.01m，入地短路电流为5kA，得到土壤电阻率对接地阻抗和网内电位差的影响如图2所示。

从图2可以看到，尽管高电阻率材料的接地阻抗幅值比铜的大，但随着土壤电阻率的增加，高电阻率材料和铜材接地网的接地阻抗基本上都是线性增加的，两者之间的差值基本不变，而高电阻率材料接地网的网内电位差先增幅较大，之后出现了饱和趋势。值得注意的是，土壤电阻率从100～2000时，高电阻率材料的接地阻抗幅值增加了5.298倍，网内电位差的增幅仅为24.881%，所以高电阻率材料接地网的网内电位差随着土壤电阻率的变化并不大。即使在土壤电阻率较高的地区，采取相应的控制网内电位差措施，高电阻率材料仍可以作为接地网材料。