预装式变电站接地系统设计研究

王琨

摘要： 变电站接地用于保证设备的安全运行和运维人员的人身安全。基于近年来预装变电站的快速发展与广泛应用，本文对其接地设计進行详细阐述，并结合工程实例从成本和施工工期两方面进行分析，同时与常规变电站做对比。

Abstract： Substation grounding is used to ensure the safe operation of equipment and the safety of operation and maintenance personnel. Based on the rapid development and extensive application of pre-assembled substations in recent years， this paper elaborates the grounding design of the substation， and analyzes the cost and construction duration of engineering examples， at the same time， compared it with conventional substations.

关键词： 接地；预装站；成本；工期

Key words： grounding；pre-assembled substation；cost；construction period

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）03-0112-04

0 引言

变电站接地关键是为了保证电力网或电气设备的正常运行和工作人员的人身安全[1]。按其作用分类，主要有工作接地、保护接地、防雷接地等[2]。工作接地，目的在于保证电气设备在正常或发生故障的情况下能可靠工作，一般通过电气设备的中性点来实现。保护接地，用于保证工作人员的人身安全，通常将一切正常工作时不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分接地。防雷接地，主要用于防止雷击和过电压对电气设备及人身造成伤害，变电站的避雷针、避雷线和避雷器均需接地[3]。

近年来，预装变电站由于其成套性强、占地面积小、建设周期短和安装方便等特点，发展迅速，被广泛应用于城市、沿海、山地、灾后重建等变电站建设[4-6]。采用预装变电站建设方案，设备集成安装和调试工作在工厂内完成，现场无主控楼和配电装置楼，因而其接地设计大大简化。本文首先介绍了常规变电站的接地设计，在此基础上针对预装变电站的接地设计进行了详细阐述，并结合工程实例从成本和工期两方面做进一步的探讨。相比常规变电站，预装变电站的接地施工周期更短、造价更低。

1 常规变电站接地

1.1 常规站接地设计

变电站接地网可充分利用埋入地中的自然接地极，除此之外敷设以水平接地极为主的人工接地网。

1.1.1 主接地网

接地网内等间距或不等间距敷设水平均压带，埋设深度不小于0.8m。接地网外缘闭合，外缘各角做成圆弧形，圆弧半径一般不小于均压带间距的1/2。边缘经常有人出入的走道处，铺设沥青路面、鹅卵石或在地下装设2条与接地网相连的均压带。

1.1.2 电气接地

工作接地。电力变压器主要通过以下四种方式接地：中性点不接地、经消弧线圈接地、中性点直接接地和经小电阻接地。具体接地方式根据电压等级来确定，110kV电力网大部分采用直接接地方式，小部分采用消弧线圈接地方式。

保护接地。110kV及以上钢筋混凝土构件支座上电气装置的金属外壳均接地，接地引下线就近连接至主接地网。防火墙及架构爬梯、事故油池爬梯、设备围栏、栅栏门铰链均通过扁钢接地。屋内电缆沟接地通过沟内敷设扁钢与屋外接地网连接。

防雷接地。避雷器、架构避雷针（含悬挂避雷线的架构）的接地引下线均与主接地网连接，连接处设置集中接地装置。主控制室、配电装置室上装设直击雷保护装置，若为金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地；屋顶为钢筋混凝土结构时，将其焊接成网接地；结构为非导电的屋顶时，采用避雷带保护。该避雷带的网格为8-10m，每隔10-20m设接地引下线，引下线与主接地网连接，连接处加设集中接地装置。

1.1.3 接地材料

人工接地极，水平敷设时采用热镀锌圆钢或热镀锌扁钢；垂直敷设时采用热镀锌钢管或热镀锌角钢。在腐蚀较严重的地区采用铜或铜覆钢材料，水平敷设的人工接地极可采用圆钢、扁铜、铜绞线、铜覆钢绞线、铜覆圆钢或铜覆扁钢，垂直敷设的人工接地极可采用圆铜或铜覆圆钢等。

1.2 常规站接地施工

常规变电站接地网施工流程如图1所示。

接地沟开挖。按照各变电站的地质情况决定接地网的实际埋设深度，通常不宜小于0.8m，穿道路时可为1m。按场地分区域并充分利用全站土建开挖，避免重复工作。沟壁放坡处理，底部石块及时清除。开挖接地沟时，避开地下管道及电缆等设施和其他障碍物，保证不改变接地形式及长度。

垂直接地体用于提高散流效果，扩大接地网面积，减少接地电阻，其埋入深度、间距须满足设计要求。安装时采用人力锤击方式，如遇强风化石采用机械成孔安装。为避免垂直接地体施工时顶部敲击部位的损伤，在垂直接地体顶部进行保护。接地体安装结束后，顶部敲击部位进行防腐处理。

水平接地网干线距建筑基础不小于1.5m。接地体的焊接采用搭接焊，扁钢搭接长度为其宽度的2倍，圆钢为其直径的6倍；扁钢与钢管焊接，除接触部位两侧焊接外，并由扁钢本身弯成弧形（直角形）与钢管焊接。

变压器、避雷器、电压互感器、电流互感器、断路器支架均双接地，且以单独的接地体与接地网连接，不得串接在一根引下线上。明敷地线涂15-100mm宽度相等的黄绿相间条纹。在接地导线引进建筑物入口处设置标志，同时采取防止发生机械损伤和化学腐蚀的措施，方便检查。endprint

2 预装变电站接地

2.1 预装站接地设计

预装变电站，具有“标准化设计、工厂化加工、裝配式建设”等特点，是未来变电站建设的发展趋势。与常规变电站相比，其建设周期缩短50%，可节省50-80%占地面积。预装站主接地网设计同常规变电站，其电气接地设计如下：

2.1.1 舱体接地

预制舱在设计时底架外部焊接4个接地点，通过接地螺栓连接的镀锌扁钢接至大地深处，与主接地网焊接。

2.1.2 舱内设备接地

工作接地：主变压器通过中性点直接接地。

保护接地：在预制舱墙体内离活动地板250mm高处暗敷舱内接地干线，接地干线上设置若干临时接地端子，舱内接地干线与舱外主地网采用多点连接，通常不少于4处，连接点处设置明显的二次接地标识。预制舱底板上设置槽钢作为屏柜安装基础，槽钢位于静电地板下层，沿屏柜布置方向敷设专用接地铜排，将铜排首尾连接，形成闭环回路。铜排搭接长度不小于其宽度的2倍，搭接部位螺栓连接，形成预制舱内二次等电位接地网，并通过铜缆与舱外主接地网一点连接。等电位接地网敷设所用铜排的截面积不小于400mm2，使用500V绝缘子固定在舱体上，保证与舱体绝缘。舱内电气设备的金属骨架通过接地端子与舱体直接焊接，焊接点不少于2个。预制舱内有人操作和巡视的地方设绝缘胶垫或者其他绝缘措施，以保证跨步电压和接触电势的要求。

防雷接地：变电站舱体防雷装置充分利用钢结构屋顶作为接闪器。避雷针、避雷器采用独立的接地线接入全站地网。

2.1.3 接地材料

水平接地体采用热镀锌扁钢，垂直接地体采用热镀锌角钢或钢管。

2.2 预装站接地施工

主接地网在场地平整时开挖敷设，施工过程、技术要求、工艺以及质量控制和常规变电站相同。敷设时土建与电气施工单位密切配合，土建施工时按照接地图纸预留接地引线，引出处露出地面300mm，露出主变基础面500mm。舱内电气设备接地和舱体内部接地在预制舱生产过程中同时完成，预制舱运至现场后通过扁钢与室外接地网相连。所有接地体焊接尽可能保持最大接触面且焊接牢固，搭接长度不低于扁钢宽度的2倍，冷却后至少涂1遍防腐富锌底漆和1遍沥青漆。

3 实例分析

以某110kV变电站为例，该项目位于北京市，建设规模为49.7MW，详细规划见表1。

若按照常规方式进行建设，以本期建设规模进行规划，变电站占地尺寸为59m×49m，其平面布置见图2。采用预装式方案，按照最终规模进行规划，变电站占地尺寸仅为59m×23m，占地面积大大减小，其平面布置见图3。

根据地勘资料，变电站土壤电阻率约为66.7Ω·m。接地电阻值要求不大于0.5Ω，经计算该工程接地电阻为0.67Ω，不满足要求，因而采取向生活区扩大接地网面积的措施来减小接地电阻。舱体进出口处铺设沥青，做人工高绝缘路面，保证满足跨步电压和接触电动势要求。全部接地装置施工完成后进行最后测量，接地电阻值小于0.5Ω，满足要求。

本变电站的接地网布置在本期按照终期规模一次建成。全站接地采用以水平接地体为主的复合接地网。水平接地体采用规格为-60×6的热镀锌扁钢，成环形网状布置，埋深0.8m，引出扁钢与设备底座及舱体可靠焊接，焊接搭接长度不低于扁钢截面积宽度的2倍。垂直接地极采用Φ60×4，L=2500mm的热镀锌钢管，按5m间距分布，上端埋深不低于0.8m并与作为水平接地体的扁钢牢固焊接。预装站主接地网平面布置见图4，常规站的主接地网平面布置见图5。

以下从成本和工期两方面，对预装站接地和常规站接地进行对比分析。

3.1 成本分析

成本分析主要针对接地材料用量，常规变电站和预装变电站详细对比见表2，表中单价为估算价。

预装式变电站相对于常规变电站来说，占地面积减少59%。占地面积大大减小，相应地主接地网材料用量也有所降低，由于无主控楼和配电楼，因而无需设置屋顶避雷带及支持卡，共计节省成本3.18万。集中接地装置减少7组用量，成本降低2.1万，土方开挖成本降低0.37万。综上，预装变电站接地可降低成本约5.65万。

3.2 施工工期

常规变电站接地施工过程依次为主接地网、户内接地和设备接地，主控楼框架完成后方可进行户内接地施工，因而整站接地施工必然受主控楼施工、设备安装进度的影响。若采用预装方案，所有设备在工厂内即可完成集成安装和调试工作，现场主要为主接地网施工，接地施工周期势必缩短。针对此工程，两种建设方式的接地施工工期详见表3，工期缩短约90%，表3所示工期不含设备接地施工。

4 结束语

预装变电站接地设计要和实际情况相结合，其关键是要保证设备安全和人身安全。相比常规变电站，预装变电站主接地网面积减小，成本降低；无主控楼和配电装置楼土建施工，舱内设备接地在工厂内完成，接地施工工期相应缩短。在此基础上可进一步优化设计、保证施工质量，提高接地工程建设的经济性与运行的可靠性。

参考文献：

[1]孔祥勇.500kV变电站接地网优化设计模型研究[D].沈阳：东北大学硕士论文，2011.

[2]熊信银，唐巍.电气工程概论[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3]侯昌明，黄世立.新型预装式变电站的探索和应用[J].电气开关，2013（01）：92-95.

[4]单晖.110kV预装式变电站在电网中的应用与分析[J].电气技术，2013（08）：102-104.

[5]孙建龙，鲁东海.基于预制舱的配送式智能变电站设计[J]. 江苏电机工程，2014（05）：43-47.

[6]张春国.预装式变电站的现状及应用趋势[J].电气时代，2016（12）：70-72.endprint