复杂地理条件下变电站接地供电的方法研究

杨 超

（黑龙江工业学院，黑龙江 鸡西 158100）

0 引 言

变电站的接地系统主要用于保护接地和防雷接地，是公共设施的基础保障。变电站的接地系统一般被隐藏于地下，容易被忽视。雷击及暴雨等恶劣天气会破坏变电站的接地系统。接地系统受电流短路、雷电流等因素影响电位升高，从而导致金属外壳带电，不仅会影响接地系统的正常运行，降低其稳定性，还会对工作人员的人身与财产安全造成严重损害，为电网的正常运行埋下安全隐患。设计人员应做好变电站接地系统的设计工作，确保合理性与科学性，从而有效保证国家电网的安全稳定运行。

1 变电站接地系统中接地电阻的设计分析

电器电阻在确保施工人员人身与财产安全及保障电网系统安全稳定运行方面具有重要意义。对此，设计人员应做好复杂地理条件下变电站接地系统的设计工作，寻找最适宜的接地供电方式。

1.1 设计接地电阻

实际建筑工程中，设计人员应根据国家电力行业的标准要求设计变电站的接地电阻，且其取值应小于2 000/I，其中I为流经变电站接地设备的入地短路电流。当变电站各级电压母线产生故障时，其电流会越来越大。为满足电阻的取值范围，设计人员应在考虑其他辅助因素的基础上，将电阻值设置为小于0.5 Ω。当变电站接地系统产生较大的故障电流时，为满足电力标准要求，设计人员应尽可能缩减变电站系统的电阻值。结合实际工程情况，只要电阻值小于0.5 Ω均视为标准。此外，在判定接地系统标准程度时，设计人员不能仅仅依照电阻值范围。当其不满足取值小于2 000/I时，设计人员还应在满足相关附加条件的基础上完成校准与验证工作。当前，部分行业对变电站接地系统的电阻值放宽了要求，但国家标准并未降低，且更加详细地阐明了变电站系统的安全性要求，对此工作人员应严格遵循相关的设计原则。

1.2 计算人工变电站接地极的接地电阻

水平与垂直接地的复合接地方式，是当前多数城市变电站系统使用的主要电阻接地模式。该模式下的具体阻值可以通过《交流电气装置接地》中的相关规定进行计算。通过分析可知，占地面积、土壤电阻率等因素均会影响变电站接地系统的电阻值。由于土壤的电阻率较固定，接地电阻的大小主要决定于接地系统中设备的实际占地面积[1]。

1.3 降低变电站接地系统电阻方式

通过分析可知，变电站系统在运行期间有多种降低接地电阻的方式，包括敷设接地引下线、敷设深井超深井、扩大接地设备占地面积以及使用一定降阻剂等方式。

2 复杂地理条件下变电站接地供电优化方式

长孔网与方孔网均属于变电站接地系统使用的主要接地网模式。受接地体屏蔽因素的影响，使用水平接地系统时，接地体间距应小于5 m。而使用垂直接地系统时，接地体之间的间距应小于自身长度的2倍，降低电阻屏蔽作用。

2.1 使用方孔类型的接地网

长孔类型的接地网在主网与均压线之间的连接较薄弱，且均压线的距离较长，当出现接地故障后引起的均压较大，容易导致电网设备及二次控制电缆的损坏。当其中一条压线因故障问题断裂时，就会降低分压带的分流作用。若使用方孔型接地网，其均压带处于交错状态，即便其中一条线断裂，也不会影响地网的分流效果。

2.2 不等间距接地网

变电站系统运行期间，接地网站点并不呈均匀分布状态，且接地网附近的导体散流是中心区域的3～4倍。对此，中心区域的电场强度要远小于变电接地网边缘区域的强度，且其电位存在较大梯度。此时，若只均匀布置方孔型电网，则会增大接地材料的使用量，增加工程成本。对此，施工单位在进行110 kV工程建设时，常选用水平接地类型和不等间距的布置模式。这种布置方式的边缘间距较小，中间间距较大，可以有效减少方孔或长孔接地网存在的问题。

2.3 避免接地网腐蚀与破坏

复杂地理条件下接地网很容易腐蚀，工作人员应做好以下几种治理措施[2]。

2.3.1 增大接地体截面

为有效保证接地网的使用年限，确保接地体截面满足接地短路热稳定截面的基本要求。在初期施工过程中，设计人员应增大接地体的截面。以往复杂地理条件下，多采用40×4型号的普通扁钢。事实证明，这种扁钢明显偏小，在变电站运行10年后会被严重腐蚀，接地电阻将不合格。之后改用60×6型号的热镀锌扁钢，实践证明其使用效果较好，但增大接地体截面积后会增加钢材的使用量，还会增大接地体焊接、折弯等工作难度。因此，设计人员应结合变电站周围的地理环境进行综合选择。

2.3.2 使用铜接地体

当前，很多西方国家的变电站系统主要采用铜接地体。铜质接地体的接地网具备较强的热稳定性和抗腐蚀性，性能较为优越。此外，采用铜质材料，接地体的热稳定截面积可有效缩短至原来的1/3。同时，相关资料表明，采用铜接地体不需考虑土壤的腐蚀问题，但铜材料的价格较为昂贵。为有效降低投资成本，多数变电站的接地系统依然采用钢材。当前，铜接地体的价格已经明显降低，使用镀锌钢材与铜接地体的成本明显降低。对此，在地理条件复杂、腐蚀较为严重的沿海地区，综合考虑后变电站应采用铜接地体。

2.3.3 阴极保护

电化学腐蚀是接地网的主要腐蚀方式。对此，可采用阴极保护方式，即牺牲阳极法和外加电源法。牺牲阳极法是利用镁合金、铝合金以及锌合金等金属作为阳极，并将其以电气连接的方式直接连接。因为不同金属间存在电位差，金属自由电子与氧离子会发生电化学腐蚀，阳极被腐蚀，从而有效保护了电气系统的其他金属。外加电源法在阳极与被保护物之间施加外接直流电源，阳极上为电源的正极，保护物上为电源的负极。整流器属于常用的外加电源装置，其电压范围20～100 V。根据被保护设备的大小，其电流在10～100 A。实际使用过程中，阴极保护的使用时间较晚，且没有成熟的计算方法，因此需要设计人员根据经验选择相关设备参数。

2.3.4 改善施工工艺

在变电站供电中，改善接地系统的施工工艺也可以有效改善电偶腐蚀和缝隙腐蚀问题。为避免使用螺栓连接与压接方式，一般采用焊接方式。在焊接工艺中应首选放热焊，其焊接头具备较强的耐腐蚀性，且整个焊接工作在熔模内完成，接头外观饱满，可以有效避免因外部结构不均匀导致的局部腐蚀问题。它的焊接时间不超过3 s，不会对母材造成损害，可避免因微观组织不均匀而导致的微电池腐蚀问题。但是，在敷设接地导体时，施工人员应避免局部应力集中及机械损伤问题，减少应力腐蚀问题。

2.3.5 改善接地装置结构与布置

接地装置中存在电流导入部位，对此设计人员应做好防腐蚀的结构设计工作。例如，采用深埋垂直接地极的方式设置变压器的中心点接地处。

2.3.6 控制土壤特性

土壤的化学性质决定着变电站位置。复杂地理条件下，工作人员应采取有效控制措施，避免不利影响。例如，改善回填土的土质不均匀问题，降低腐蚀程度，但需控制降阻剂使用量，避免接地材料被腐蚀。

2.3.7 加强运行监测工作

工作人员除做好接地电阻的开挖与检测工作外，还应针对接地装置展开电化学检测。设计人员应做好系统的分析研究，完善监测环节，为此后接地装置的防腐蚀设计提供一定的参考依据。

2.3.8 加强管理

管理过程中，工作人员需要在技术规程、施工验收规范以及运行管理等方面严格落实装置防腐蚀工作，采取恰当的腐蚀预防措施，提升变电站接地供电设备的可靠性与使用寿命。

3 结 论

复杂地理条件下的变电站接地系统更易受到侵害，实际工程设计过程中，工作人员应充分考虑接地设施、接地网布置、接地网腐蚀以及接地材料等因素。实际施工期间，工作人员在计算流经地网的入地短路电流时，应结合工程的实际施工情况进行。为满足国家规定，设计人员应采用降低接地电阻、降低接触电势以及跨步电压等方式。综上所诉，针对复杂地理条件下的变电站接地供电系统，设计人员应在保证变电站安全性的基础上，综合考虑多种接地因素，并合理做好变电站接地系统接地网的设计工作，从而确保变电站的安全、有序及稳定运行。