基于CDEGS降低变电站接地电阻的方法

权学政

（西藏农牧学院，西藏 林芝 860000）

0 引言

变电站接地网接地是维护电力系统安全可靠运行、保障人员和设备安全的根本保证和重要措施。接地电阻与电学中导体电阻的物理概念是完全不同的。导体电阻指的是导体自身的有效电阻，而接地电阻主要是指接地电极周围土壤的电阻。变电站接地网的接地电阻值是变电站接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统有效性、安全性以及鉴定该系统是否符合要求的重要参数。由于接地装置周围土壤电阻率的高低在很大程度上决定了接地电阻的大小，建在高土壤电阻率地区的变电站接地电阻一般很难满足要求。通过收集资料了解到降低接地电阻的方法有扩大接地网尺寸及增加接地网埋深、加设垂直接地极、局部换土、深井接地、接地降阻剂和离子接地极等。该文利用接地软件CDEGS，模拟了接地网埋设位置、接地网网格间距、接地网的尺寸和增设垂直接地极及垂直接地极位置和深度等对接地电阻的影响。

1 CDEGS简介

CDEGS是由加拿大SES公司出品。CDEGS软件包有RESAP、MALT、MALZ、SPLITS、TRALIN、HIFREQ、FCDIST、FFTSES共8个功能模块。该软件可用于研究接地、电磁场、交直流电磁兼容以及阴极保护等。

2 土壤电阻率的仿真

土壤电阻率的测量有几种不同的方法，其中常用的测量方法是Wenner四极法，测量接线图如图1所示。

图1 Wenner法测量土壤电阻率接线图

视在土壤电阻率（ρ）计算公式为

其中：

R—测量电阻，Ω；

a—相邻电极间距，m；

b—电极深度，m。

用Wenner四极法对土壤电阻率进行测量，改变极间距a以及电极埋深b，土壤电阻率的测量数据见表1。

表1 视在电阻率测量数据

利用CDEGS软件中的RESAP程序可得到土壤电阻率分层情况，见表2。土壤电阻率模型，如图2所示。

图2 土壤电阻率模型

表2 土壤模型数据

3 不同降阻措施的比较

假设一个水平接地网面积为100 m×100 m，网格间距10 m，水平接地网等值半径为0.02 m，接地网埋深0.8 m。

图3 接地网埋深对接地电阻的影响

3.1 接地网的埋深对接地电阻的影响

由表3和图3可见，埋深深度越深接地电阻越小，但增加接地网的埋深深度对减小接地电阻的作用并不是很大，且接地网的埋深达到一定时，接地电阻减小的很慢。所以一般的接地网埋0.6 m～0.8 m就可以了。

表3 接地网埋深对接地电阻的影响

图4 接地网网格压缩比对接地电阻的影响

3.2 接地网的网格压缩比对接地电阻的影响

由表4和图4 可知，从均匀网格（压缩比为1）到压缩比为0.6时，接地电阻是减小的，但从压缩比为0.6减到压缩比为0.4时，接地电阻反而增大了，这说明压缩比不是越小越好，有一个最优的压缩比，从上面结论可知，压缩比为0.6的效果是最好的。

表4 压缩比对接地电阻的影响

3.3 接地网的尺寸对接地电阻的影响

由表5可得，增大接地网的面积对降低接地电阻是非常有效的。从图5可以看出增加接地网尺寸对接地电阻是以指数形式降低的。

表5 接地网尺寸对接地电阻的影响

3.4 垂直接地极对接地电阻的影响

设水平接地网面积为200 m×200 m，网格间距10 m，水平接地网等值半径为0.02 m，接地网埋深0.8 m。未设垂直接地极时未敷设垂直接地极时水平接地网的接地电阻为6.3454 Ω。

3.4.1 垂直接地极位置对接地电阻的影响

其中垂直接地极长度为50 m，等值半径为0.04 m。不同位置敷设垂直接地极后接地网的接地电阻R及垂直接地极的降阻率δ见表6。

表6 垂直接地极敷设在不同位置的降阻效果

表6中的降阻率δ按下式进行计算：

由图6和表6可看出，距离接地网中心点由近及远的顺序为1→2→4→3→5，而降阻率由高到低的顺序为5→3→4→2→1。因此，应将垂直接地极敷设在水平接地网的边缘，使其与水平接地网接地导体的屏蔽作用最小。

3.4.2 垂直接地极长度对接地电阻的影响

选取垂直接地极的位置在位置5，其中垂直接地极的等值半径为0.04 m，当垂直接地极的长度从10 m→30 m→50 m→70 m→90 m变化时，接地网的接地电阻R随垂直接地极长度的变化如图7所示。

从图7中可以看出，接地电阻随接地极长度的增加而降低，但在增加长度的同时也要考虑经济性。

图5 接地网尺寸对接地电阻的影响

图6 垂直接地极在水平接地网上的位置

图7 接地极长度对接地电阻的影响

4 结论

通过上述比较不同接地网对接地电阻的影响，得出了以下结论：1）在高土壤电阻率地区增加接地网的尺寸是最有效降低接地电阻值的措施。2）若地中有低土壤电阻率层，垂直接地极增设的越长，降低接地电阻的效果就越好。3）表层土壤电阻率比深层土壤电阻率小时，应在接地网的边缘区域放置较多的导体。4）装设垂直接地极可降低接地电阻， 而且应尽可能均匀分布在接地网边角，适当拉开距离，以减小垂直接地极之间的屏蔽作用。5）在多层土壤结构中，垂直接地极的降阻效果会随着土壤结构的变化有不同的影响。在上层土壤电阻率比下层低的土壤结构中，垂直接地极应采用“多根浅钻”的敷设方式；对于上层土壤电阻率比下层高的土壤结构，垂直接地体应采用“少根深钻”的敷设方式能取得明显的降阻效果。