变电站接地网接地电阻计算方法研究

2020-06-12云南电网有限责任公司大理供电局邵洪平

电力设备管理 2020年2期

云南电网有限责任公司大理供电局邵洪平

在对接地装置的电气性能指标衡量中，接地电阻是一项主要的衡量参数。在理论层面对接地电阻进行了定义：无穷远位置的电位假设为零，当接地装置系统出现故障情况时，为无穷远位置处的电压数值与流入大地的电流数值之比[1]。接地电阻的数值大小关系到接地装置对电位的稳定能力大小、性能保护以及散流能力，接地电阻在数值上越小以上三项的能力越强，因此在接地装置的电阻选择中电阻的数值越小越好[2]。

1 等值土壤电阻率的选取

选取合适的土壤电阻率关乎到后起的接地装置接地电阻计算结果的精准度。工程在施工过程中，站址周围土壤的电阻率并非是均匀分布的，土壤电阻率由于位置的不同存在很大差别。国家的相关规程与规范中的电阻的计算方法是建立在均匀土壤电阻率之上的。应用前沿的计算软件CDEGS，在变电站的规划地址处的土壤电阻率采取分层计算的方法时，每层都要选取出特定的数值[3]。愈加细致划分的土壤层，其获得的计算结果更贴近实际数值，实际计算中计算软件难以达到这一要求，即便可以也将要面临巨大的计算工作量。所以在实践当中，需要解决的问题是在电阻计算时如何选择合适土壤电阻率。

当出现电阻率因土壤深度不同数值变化较大问题，则电阻率可以选取位于土壤接地体预埋深度位置处的数值。选取位于水平不同点的土壤电阻率方式如下：

接地网四周最外侧的导体用Li～L4表示，获图1所示假设接地网。以接地网边沿导体L1为例，测量电流假设在A、B两点处，测得电压极[MN]1的数值ρ1，并且不断改变M、N两点之间的距离，直至测得ρ2值，记录此时[MN]2距离，再次改变M、N两点之间的距离，继续求得对应ρ值，记录对应边长数值。

需对未来建设变电站所在地的四周进行ρ1、ρ2、ρ3、ρ4数值的测量，MN两点之间的长度取值范围可以设定为lm、2m、3m、6m，对最后的结果要进行平均计算，获得平均值：

依次求出四边的ρL1、ρL2、ρL3、ρL4值。匹配值结果通过在长度方向的加权获得：

应用此方法计算土壤电阻率时，计算次数仅为16次，更易操作。进行针对避雷针设施的集中接地装置，实践中常在避雷针周围放置测点获得测量结果ρ值。

2 垂直接地极的电阻值计算

垂直接地极方法被普遍应用于上下层土壤电阻率相差较大、上层明显高于底层的情况时采取的降低电阻的手段，当前石家庄地区新建变电站对电阻值降低的操作措施常应用此种方法实现[4]。公式（3）的计算方法表述的是单根垂直接地极接地电阻值，式中RV为单根垂直接地极接地电阻值，Ω；ρ为土壤电阻率，Ω·m；L为垂直接地极的长度，m；d为接地极等值直径，m。

图1 测量接地网土壤电阻率的示意图

图2 垂直接地极周围添加降阻剂

图2所示的降阻剂直接敷设在接地极四周的情况发生时。利用公式（4）计算获得图2情况下的单根垂直接地极接地电阻数值，式中ρ为土壤电阻率，Ω·m；ρ1为降阻剂的电阻率，Ω·m；L为垂直接地极长度，m；d为垂直接地极直径，m；d1为原土壤中被降阻剂置换之后的直径，m。

图3 接地体深埋土壤的示意图

当接地体较深的埋入土壤中（图3），且土壤中上层与下层间的电阻率数值变化程度大的情况时，利用公式（5）计算获得图3情况下的单根垂直接地极接地电阻数值，式中Rm为深埋接地体的接地电阻（Ω）；ρ为深埋接地体的土壤等值电阻率（Ω·m）；ρ1为覆盖层电阻率（Ω·m）；ρ2为在受地下水的作用下岩石层或土壤的电阻率（Ω·m）；H为覆盖层厚度（m）；L为垂直接地体长度（m）；d为接地体直径（m）。

图4 人工接地坑

3 人工改善土壤电阻率的接地电阻计算

对于土壤电阻率较高的变电站建设地区，常常使用人工措施对土壤进行改良从而降低接地电阻，改良的措施是对回填土壤的电阻率采取降低操作。此种方法常用于土壤电阻率较高的地区，且效果显著[5]。

3.1 人工接地坑

在距离接地网边角平分线的0.5～1m处布置该变电站接地网种的最大电位梯度。经过对现场施工情况的考量，以及厂家设计值中将2.5m长度定义为垂直接地体尺寸，人工施工中采用3m的坑深，上部与下部的普遍直径分别在2m与lm左右，埋深的区间范围是0.6～0.8m（图4）。

在电阻率数值上，当置换材料和原地层处于已知时，应用公式（6）对人工接地坑接地电阻的数值进行计算。式中Rk为位于人工接地坑之中的接地电阻（Ω）；ρz为置换材料的电阻率（Ω·m）；ρy为原地层的电阻率（Ω·m）；L为垂直接地体长度（m）；d为垂直接地体直径（m），对于扁钢来说，d=b/2，b为扁钢宽度；角钢为角钢边长；等边角钢中，d=0.84b1，b1=b2。