浅谈关于变电站接地网的电气设计

陈丽招

摘要：衡量变电站接地网性能的电气参数包括接地电阻、接触电压、跨步电压、接地电位和地表电位等。在对变电站接地网进行设计时，要充分考虑系统运行方式、电气设备具体情况以及地质情况等，充分吸取原有设计经验，采用合理的手段。

关键词：变电站;接地网;电气设计

1.变电站接地网存在的问题

1.1接地电阻过大

接地电阻过大会导致接地电极流过故障电流或雷电流时引起接地网电压升高，对工作人员的人身安全和站内运行设备造成极大威脅。接地电阻主要与土壤电阻率有关，因为土壤电阻率直接关系到土壤的导电性能。土壤电阻率受土壤质地、水分含量、温度等因素的影响，而土壤中的水分含量和温度会则会随着季节的变化而产生变化。土壤电阻率随温度的升高而升高，当土壤含水量达到饱和时，电阻率与水分含量成正比，当土壤含水量未达到饱和时，电阻率与水分含量成反比。因此，当夏季雨水充足，接地网阻值处于标准范围之内，而到了干燥的冬季时，接地网电阻率可能变大而不符合要求。

1.2接地材料腐蚀

接地网直接敷设在土壤中，土壤中的氧气、微生物以及杂散电流等因素均会对接地电极产生侵蚀作用，造成接地导体截面积减小，引发事故的产生。土壤腐蚀主要是均匀腐蚀（微电池）和局部腐蚀（宏电池）共同产生。微电池是接地导体组成或接地网结构不均匀引起的一种普遍存在的腐蚀形式。宏电池是由于埋于土壤之中的接地极存在不同部位氧有效性不同而引起的一种腐蚀方式，其腐蚀速度主要受土壤氧气含量和电阻率影响，解决土壤腐蚀的关键就在于研究宏电池。杂散电流主要来源于地下电缆漏电、外加电流阴极保护装置和其他直流电接地装置。因此越靠近供电系统，杂散电流腐蚀越严重。

1.3接地网的运行维护问题

系统中的电气设备都有一定的维修周期，通过定期的检测判定设备的运行状况，提前做好相应的维修和补救措施，避免事故的发生。但变电站接地网敷设于土壤之中，检查起来较为麻烦，存在的检测也只是对工频接地电阻进行检测，在多数情况下无法判定接地装置的故障状态，只有在事故发生时才会引起人们的注意。

2.变电站接地网的电气设计要点

2.1确定土壤电阻率

土壤电阻率对接地网性能具有决定性作用，受土质类型、自然环境等因素的影响，正因如此，在规划设计接地网时，必须通过测量掌握变电站所处土壤的电阻率。当变电站选址确定后，需通过物探法等方法对地质结构开展勘探，收集土壤电阻率的水平和垂直变化情况，同时采用电探法勘探土壤电阻率的分布情况。对勘探得到的土壤电阻率数据，要考虑季节气候等因素，对其进行分析处理等一系列过程，最终确定土壤的电阻率。除此之外，还应掌握土质中诸如地下的腐蚀性金属、化学物质等非自然因素，并对金属腐蚀、化学物质污染等因素对土壤电阻率造成的长期影响进行评估，为确定接地网布置材料、布置方法等过程提供依据。

2.2计算接地短路电流

接地短路电流是指系统发生短路故障时，在接地网中流过的接地短路故障泄流电流。当系统发生短路产生短路电流时，一部分电流通过接地网流向大地称为流通电流，流通电流流经的回路称为流通回路，其余电流则通过接地网流向系统中性点。由此可见当接地短路电流通过接地网流散时，不但升高了接地点的电位、接地电势、跨步电压，还会出现电势转移、系统环流等影响，这对接地导体的选择产生影响。

2.3接地极的选择

（1）热稳定性。一般情况下，变电站故障入地电流可以达到10kA，当如此大的电流经接地网流散至大地时会产生很高的热量，由于继电保护整定时间大致为零点几秒，接地极需要将短时间内产生的高热量散入周围土壤中，同时也会使接地极温度大幅升高。如果导体温度上升到一定数值而且无法及时降温的话，接地极的机械强度会受到影响，尤其是在接地极的连接点等接地网薄弱环节处，长时间的散热过程会使接地网整体结构遭到破坏;如果故障电流过大使温度上升到导体熔点时，会使接地极融化，造成接地网整体结构的不可逆破坏。这些情况均会使接地网丧失优良性能，使系统发生事故的几率大幅提升，严重影响系统运行的经济性。由此可见在设计接地网时，需要考虑接地极的热稳定性，允许工作温度和熔点越高的导体，其热稳定性能就越好。

（2）导电性。由于系统发生接地故障时，接地点与地表之间的电阻存在差异，使得接地网各点电位不同，加之变电站占地面积的减小以及土质结构不佳，导体的导电性能变得更差，因此在接地网设计中要考虑导体的导电性，提升接地网性能。

（3）土壤的腐蚀性。由于电化学腐蚀的作用，土壤中的接地网会受到腐蚀破坏其结构，随着时间的积累接地网与土壤的接触面积会逐渐减小，进而破坏接地网热稳定性与泄流能力，严重时会导致接地网产生断裂，引起电力事故。因此地埋导体的抗腐蚀性是一项重要指标。

（4）成本分析。在变电站接地网设计时，应充分考虑上述因素，同时结合电网运行方式以及变电站投入成本预期，合理安全接地网的布置方式。

2.4接地网布置方式的选择

由于等间距布置接地网外缘只与土壤接触，导体之间流散电流失衡，导致接地网外缘产生的接触电压及跨步电压产生较大的差异，这一差异会随着变电站接地网面积的增加与网孔数的增加而变大。为了解决这一问题，同时兼顾接地网建设成本，需要采用不等间距布置接地网。该方法具有很好的均压能力和良好的经济性，被广泛应用在变电站接地网设计中。另外当土壤垂直方向电阻率差异较大或者在冰冻、干燥的土壤中敷设接地网时，可以将垂直接地体与水平接地网连接一并敷设。这样可以充分减小接地网接地电阻，并克服由于天气原因导致的接地网性能下降。

结语

总之，在变电站的设计中，应采取降低接地电阻、降低接触电势、保护接地电阻等有效措施，以确保变电站的安全运行。

参考文献

[1]郑佳.变电站电气一次主接地网施工技术要点思路构建[J].电子乐园，2019（12）：0203-0203.

[2]黄一凡，周宏威，卢延飞等.高纬度寒区变电站接地网设计优化研究[J].电气应用，2018，v.37;No.488（14）：15-19.