110kV变电站接地网的优化设计分析

刘义

摘要：110kV变电站在进行平时的电力传输时，所承担的主要任务就是升压与降压，而接地网是变电站中相当重要的系统，它是否安全与可靠，会直接影响到变电站设备的正常工作以及工作人员的人身安全，甚至直接关系到整个电力系统的使用寿命。

关键词：变电站;接地网;优化设计

1.变电站接地网设计的影响因素

在进行变电站接地网设计时，会受到下述几个因素的影响，。

1.1土壤电阻率的准确性

在进行接地网设计时，一定要确保土壤电阻率的准确性，以免引起设计的误差。为了确保电阻率不出现误差性，在实际勘测时最好使用超过2种的方法进行对比。在设计中，不要硬套埋深O.8m，而是因地制宜，将水平网埋深在土壤电阻率较低的土层里或加长垂直接地极穿入该土层，以获得较好的接地效果。

1.2必须提前进行接地施工

进行接地网施工前，必须先把地整平，降低接地电阻可以在原土层上面实施。如果有条件，填土层可以采用电阻率较低的土质。

1.3选择合适的接地体

如果接地网导体的截面符合一定的要求，如果再增加导体的截面就会需要更多的钢材用量，但是要注意导体截面的大小要可以承受入地电流的热效应，并经得起大地腐蚀。水平接地体往往是选用50mmx5mm的镀锌扁钢，垂直接地体一般选择50mmx5Omm～5mm镀锌角钢。

1.4使用减少接地电位的其他方法

当接地电阻R小于等于2000/I时，对身体是安全的。所以，应该减小接地电阻，并增大系统零序阻抗和分流，以便有效降低入地短路电流。

2.工程概况

某变电站征地面积5.2亩，土壤电阻率表层是520Ω.m，3米以上的土层电阻率是720Ω.m，而且图纸是风化碎石，地网接地电阻设计值是小于1Ω，以现有技术很难达到要求，所以，考虑使用土壤改良降阻新技术进行地网降阻。

3.110kV变电站接地网优化设计

3.1擴大地网面积

这种方法可以有效减少地网接地电阻，但是，面积的增大也使得电流密度的不均匀性问题越来越严重，当降阻的效果逐渐趋于饱和，而地网面积增大到一定程度时，效果就会达到顶峰，过了这个点效果会越来越差，所以，在高土壤电阻率地区建变电站的方法并不可取。再者，增大地网面积会增加资金投入，且可占地面积有限，尤其是城区用地的紧张，只能确保最起码的安全距离，所以，这一方法往往无法得到正常使用。所以，此法只适合郊区变电站。

3.2增设接地体

这主要是增设水平接地体，并将垂直接地体深深埋于地下，以便有效降阻，现阶段在很多高土壤电阻率地区推广了接地设计。但是，虽说水平接地体能在一定程度上降低接地极附近的电流密度，他们互相之间的屏蔽作用而会让效果大打折扣，加装并深埋垂直接地体，从减小冲击接地电阻来看，通常有一定的效果，但在降低地网工频电阻方面效果甚微。

3.3降低接地电阻

设计接地网之前，要先测试、分析变电站地域的地质情况，从而确定出地层电阻率较低的位置，接下来再针对不同降低接地电阻的方法进行计算，从而确定出最佳方案。

（1）接地斜井

往往原土层的土壤电阻率会比较高，为了避开深层土壤差的区域，将上层较好的土壤充分利用起来，可以利用斜井降低接地电阻。而且由于是斜井，所以深井之间的互相屏蔽作用就有所减少，这对于降低接地电阻也非常有利。接地斜井的施工方法如下：第一，利用斜钻技术在变电站地网四个角上用钻机钻出斜井，井深50米，倾斜角约在30度;斜井的方向由地网中心向外辐射。每口井内的顶部与底部分别设置一套离子接地极，从而利用其对深层土壤的电阻率加以改善，将斜井的降阻作用充分发挥出来。在井内两个离子接地极利用联结电极线联结起来;采用GEM接地增强剂进行回填，从而保证接地极与大地保持良好的接触。第二，变电站内要设置四套离子接地极，对站内地网的土壤电阻率进行改善中，具体的安装位置要根据实际情况来确定。

（2）深井式垂直接地极

深井式垂直接地极是以水平接地网为基础，向大地纵深寻求扩大接地面积。如果大地上层土壤电阻率较高，下层较低时，垂直接地极穿入第二层时会对接地电阻产生较大影响。深井接地极对场地的要求不高，而且气候条件、季节因素也不会对其产生影响。垂直接地体附加于水平接地网，可以减少2%～8%左右的接地电阻，而垂直接地体的长度增加至均压网的长、宽尺寸，均压网趋势近于半个球时，对接地电阻的影响才会比较明显。

（3）使用降阻剂或进行局部换土

这种方法可以有效降低地网附近的土坡电阻率，并能降低土坡与接地体间的接触电阻，但无论是均匀土坡，还是平双层土坡，这种措施对地网的接地电阻降低作用并不大，且降阻剂会对接地体造成腐蚀效应。

而考虑到接地斜井适合用于场地标高不得低于50年一遇的洪水位的110kV变电站，而且要高于城市规划道路的标高。而深井式接地极只适用于地下较深处的土壤电阻率较低的地方，比如有金属矿或者地下有地下水，而上层土壤干燥的地方。变电站接地网起初是采用降阻剂降阻，在地网运行后不到两个月的时间里，接地体已出现严重腐蚀现象，所以，不再考虑使用降阻剂。而本工程是下层土质是风化石的电站，下层土壤的电阻率比上层土壤电阻率还高，所以，上述方法均不适合。

4.接地网优化降阻设计计算

设计中我们将接地网分成两个部分，所内的面积是55米×45米，站外面积是45米×20米+15米×20米。为了保证置换土壤电阻降阻的稳定性与长效性，在置换土中加入少量导电粉，水泥和吸水剂。

接地网电阻值计算

变电站土壤电阻率的实测值是400Ω.m，考虑到季节原因导致的影响，所以留有余地，土壤电阻率的计算值取保守的数值7200Ω.m，变电站内的面积S1=2300m2，变电站外面积S2=1200m2，地王沟挖出的原土经渗入一定比例的导电粉和吸水剂后，其土壤电阻率为2=60Ω.m。

结语

本工程中所使用的方法有效降低了接地电阻。在实际设计过程中，不同地区、不同的土壤条件要采取不同的方案，并且各种方法可以配合使用，实际效果可能会更好。

参考文献

[1]孟庆波，何金良.降低接地装置接地电阻的新方法[J].高电压技术.1996：22（2）

[2]郭秀勇，贺辉，周羽生.110kv变电站接地网的优化设计[J].电力设计.2009（6）.

[3]杨晓雄，彭敏放，苗文华等.发变电站接地网优化设计[J].电力系统及其自动化学报.2010（4）.