1、浅谈变电站接地网设计中的相关问题摘要：电力部门曾经对各地运行 10 年以上变电站地网开挖检查，发现接地导体腐蚀较为严重。目前变电站设计运行年限均不小于 30 年，地网寿命周期也应与之一致。变电地网对电力系统的安全运行发挥着越来越重要的作用，应该引起设计人员的足够重视。本文笔者主要谈谈变电站接地网设计中的相关问题，并提出自己的一些建议，仅供同行参考、指正。 关键词:变电站，地网设计，相关问题 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 1、变电地网设计过程中地网接地电阻的计算 变电工程地网设计通常以计算为依据确定技术方案，计算的准确与否直接关 系到实际接地效果，并影响运行的安全可靠性。地网
2、施工属隐蔽工程，通常与土建施工同时进行，一旦不能满足设计要求，采用补救措施相对困难，并会影响整个工程的进度，因此如何提高计算的准确度，以此为依据进行地网设计，确定恰当的技术方案，是地网设计要解决的根本问题。 目前接地电阻计算常用公式均为经验公式，虽来源于工程实践，对地网设计 具有一定的指导作用。但不同站址的土壤地质、气候等各个方面千差万别，公式 的应用有很大的局限性。因此，针对不同的工程情况应对计算结果进行适当的修 正，以确保设计方案的适用性。 1.1 接地电阻标准值的确定 目前，电力系统 110kV 及以上电压等级电网均采取中性点有效接地方式，对于大电流接地系统变电站地网考虑季节变化因素后的
3、最大接地电阻，按照 SDJ8-79， 电力设备接地设计技术规程对接地电阻有着明确的要求，接地电阻不大于 0.5，实际工程设计中，以计算结果为基础确定设计方案，并预留一定裕度以弥补施工的偏差。实际工程设计中，接地电阻标准值采用就高不就低的原则，通常计算值大于 0.5 时按不大于 0.5 要求，计算值小于 0.5 时按实际计算值来要求，笔者认为也是恰当的。 1.2 入地电流的计算 按照 DL/T621-1997交流电气装置的接地附录 B，入流电流的计算公式如下 I=(Imax-)(1-ke1)（1） I=(1-ke2)（2） 其中:Imax 为最大单相接地短路电流； 为流经变压器中性点的接地短路电
4、流； ke1 为站内短路时的避雷线的分流系统； ke2 为站外短路时的避雷线的分流系统。 对于发电厂升压站，一般站外出口短路电流最大；而对于电网降压站站内单 相接地短路故障时入地电流通常最大，所以我们下面仅以针对电网降压站站内单 相短路进行分析。 发电厂升压站短路电流容量可分为两个部分：电网提供短路容量和电源提供 短路容量；而对于电网降压站其短路容量完全来自电网侧，工程计算中 可以视为零值，认为全部短路电流经大地及避雷线返回电源，此时式 (1)即变换为: =Imax（1ke1)（3） 如电网提供的最大单相短路电流于故障点发生了分流，因为单相接地零序回路必须以大地为通路，所以一部分由故障点直接经
5、地网入地(表示为 Ik)，另一部分经变电站零序序网流入地网即 。那么按照上述分析可以得出一个与式（2）不同的公式，此时入地电流应该表示为 I=（Ik） （1ke1）Imax（1ke1)(4) 实际上式(3)与(4)结论是一致的，站内短路时全部短路电流流入地网，然后 再由避雷线及大地进行电流分配。由此也可以分析出为什么对于降压站站外短路 通常比站内短路时入地电流要小。 1.3 接地电阻值计算及降阻措施 地网接地电阻由四部分组成：接地体与周边土壤的接触电阻、大地电阻、接 地体的电阻、相邻接地体间相互屏蔽产生的互电阻。其中大地电阻和接地体电阻 可忽略不计，而接地体间的互电阻往往也被忽视，其实计算的偏
6、差很大程度上来 源于此。 地网设计通常以水平接地为主，垂直接地极为辅组成复合接地主网，其接地 电阻计算公式如下: （5） 其中:R任意形状边缘闭合接地网的接地电阻 L0 为接地网的外缘干线长度 m； S 为地网的面积?； d 为接地干线有效直径 m； L 为水平接地干线总长度 m； H 为接地体埋深米。 水平地网的接地电阻值很大程度上取决于地网的面积，但城市周边变电用地 面积往往较局促，因此常采取扩大地网及外引接地体、设置接地深井、施放降阻 材料等措施。 扩大地网及外引接地体虽降阻效果明显，但制约于用地面积，如外扩超出征 地红线，则无法保证此部分地网的安全。一些工程设计及施工当中，为达到验收
7、目的，常采取此类措施，有时工程刚刚投产，外扩部分即被破坏，给系统运行埋 下极大隐患，所以要慎重考虑。 设置并联接地深井非常有效，可以根据工程具体情况确定深度及并联数量， 其接地电阻计算公式如下 其中:Rv 为深井接地电阻 ； d 为深井有效直径 m； l 为垂直接地极长度 m； 为土壤电阻率 ?m。 可采用扩径钻孔，充填降阻剂以增大导体有效直径降低深井接地电阻；处于 高电阻率土壤或基岩区时采取孔底爆破致裂法增强与土壤接触效果；接地深井一 般可以深入含水层，增加接地井的深度对降阻效果明显；但对于基岩较厚的站址， 不宜采用深井。 设置深井的复合地网接地电阻值最终为: 其中:KP 为复合地网各部分之
8、间的屏蔽系数，通常为 1.31.4。 电流通过接地体向大地散流时，会受到其他接地体散流作用的影响，它们之 间存在着一个互电阻。计算若按简单并联而忽略屏蔽效应，则会造成很大的偏差。 另外，根据站址周边的具体情况，可采取接地斜井降阻，采用先进非开挖钻机设备使接地井向主网外方向 45 或 60 度倾斜，深入到道路及周边设施基础下方深处，充分利用大地立体空间，既扩大了地网面积，又可减小了屏蔽系数。 2、接地降阻材料应用及接地极防腐措施 2.1 接地材料及存在问题分析 目前，在工程中应用较为广泛的降阻材料有降阻剂、接地模块、电解离子接地极等。 降阻剂通常以对金属有较强亲合力的胶凝物为基料，凝固后形成立体
9、网状结 构，在其中加入一些导电的颗料，化学降阻剂以电解质导电为主体，而物理降阻 剂则以非电解质粉末如木炭、石墨及金属粉末为导电材料。 降阻剂的降阻机理一般有以下几个方面: (1)随着降阻剂的扩散和渗透作用，降低接地体周围的土壤电阻率。 (2)扩大了接地体金属接地体的有效截面，增大与土壤的接触面积，降低了 接触电阻。 目前对降阻剂在工程应用中反应最为强烈的有以下问题： (1)对接地体的腐蚀问题。降阻剂虽然短期内起到了一定的降阻作用，但降 阻剂对金属接地体均存在不同程度的腐蚀性，尤其是包裹降阻剂的地线与未包裹 部分的交界部位会产生严重电化学腐蚀。 (2)降阻稳定性与长效性问题。部分厂家追求短期的降
10、阻效果，加入了大量 的无机盐类，但随着电解离子迅速流失而失去降阻效果，地网接地电阻迅速反弹 回升。 2.2 接地模块 接地模块也是目前常用的一种降阻材料，它是一种以非金属材料为主体的接 地体。它由导电性、稳定性较好的非金属矿物质和电解物质组成。 经过市场调研，目前国内市场的接地模块产品材料成分与降阻剂相似，是把 降阻剂事先预制成不同形状模块，使用时直接埋设并与接地干线可靠连接，所以 接地模块存在的问题与降阻剂基本相同。 2.3 电解离子接地极 电解离子接地极是在管状接地体内部加入负离子填充剂，作为一个离子发生 装置，产生的离子不断扩散到周围的土壤中，从而达到接地降阻要求，填充剂有良好的渗透性能
11、，深入到泥土及岩缝中，形成树根网状，增大了泄流面积。 目前，电解离子接地极的市场价格较高，每根长 2.5-3.0m 约 1 万元人民币， 并且由于电解离子接地极依靠释放离子来实现降阻，其长效性难以保证，同时也 增加了土壤对接地体的腐蚀作用。 综上所述，各种降阻材料最大的问题是长效性和对金属接地体的腐蚀作用， 设计中要慎重选择降阻材料，不仅要考虑短期的降阻效果，更要保证长期的可靠性。 2.4 接地极防腐措施 电力部门曾经对各地运行 10 年以上变电站地网开挖检查，发现接地导体腐蚀 较为严重。目前变电站设计运行年限均不小于 30 年，地网寿命周期也应与之一致。 因此，需对地网采用适当的防腐措施，常
12、用的方法主要有采用铜质接地材料、导电防腐涂料、牺牲阳极法和外加电源法等，以上方法在国内电力工程领域已有采用。 3、结束语 变电地网对电力系统的安全运行发挥着越来越重要的作用，应该引起设计人 员的足够重视。接地计算对地网设计具有重要的指导作用，应根据计算进行地网 方案优化设计，以确保变电地网的降阻效果。各种降阻材料能有效降低接地电阻 的同时，也对地网的运行带来了很多的负面影响，因此，设计中应根据各种降阻材料的不同特点，谨慎选择，并采取必要的防腐措施。 参考文献 1傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算.北京:中国电力出版社,2004. 2李景禄.接地装置的运行与改造.北京:中国水利水电出版社,2005.
