1、1变电站接地降阻措施的分析及应用【摘要】文章通过介绍 220kV 变电站接地降阻的重要性及说明各种接地降阻措施的原理，结合工程实例介绍接地降阻措施在变电站中的应用，并通过技术经济比较选择最优方案，以便达到技术可靠，投资最省的目的。 【关键词】变电站接地降阻原因；接地降阻方案的分析；接地降阻方案的计算结果及应用。 中图分类号：TM411+.4 文献标识码： A 文章编号： 变电站接地网是维护变电站安全运行，保障运行人员和电气设备安全运行的根本保证和重要措施。然而，受地理条件的限制，有些变电站不得不建在高土壤电阻率地区，而且接地网敷设范围受到很大限制，导致这些变电站的接地电阻值偏高，无法满足现行运
2、行标准的要求。如何合理、有效、经济、长久地解决这一问题，保障变电站的安全可靠运行，将具有十分重要的理论意义和工程价值。降低高土壤电阻率区的变电站接地网电阻，应根据所在区域地质和环境条件，采用效果好、经济合理、安全可靠的辅助降阻措施，最好是因地制宜，采用综合治理来完成，以保证人身和设备安全为条件。随着施工技术的提高，采用斜井接地法是目前采用的一种较新的方法，已经越来越得到积极推广普及。 1 工程概况 本文通过某 220kV 变电站工程实例进行变电站接地电阻方案的分析，2并对计算及分析结果进行应用。变电站站址区域地貌属剥蚀岩溶谷地，站址场地内上覆土层主要为坡洪积层（Qsl+pl）粘土，下伏基岩主要
3、为石炭系下统大塘阶（C1d）灰岩。地面高程介于 164m177m 之间，最大高差约为 13m。地势呈东高西低状，东部略高，地形坡度介于 510之间。场地现为旱地，种植淮山和果树等经济作物。站址西侧约 120m 有一条四级公路通过，站址区有机耕路与该公路相接，交通便利。变电站水平复合接地网采用主边缘闭合的505 热镀锌扁钢 接地网总面积 S=27253m2，水平接地极总长度 L=7000m，水平接地极埋深 h=0.8m，水平接地极 d=0.025m，地网主边缘长度 L0=700m。根据接地电阻计算，本变电站接地电阻值要求降至 1.0。敷设水平接地网后，人工接地装置接地电阻实测值为 Rs=1.29
4、，但仍不满足规程及设计要求，所以本变电站需要进一步降阻处理。 2、变电站接地降阻方法分析 目前广西电网公司变电站工程的降阻措施常用的方法有增大地网面积、外引接地、局部改善接地网周围的土壤电阻率、深孔压力灌注降阻剂等降阻方案。增大地网面积、外引接地网法是降低地网接地电阻最为有效的措施，但是，随着面积的增大或长度的加大，电流密度的不均匀性也在增加，降阻的效果逐渐趋于饱和，降阻效果也是有限的。局部改善接地网周围的土壤电阻率法是采用局部换土或敷设物理性降阻剂，该法可降低地网附近的土壤电阻率，并可在一定程度上降低土壤与接地体间的接触电阻，高土壤电阻率地区可采用，但这一措施对地网的接地电阻降低作用不大，投
5、资费用高。深孔压力灌注降阻剂，这是目前常用的3较大幅度降低接地电阻的方法，它通过用压力机将调成奖状的物理性降阻剂压入爆破制裂产生的缝隙中，以达到用低电阻率材料将地下巨大范围内的土壤内部缝隙、接地体和土壤中岩石裂缝连通，使原有地网得以延伸，形成庞大的地下树状接地系统，从而较大幅度降低接地电阻， 特别是在土壤表层下电阻率较高时效果极为明显，在地下深处创造的树状接地系统比复合接地网泄放故障电流更有效，但此法所需投资较大，施工工艺要求也比较高。 根据变电站现场情况，变电站四周围为旱地，上面种有果树，接地降阻方案中的扩大地网方案无法进行。经过分析可采用深孔压力灌注降阻剂的接地深井方案或新型的接地斜井降阻
6、方案，下列通过计算并进行方案比较。 （1）新型接地斜井降阻方案 本次工程采用非开挖导航设备打斜井法。相当于扩大地网面积，并在斜井施工时可以通过管内喷水孔灌注降阻剂实施降阻。并以此改变接地扁钢所接触的地段为低电阻率，斜井有以下优点：斜井法无须人工开挖，占地面积小，不受地形的影响；斜井法不易受外界和人为的破坏、好管理、避免征地困难等；斜井法能打入地下 10m 左右，能够与大地低电阻土壤良好的接触，达到最佳效果；斜井法成本低，见效快，合格后的接地电阻不受季节变化而变化。 施工方法为：在变电站周边打 4 条外延斜井泄流线，长度分别为100m，共 400m。从站内向外开始钻井，设备工作时是以 45的斜度
7、向地面往下钻，到 10m 时可直线至 100m 处再往上钻回到地面。然后采用连线4为 505 的热镀锌扁钢往回拖，将热镀锌扁钢与主接地网可靠焊接。在施工过程用物理降阻剂灌在打孔处增加扩孔器；回拖时直灌进去，大约每米可灌 5kg。低处尽可能多灌，尽量在施工时配合。这样可以更好的降低土壤电阻率；直接降低电阻值起到良好的作用。接地网外延的引口处，采用分流排连接，其他三处连接主网。分流排有四个接触点，新增外延地网与原地网连接时，有四处连接点。如有 10kA 雷电流流过连接点周围地网导线时，可起到很好的分流作用。此时雷电流在其中一个连接点上，雷电流会小于 2.5kA 对地网通道泄放。因此可更好的保证设备
8、安全。并在每个连接处做好防腐处理。深井与斜井的位置如不能按图施工，可做适当调整，不会影响降阻效果。 斜井地网在站外深度可控制在 510m 之间，本次设计按站外敷设深度 10m 考虑。外引水平地网在站外部分相当于放射形水平外引地网。 根据水平接地体的接地电阻计算公式： Rp:水平接地体的接地电阻（） ； ：水平接地体的土壤值电阻率（?m） ； h：覆盖层的厚度（m） ； l：水平接地体长度（m） ； d: 接地体截面半径（m） （此次处延材料采用-505 的热镀锌扁钢截面半径为 0.025） ； A：水平接地体的形状系数（形状是“”形，应取系数为-0.6） ；5根据土壤电阻率测试结果报告可知，1
9、0m 层土壤电阻率较低，因此，斜井的深度为 10m，所以取 10m 的土壤电阻率 为 312?m，根据测量前几天内降雨量情况及测量时土壤干燥，季节系数取 1.5，修正后土壤电阻率为 取 468?m。 外延斜井长度为 100m 长时的接地电阻； 根据单口斜井接地电阻值可粗略计算出该站采用外延斜井法在站外10m 深处共需打 4 口 井，总长度为：400m。新增 4 口斜井的地网接地电阻值计算如下： 由于施工工艺及斜井之间的屏蔽作用对接地电阻的影响，修正系数取 0.85，则与原地网并联接地电阻值后的接地计算值为； 新增外延斜井重新与原主网并联后，接地电阻为 0.90。满足设计要求 R1.0 的要求。
10、新增 4 口 100m 接地斜井投资费用为 18.39 万元。 （2）采用深孔压灌注降阻剂的接地深井方案。 根据变电站土壤电阻率测试报告资料，变电站场区及附近表层平均土壤电阻率经加权计算，变电站场地 5m 层、10m 层、20m 层、30m 层的土6壤电阻率为 323?m、312?m、354?m、405?m。季节系数取 1.5。根据地质报告，20m 层含水量较大，因此，接地深井深度考虑取 20m 计算。第一层理区深度：=10m； 平均土壤电阻率：=?m 取季节系数为 1.5 时：=1.5317.5=476.3?m 第二层理区深度：=10m； 平均土壤电阻率：=?m 取季节系数为 1.5 时：=
11、1.5333=499.5?m 层理方向的土壤电阻率： ?m 垂直层理方向的土壤电阻率： ?m 该层状结构岩土的平均电阻率为： ?m 忽略土壤电阻率层间分布不均的影响，采用深井压力灌浆工艺降阻后，由于土壤电阻率较低降阻效果按 40%计算，=293?m。 本设计工程计算均符合 DL/T621-1997交流电气装置的接地标准及 IEEE Std 80-2000交流变电站安全接地导则的规定，设计误差较小，所使用的设计计算方法在国内众多变电站的接地网设计中得到证实。深孔压力灌注降阻剂的接地深井等效的接地网结构图如下： 7图 1 等效的接地网结构图 依据 IEEE Std 80-2000 中含长垂直接地体
12、两层土壤环境下的简化结算公式，在不考虑土壤的均匀系数和上下层土壤之间的反射系数的情况下，增设 17 孔 150mm20m 接地深井后的接地网工频接地电阻计算如下： 式中 Rs水平接地网的接地电阻，； Rt垂直接地深井的接地电阻，； （a） 、水平接地体的接地电阻： 水平接地网实测接地电阻为：Rs = 1.29 （b） 、长垂直接地体的接地电阻计算： 单口接地深井的接地电阻值 Rc 为： 采用 n 处灌降阻剂深井接地极，Rt =Rc/n,由上式计算结果拟采用17 口 20m 深接地深井 进行计算：Rt =Rc/n=14.6/17=0.86。 3） 、复合地网接地电阻计算 8考虑到工程施工中因施工
13、工艺引起的误差，考虑到 15%的施工风险；即设计值为工程实际测量值的 85%时，=0.79/0.85=0.931.0；因此按本设计，在站内安装 17 孔 20m 接地深井改造地网后，可达到该接地网工频接地电阻小于 1.0 的设计目的，此设计方案满足设计要求 R1.0的要求。新增 17 口 20m 接地深井投资费用为 26.2 万元。 3、变电站接地降阻方法分析结果 根据以上的接地降阻方案的分析及计算结果，两种降阻方案均可行，均能达到降到 R1.0 的设计要求值，从降阻的长效性考虑，两种方案的长效性都较好，两者差别不大；从施工难易程度考虑，两者都涉及到额外征地，都是采用机器施工，施工难易程度相当
14、；从经济投资角度来分析，接地斜井降阻方案总投资约为 18.39 万元，采用深孔压灌注降阻剂的接地深井方案总投资约为 26.2 万元，两者相差 7.81 万元，从投资上考虑，接地斜井降阻方案较优。因此，经过综合分析设计推荐采用接地斜井降阻方案。 4 结语 220kV 变电站的接地降阻方案比较复杂且重要，需要更多的电气知识及经验，可通过各种 不同的降阻方案进行技术经济比较，通过综合分析才能得出最优的方案应用到工程中以达到技术可靠，投资最省的目的。本文通过工程实例对变电站接地降阻方案的分析，并通过综合比较得出最优的方案，提出来的变电站接地降阻方案在不同的变电站中的应用，希望通过本文能给设计人员一些帮
15、助，起到一些抛砖引玉的作用，从而能继续向更深层9次的领域迈进。目前新型接地斜井降阻方案已经在多个变电站中使用，安装、运行情况良好，同时也便于后期改扩建工程的施工，投资省，效益高。施工过程均要求采用环保型防火材料，做到无毒、无害、无污染，满足了“资源节约型、环境友好型”的要求，努力做到实现了绿色变电站的目标。 参考文献： 水利电力部西北电力设计院编，电力工程电气设计手册电气一次部分，北京：中国电力出版社，2007。 中华人民共和国国家标准，交流电气装置的接地设计规范 GB 50065-2011，北京：中国计划出版社，2011。 电气和电子工程协会，交流变电站接地安全导则 IEEE Std80-2000。 中华人民共和国电力行业标准，交流电气装置的接地 DL/T 621-1997，北京：中国电力出版社，2010。 作者简介：陈健（1977-） ，男，广西南宁市人，学士学位, 广西广信电力设计有限公司中级工程师，主要从事变电站设计工作。
