云南文山電力股份有限公司 李月芹

云南電網(wǎng)有限責任公司文山供電局 蔣體浩 朱洪明

一起變電站接地網(wǎng)接地電阻超標分析處理

云南文山電力股份有限公司 李月芹

云南電網(wǎng)有限責任公司文山供電局 蔣體浩 朱洪明

變電站接地系統(tǒng)在變電站中有著及其重要的地位，其作用是將故障電流安全引入地下并為變電站內(nèi)設備提供基準參考電位，起到保護電力系統(tǒng)、電力設備的安全、穩(wěn)定運行以及運行人員的安全；本文以某220kV變電站接地網(wǎng)接地電阻超標為例，分析接地電阻超標的原因及整改措施，并為后續(xù)建設在設計審查、隨工驗收及運行維護等階段提供借鑒。

變電站；接地網(wǎng)；接地電；降阻措施

1 前言

隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增加，流經(jīng)系統(tǒng)接地網(wǎng)的短路電流也越來越大，變電站一次設備及二次保護對接地裝置的要求不斷提高。因此，為確保變電站的安全、穩(wěn)定運行，確保人身及設備的安全，防止由于一次設備接地、接地網(wǎng)發(fā)生問題造成高壓竄入二次回路及操作系統(tǒng)，使保護系統(tǒng)失靈；若短路電流持續(xù)時間過長，導致接地網(wǎng)進一步多處燒斷，使變電站內(nèi)出現(xiàn)高電位差，造成主設備的損傷和人員的傷害。

2 現(xiàn)狀

某220kV變電站所處位置地質情況復雜，其表皮為1～3米的浮土，下層為不規(guī)則巖石體，且土壤干燥，土壤電阻率（測量值：ρ=715Ω·m）偏高。在接地網(wǎng)的施工完成后，經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)接地電阻為4.92Ω，遠大于設計要求0.5Ω。其后，共進行了三次接地網(wǎng)改造。第一次施工調(diào)整，在原設計25組接地極的基礎上增加了10組，共35組，平均深度在16米。在變電站四周都敷設了接地極，經(jīng)測試接地電阻從原來4.92Ω下降到1.4Ω。第二次施工調(diào)整，在變電站大門左上側圍墻外做一外引地網(wǎng)，地網(wǎng)總長度為390米，每根接地極深9米，共安裝39組，經(jīng)測試，接地電阻為0.8Ω。第三次施工調(diào)整，在變電站大門左側圍墻外，做一扇形地網(wǎng)。地網(wǎng)總長度為120米，每根接地極深3米，共安裝12組，經(jīng)測試，接地電阻為0.703Ω。經(jīng)過三次施工改造，變電站的接地電阻仍未滿足設計要求0.5Ω。

3 原因分析

3.1 接地電阻值的要求

根據(jù)電力行業(yè)標準有關規(guī)定，接地裝置的接地電阻值需滿足R≤2000/I，即IR≤2000V。式中I為流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，當接地裝置內(nèi)、外發(fā)生短路時，通過接地裝置流入大地的最大短路電流對稱分量值，該電流在考慮遠景規(guī)劃（即5至10年左右）的系統(tǒng)最大運行方式，以及電網(wǎng)系統(tǒng)中各分支接地中性點間的短路電流分配情況；即當系統(tǒng)短路電流I＞4000A時，R≤0.5Ω。

3.2 接地電阻的計算

根據(jù)地質條件，結合現(xiàn)場的實際情況，采用簡單計算方法：

S：接地網(wǎng)面積；

L：接地總長度；

L：接地網(wǎng)外緣長度；

h：水平接地體所埋深度；

d：等效半徑；

r：接地電阻。

由上式我們可以得出接地網(wǎng)接地電阻與以下因素有關：

①土壤電阻率（ρ）：接地電阻R與土壤電阻率成正比，特別是土壤干燥的地區(qū)，由于土壤電阻率偏高，對系統(tǒng)接地電阻影響較大。

②接地網(wǎng)面積（s）：接地電阻R與接地網(wǎng)面積成反比，當接地網(wǎng)面積越大時，接地電阻越小，但受變電站規(guī)模等限制條件，接地網(wǎng)面積不可能無限擴大。

③接地總長度（L）：接地電阻R與接地總長度L反比，接地總長度與接地網(wǎng)的布置間距相關，但接地網(wǎng)長度不能無限延長。

④水平接地體所埋深度（h）：接地電阻R與水平接地體所埋深度(h)成反比，水平接地體的埋設深度一般小于1米。

⑤接地網(wǎng)外緣長度（L）：接地電阻R與接地網(wǎng)外緣長度成反比。

除以上技術因素外，接地電阻偏大還與以下人為因素有關：

①設計階段沒有實際對現(xiàn)場進行勘探測量：在設計時，只根據(jù)地質資料查找設計手冊所對應的土壤電阻率。而實際上不同點土壤電阻率的偏差很大，況且同種土壤的電阻率會存在一定的差異。

②測量值存在誤差：設計人員一般現(xiàn)場采用四極法測量原土層的土壤電阻率。這種方法雖然符合設計規(guī)范要求，比較科學而且準確的，但是四極法是屬于在場地中抽樣測量，在接地網(wǎng)埋設處地質經(jīng)常出現(xiàn)斷層，地電阻率是不均勻的，山坡地形還需要在不同的方位、不同的方向進行測量，找出沿橫向、縱向和不同深層的土壤電阻率。

③施工工藝控制不到位：對于不同地區(qū)變電站的接地來說，特別對于地形復雜，位于巖石區(qū)的變電站，存在接地網(wǎng)水平接地溝槽的開挖和垂直接地極的置入較為困難。而接地施工環(huán)節(jié)又屬于隱蔽工程，如施工過程中不可能全過程的監(jiān)督，施工人員往往會偷工減料，存在開挖埋深不夠、焊接搭接面不夠、焊縫焊渣處理不徹底等問題。

④運行維護環(huán)節(jié)產(chǎn)生變化：一些變電站的接地電阻在剛建成初期是合格的，但運行一定年限后，接地電阻就會變大；綜合分析來除了施工時留下的隱患外，還受以下因素有關：一是受接地體的不斷腐蝕，使接地體與周圍土壤的接觸電阻變大，特別是在山區(qū)酸性土壤中，接地體的腐蝕速度相當快，會造成一部分接地體脫離。二是在接地引下線與接地裝置的連接部分，因銹蝕而使接觸電阻變大或嚴重時形成開路。三是受外力破壞，接地網(wǎng)的接地引下線、接地極在運行過程中受外力破壞而損壞等因素影響。

4 解決方案

根據(jù)上述的分析，我們得知了影響接地電阻的技術及人為原因，那么在設計解決方案時，我們進一步簡化了接地電阻的計算公式，著重考慮了與影響因素相對應的降阻方案。

4.1 降阻方案分析

已知該變電站土壤電阻率ρ=711Ω·m，系統(tǒng)校核要求接地電阻R小于0.5Ω，而變電站面積150米×130米，根據(jù)接地電阻公式：

其中：

ρ為土壤電阻率；

S為接地網(wǎng)面積；

R地網(wǎng)接地電阻。

得：

=2.55Ω

即在面積150米×130米的地方做地網(wǎng)只能將接地電阻降至2.55Ω，若要將接地電阻降至0.5Ω，則需要的面積：

由上述分析可以知道，若將該變電站的接地電阻降至0.5Ω以下，需搭建接地網(wǎng)的接地面積511225平方米；綜合現(xiàn)場實際情況，根本無如此大的接地面積來實施，加之該站的土壤電阻率極高，通過外延埋設接地網(wǎng)很難把接地電阻很難降下來；那唯一的辦法只有采用新型的降阻材料，在接地網(wǎng)土壤內(nèi)布置電解極和布置降阻劑來處理，即將接地網(wǎng)等效于一個半球接地體，如圖1所示：

圖1 半球接地體示意圖

其中r為半球接地體的半徑，其接地電阻的公式：

已知現(xiàn)場土壤電阻率ρ為711Ω·m，要將接地電阻值降到R小于0.5Ω，需將半球接地體的半徑r擴大：

r=ρ/(2πR)

=711/(2×3.14×0.5)

=228(m)

若采用打深井放降阻劑，則變電站要打多個228米的深井，這樣做成本很高,實施困難，暫不選擇。

若采用在土壤中布置電解材料的方法來降低土壤電阻率，即選用電解地極，電解液向砂質粘土的縱深方向和巖石表面的四周滲透，在原來導電率差的的地質結構周圍形成了一個良好的導電通道，可以有效降低土壤電阻率。

綜合分析，最終確定采用構建外延接地網(wǎng)和布置電解極相結合來進行降低接地電阻值。

4.2 制定降阻策略

從變電站自基礎地網(wǎng)預留接地端分別引出外延接地線，各向不同方向外引；外延接地線路徑上，均勻并聯(lián)焊接電解地極。即沿進站大門的路邊（往南方向）可以外延大約600米的水平接地線。在北面可以外延大約500米的水平接地線。在東、西面均可以外延大約200米的水平接地線。且在各個方向的水平接地體每隔10米左右打一根垂直接地體。

4．2．1 電解極埋設要求

要求挖深不小于0.8m；將電解極布置在挖好的溝內(nèi)，把電解極與水平接地網(wǎng)有效連接后，在放置電解極的地方用填料均勻覆蓋，然后再用含砂石少的土回填、夯實即可。

4．2．2 電解極數(shù)量的確定

假設N為我們要達到接地電阻R所需的電解極的數(shù)量，由公式：

其中：R0為原地網(wǎng)的接地電阻；

R為地網(wǎng)設計接地電阻；

ρ為土壤電阻率；

N為電解極數(shù)量；

k為系數(shù)。

當：ρ＜200Ω·m，k取3；

200≤ρ＜500Ω·m，k取4；

500≤ρ＜1000Ω·m，k取4.5；

ρ≥1000Ω·m，k取5。

現(xiàn)場土壤電阻率ρ=711Ω·m，k取4.5，原來接地網(wǎng)的接地電阻R=2.55Ω。

電解地極套數(shù)：

=22（套）

綜合考慮季節(jié)變化等因素，取系數(shù)（1.2-1.3），確定全站采用電解極30套。

5 結束語

通過對影響接地電阻因素的分析以及降阻措施的實施，變電站接地網(wǎng)接地電阻進行復測，測量值為0.432Ω，小于設計值0.5Ω，達到預期效果；對于我們在接地網(wǎng)的設計、施工、驗收及運行、改造等環(huán)節(jié)得到了以下的借鑒意義：

（1）接地網(wǎng)設計應有詳細的設計計算，圖紙資料及施工工藝要求。110kV及以上等級地網(wǎng)改造，須經(jīng)有關部門進行設計圖紙的審查和工程施工驗收。

（2）改造工程中，新建和改造的接地體應采用熱鍍鋅，且接地干線的連接應采用四面焊接，焊口處應涂防腐劑。接地引下線則必須有熱鍍鋅處理，其表面應涂15至100mm寬度相等的綠色和黃色的條紋。

（3）為延長地網(wǎng)壽命，接地體應埋深0.8米；在有妨礙耕作或受機械外力破壞處，宜埋深1.0米以上。

（4）對大接地短路電流系統(tǒng)，高土壤電阻率地區(qū)；當接地電阻不符合要求時，應按要求采用有效的電位隔離措施，以防低電位引入在站內(nèi)形成高電位差，并應進行接觸電勢和跨步電勢校驗，以確保人身安全。

[1]司恭成．接地裝置在工程中的安裝及應用[J]．科技傳播;2011,14．

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[5]王東生．關于降低變電站接地電阻的實際應用研究研究[J]．廣西氣象,2006(s2)．

李月芹（1974-），女，云南文山電力股份有限公司工程師，長期從事運行管理及相關技術研究工作。

蔣體浩（1976-），男，云南電網(wǎng)有限責任公司文山供電局工程師，主要從事繼電保護、變電運行管理及相關技術研究工作。

朱洪明（1979-），男，云南電網(wǎng)有限責任公司文山供電局工程師，主要從事變電運行管理及相關技術研究工作。