摘 要：35kV變電站接地網(wǎng)的合理性直接關(guān)系到人身安全問題與設(shè)備安全問題。隨著電力系統(tǒng)復(fù)雜性的增高，接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求也越來越高，本文闡述了變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：35kV變電站；接地網(wǎng)設(shè)計(jì)；淺談

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）15-0055-02

前 言

變電站是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，站內(nèi)安裝了重要的電氣一次及二次設(shè)備，整站設(shè)置可靠的接地系統(tǒng)，才能保證進(jìn)站人的人身安全及設(shè)備安全。變電站的接地按用途來分有四種：工作接地、保護(hù)接地、防雷接地和防靜電接地，接地網(wǎng)設(shè)計(jì)要考慮到地區(qū)因素、材料因素、使用年限等。

1 接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求

1.1 土壤電阻率測量要求

測量方法有土壤式樣分析法、三級法和四極法。

土壤試樣分析的原理是通過鉆探得到地下不同深度的土壤試樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，得到隨深度變化的電阻率分布情況。這種測試方法有一定的誤差，該值包含了電極與土壤試樣的接觸電阻和電極電阻這些未知量。

三級法的原理是測量站址規(guī)劃地中的標(biāo)準(zhǔn)垂直接地極的接地電阻，然后利用接地電阻的計(jì)算公式反推出土壤電阻率。改變垂直接地極的深度，得到視在土壤電阻率隨深度變化的曲線，這種方法的缺點(diǎn)是測量的深度有限，最多在10m以內(nèi)。

目前，我國接地電阻測量國家標(biāo)準(zhǔn)推薦采用的土壤電阻測量方法是四極法，采用等測量間距的溫納四極法。四個(gè)測量電極沿著一條直線被打進(jìn)土壤中，相隔等距a，打入深度b。然后測量兩個(gè)中間電極之間的電壓，用它除以兩個(gè)外側(cè)的電流極之間的電流就給出一個(gè)電阻值R。

1.2 土壤結(jié)構(gòu)模型分析方法

由于天氣變化季節(jié)變化，土壤電阻率也會(huì)不斷變化，這個(gè)土壤模型僅僅是實(shí)際土壤模型的一種近似值，并不是完全的匹配。如果視在電阻率基本上不隨極間距變化，而可以認(rèn)為土壤為均勻土壤模型，但這種情況非常的少見。如果測試得到的視在電阻率隨測量極間距變化的曲線是從高到低或從低到高，則可視為雙層土壤模型，對于兩層及以上的土壤結(jié)構(gòu)，應(yīng)通過專門的計(jì)算機(jī)分析軟件分析得到土壤分層參數(shù)。

1.3 水平接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)

降低變電站接地電阻的基本措施是將接地網(wǎng)在水平面上擴(kuò)展或縱向深方面去發(fā)展。應(yīng)注意各種降阻都有其特定的降阻方法，針對不同地區(qū)不同條件采用不同的方法才能有效地降低接地電阻；各種方法不是獨(dú)立的，在使用上互相配合，來獲得更好的降阻效果。

1.4 水平接地網(wǎng)設(shè)計(jì)舉例

少量地?cái)U(kuò)大接地網(wǎng)面積對變電站接地網(wǎng)的接地電阻效果不明顯，當(dāng)接地網(wǎng)的深埋度在1m左右時(shí)，增加深埋度對降阻效果不明顯。對于面積狹小的市區(qū)變電站，通常采用長垂直接地極來降低接地電阻并可以用良好的接地導(dǎo)體來分流，減少入地短路電流。對于非城區(qū)的變電站，除了用以上的方法以外，還可利用適當(dāng)?shù)囊饨拥?。在一些高土壤電阻率地區(qū)降阻的有效方法是采用長垂直電極，結(jié)合分層土壤模型，有效的利用地下低電阻率層，以達(dá)到降阻效果。

35kV及以上變電站接地網(wǎng)邊緣經(jīng)常有人出入的道路，應(yīng)鋪設(shè)瀝青、絕緣水泥或鵝卵石。設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算接地電位差和跨步電位差，并應(yīng)通過實(shí)測加以驗(yàn)證，設(shè)計(jì)水平接地網(wǎng)中的均壓環(huán)。

1.5 使用導(dǎo)體情況

近年來覆銅鋼材（采用電鍍、在銅液中連鑄和銅套管冷拉等工藝將銅覆于表面的鋼材）在國內(nèi)也有開發(fā)并應(yīng)用于變電站接地網(wǎng)工程。選擇接地導(dǎo)體（線）、接地極材料的出發(fā)點(diǎn)是，在變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，規(guī)定的使用年限內(nèi)要做到免維護(hù)。其尺寸、材料的要求需綜合考慮接地故障時(shí)電流熱穩(wěn)定的要求，同時(shí)也要考慮變電站在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)導(dǎo)體的腐蝕總量。材料的選擇需要我們使用綜合的技術(shù)分析來確定。接地導(dǎo)體（線）、接地極材料一般采用鍍鋅鋼。鍍鋅鋼的鍍鋅層必須使用熱鍍鋅的方法，且鍍鋅層厚度滿足國標(biāo)要求，以滿足接地裝置使用年限。已有的研究表明，土壤電阻率、類別、含鹽量、酸堿度和含水量等因素都會(huì)導(dǎo)致鋼材質(zhì)接地導(dǎo)體（線）、接地極的腐蝕。確定變電站站址土壤的腐蝕率是確定接地導(dǎo)體（線）、接地極截面尺寸的基礎(chǔ)。接地設(shè)計(jì)應(yīng)按照站址當(dāng)?shù)氐耐寥栏g條件選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾头栏g措施。表1中給出了若干土壤腐蝕情況的參考值。

接地網(wǎng)采用鋼材和覆銅鋼材價(jià)格較貴，然而銅和銅覆鋼材比鋼材耐腐蝕性能好，在腐蝕嚴(yán)重的地區(qū)不用鋼而代之以銅是合理的。

1.6 變電站接地網(wǎng)的入地故障電流及地電位升高的計(jì)算

在變電站內(nèi)、線路上發(fā)生接地故障時(shí)，線路上出現(xiàn)接地故障電流。故障電流經(jīng)地線、桿塔分流后，剩余部分通過變電站接地網(wǎng)流入大地。這部分電流即為接地網(wǎng)的入地接地故障電流（Ig）。而接地故障不對稱電流有效值（IG）按下式計(jì)算：

IG=Df·Ig

式中：Df——衰減系數(shù)。

Ig與接地故障接地對稱電流（If）的比值成為故障電流分流系數(shù)Sf。

故障電流分流系數(shù)包括站內(nèi)接地故障和站外接地故障兩種情況。分流系數(shù)受導(dǎo)線、架空線路地線的布置、地線尺寸與材質(zhì)、廠或站接地網(wǎng)與線路塔桿的接地電阻等多種因素的影響，在工程設(shè)計(jì)中宜采用專用的計(jì)算分析程序?qū)ζ鋵ｉT加以計(jì)算。

不同系統(tǒng)阻抗的分流系數(shù)如表2。

《交流變電站接地安全導(dǎo)則》中采用了Dalziel的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，確定人體安全電流與作用時(shí)間的關(guān)系為I2·T=常數(shù)。可見，電流對人體的作用大小主要取決于電流在人體內(nèi)產(chǎn)生的能量。在故障電流流散到土壤的過程中，電流會(huì)產(chǎn)生與其幅值成正比的電磁力與其幅值平方成正比的能量，有可能超越導(dǎo)體的熱穩(wěn)定容量，導(dǎo)致接地網(wǎng)導(dǎo)體的熱熔和彎曲。入地電流的直流偏移分量對接地體承受的電磁力和吸納的能量具有一部分貢獻(xiàn)，因此從接地體安全的角度，也應(yīng)計(jì)及入地電流直流分量的影響。從上述可以得出結(jié)論，在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)，應(yīng)計(jì)及故障電流直流分量的影響，按照接地網(wǎng)入地的最大接地故障不對稱電流有效值IG進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.7 表層衰減系數(shù)

地表高電阻率表層材料主要有礫石或鵝暖石、瀝青、瀝青混凝土、絕緣水泥。即便是在下雨天，礫石或?yàn)r青混凝土仍能保持5000Ω·m的電阻率。建議在站內(nèi)道路上敷設(shè)瀝青或?yàn)r青混凝土，在設(shè)備周圍敷設(shè)鵝暖石。

特別應(yīng)當(dāng)注意，普通的混凝土路面不能用來作為提高表層電阻率的措施，因混凝土具有吸水性能，雨天其電阻率將降至幾十歐姆每米。隨著高阻層厚度的增加，增加高阻層厚度來提高安全水平具有飽和性。地表高阻層的厚度一般可取10～35cm。

1.8 變電站接地裝置的防腐蝕設(shè)計(jì)

（1）接地裝置的防腐蝕設(shè)計(jì)，宜按照當(dāng)時(shí)的腐蝕數(shù)據(jù)來進(jìn)行；

（2）接地網(wǎng)材料可以采用鋼材，應(yīng)熱鍍鋅。鍍鋅層需有一定的厚度，同時(shí)，接地極與接地導(dǎo)體之間的焊接點(diǎn)也需涂防腐蝕材料。

2 接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的相關(guān)計(jì)算

2.1 變電站接地網(wǎng)的接地電阻

（1）變電站接地網(wǎng)的接地電阻需符合以下要求：保護(hù)接地接至變電站接地網(wǎng)的站用變壓器的低壓應(yīng)采用TN系統(tǒng)，低電壓電器裝置應(yīng)采用保護(hù)總等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)，接地電阻應(yīng)滿足：R≤2000/IG。

（2）當(dāng)接地網(wǎng)不滿足上式的需求時(shí)，可以通過技術(shù)與經(jīng)濟(jì)適當(dāng)?shù)脑黾咏拥貥O，減小接地電阻，直至滿足要求。必要時(shí)，可以經(jīng)過專門計(jì)算機(jī)計(jì)算，當(dāng)采取的措施可以確保人身安全和設(shè)備可靠時(shí)，接地網(wǎng)的電位還可進(jìn)一步提高。

2.2 接觸電位差與跨步電位差的計(jì)算

35kV的低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生了單相接地短路或同點(diǎn)兩相接地短路時(shí)，變電站接地網(wǎng)的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過由下列二式計(jì)算所得的數(shù)值：

Ut=（174+0.17PSCS）/■

Us=（174+0.7PSCS）/■

35kV不接地或諧振接地的電力系統(tǒng)，發(fā)生單相接地短路故障后，當(dāng)不迅速切除故障時(shí)，變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不超過 下列二式計(jì)算所得數(shù)值：

Ut=50+0.05PSCS

Ut=50+0.2PSCS

3 結(jié)束語

35kV變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要我們考慮到非常多的因素，設(shè)計(jì)出不同的方案來達(dá)到更好的效果，這是一門復(fù)雜的多學(xué)科的綜合技術(shù)，所以在以后，我會(huì)繼續(xù)去研究在實(shí)踐中探索，保證35kV變電站的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭偉峰.35kV變電站如何進(jìn)行安全管理工作[J].民營科技，2012（04）：165～168.

[2]陳衛(wèi)東.關(guān)于變電站接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探討[J].電氣工程與自動(dòng)化，2013（06）：112～114.

收稿日期：2018-4-23