國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100095

1 接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)

變電站接地網(wǎng)是以水平接地網(wǎng)為主,垂直接地極為輔組成的復(fù)合接地網(wǎng)。對(duì)于戶內(nèi)變電站,在建筑物屋頂設(shè)避雷帶,通過(guò)接地引下線與主地可靠連接;配電裝置樓各層敷設(shè)輔助接地網(wǎng),各層輔助接地網(wǎng)通過(guò)建筑物砼柱內(nèi)接地引下線與主地網(wǎng)可靠連接;開(kāi)關(guān)場(chǎng)需敷設(shè)專用銅排,保護(hù)室需敷設(shè)等電位地網(wǎng),需直接可靠連接至主接地網(wǎng)。

2 接地方式與接地電阻

在二十世紀(jì)70年代以前,常采用“獨(dú)立接地”形式,即將防雷接地,電源接地(保護(hù)接地),信號(hào)接地(工作接地)三個(gè)系統(tǒng)從接地線到接地裝置都互不相連,故又稱“三地”方式,這種方式雖可避免工頻電源對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的干擾,但往往發(fā)生因防雷接地與電源設(shè)備接地互不相連而造成的反擊,致使設(shè)備損壞事故。70年代后的工程技術(shù)人員開(kāi)始將防雷接地與電源系統(tǒng)的接地采用共用接地裝置,而對(duì)電子設(shè)備仍然獨(dú)立接地,這就是所謂的“西地”方式,在正常情況下電子設(shè)備能穩(wěn)定地工作,但雷電造成其損壞的情況常有發(fā)生,于是“共用接地”技術(shù)受到人們高度重視,被逐步采用。直至2000年正式列為國(guó)家防雷標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中的一條:“防直擊雷接地宜和防雷電感應(yīng)、電器設(shè)備、信息系統(tǒng)等接地共用同一接地裝置”(GB50057—94中第3．3．4條),變電站也采用“三地合一”的接地方式。正確設(shè)計(jì)的變電站接地網(wǎng),應(yīng)當(dāng)使電氣和電子系統(tǒng)的所有部分,在任何時(shí)候都能通過(guò)所提供的低阻抗途徑,均衡整個(gè)系統(tǒng)的能量并排泄入地,使其保持在同一電位上。接地系統(tǒng)的關(guān)鍵是地下的接地裝置,這經(jīng)常成為建立有效接地系統(tǒng)得最大困難。要提供最小而又能長(zhǎng)期保持的低阻抗對(duì)地泄流,應(yīng)考慮土壤條件、接地裝置與土壤的接觸面及接地裝置的壽命等因素。接地電阻由三部分組成:接地線與接地極的自身電阻,這部分電阻一般只在總接地電阻的1%－2%。接地極與土壤間的接觸電阻,它的大小與接地極的形狀,與土壤接觸的松緊程度直接有關(guān),其值可占總接地電阻的20%－60%不等。電流經(jīng)接地極流入土壤后的流散電阻,它的大小與接地極的形狀、幾何尺寸及土壤電阻率P0有關(guān)。即:R＝P0·f,其中f為接地極的形狀因子。

3 降阻措施

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)出變電站所在地土壤率,按照具體的接地形狀、材料,通過(guò)CDEGS仿真計(jì)算出接地電阻,等到實(shí)際施工完成后,再經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)接地電阻值,達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)允許值才行。但是往往由于各種原因,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接地電阻很難達(dá)到要求,這就需要采取一些降阻措施,具體分析如下。

3．1 采用接地降阻劑 降阻劑的作用是一種化學(xué)處理的方法,它是在接地體周?chē)尤腚x子生成物質(zhì),以改善土壤的導(dǎo)電性能,這種物質(zhì)的作用是增大接地體的有效半徑,從而增大接地體的流散面積,使接地電阻降低,使用降阻劑還可減小接觸電阻。接地降阻劑的材料可分為鹽類(有機(jī)鹽與無(wú)機(jī)鹽)和凝膠兩種,鹽類(如氯化鈉、硫酸銅等)可融解于水,能因降雨和地下水的沖洗而流失,目前已很少采用。當(dāng)前使用比較多的是凝膠類降阻劑。它們有:丙稀酰胺凝膠,硅酸鹽凝膠,亞鐵氰化銅凝膠和石墨與水的混合物等。接地裝置充填入降阻劑后,降阻劑的作用實(shí)質(zhì)式增大接地體的有效直徑,從而增大了接地裝置對(duì)沖擊電流的散流能力,降低了散流阻抗,理論上一般只可使接地電阻降低30%－60%,達(dá)到降低接地電阻的作用。但是由于使用化學(xué)材料,腐蝕性大,地網(wǎng)壽命在5年以內(nèi),成本高,近來(lái)禁止使用降阻劑的呼聲越來(lái)越高。

3．2 擴(kuò)大接地網(wǎng)面積 假設(shè)一個(gè)110k V變電站,所在位置的土壤電阻率ρ＝1000Ω·m,設(shè)計(jì)接地電阻R＝0．5Ω,則需接地面積S:根據(jù)接地網(wǎng)接地電阻公式,可計(jì)算出S＝1000m×1000m,即L1＝L2＝1000m。擴(kuò)大接地網(wǎng)面積這種方式能夠有效降低接地電阻,但是如果變電站原有占地面積比較小,需要另外征地設(shè)置接地網(wǎng),實(shí)際可操作性低、成本高。

3．3 增加地網(wǎng)的埋設(shè)深度 變電站均壓接地網(wǎng)一般敷設(shè)在凍土層以下(－0．8m左右),可以繼續(xù)挖深1－3m,根據(jù)電阻公式可知,此方法可略微降低電阻,但效果不明顯。

3．4 利用自然接地體 變電站均壓接地網(wǎng)與控制室建筑基礎(chǔ)地網(wǎng)相連,屬站內(nèi)地網(wǎng),只能在內(nèi)部增加泄流路徑及速度,對(duì)整個(gè)電站的接地電阻降低基本沒(méi)有效果。

3．5 打深井或深孔爆破法 此方法相當(dāng)于增長(zhǎng)垂直接地極,等于加大了接地網(wǎng)的半徑及面積,有一定效果,但不一定達(dá)到接地電阻設(shè)計(jì)值,另外深孔爆破法的效果與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān),成本較高。

3．6 使用新型電解地極降阻 根據(jù)第2點(diǎn)分析,擴(kuò)大水平接地面積會(huì)遇到征地及成本等問(wèn)題,那么輔助打多口深井,即將接地網(wǎng)等效于一個(gè)半球接地體,見(jiàn)圖。

依然假設(shè),變電站土壤電阻率ρ＝1000Ω·m,設(shè)計(jì)接地電阻值R＝0．5Ω,需將半球接地體的半徑r擴(kuò)至,則應(yīng)打很多個(gè)超300m深的井,這樣做成本很高,也不是理想的解決辦法。如果采用向土壤施放電解質(zhì),就能將大于接地半球r的土壤電阻率降下來(lái),接地電阻值R就可以降下來(lái)。

4 結(jié)束語(yǔ)

接地網(wǎng)是人身安全和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的有力保障,研究接地降阻技術(shù)并將其應(yīng)用于實(shí)際工程中具有重要意義。變電站接地網(wǎng)電阻會(huì)受到變電站占地面積、土壤電阻率、施工工藝等條件的影響,應(yīng)依據(jù)工程實(shí)際情況對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì),應(yīng)選擇效果好、經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠、環(huán)保的降阻措施,因地制宜,綜合治理已達(dá)到降低接地電阻。