摘要：變電站接地網是一項系統工程，隨著電力系統容量的增大，變電站地網面積的減少，變電站接地網的設計變得越來越困難，這需要設計者更仔細地設計，施工單位更加認真地施工，大家共同努力，營造一個安全而高效的地網，保證變電站內人身和設備安全。
　　關鍵詞：電力系統；變電站；工程設計
　　1引言
　　隨著科技發展電力系統接地問題是一個看似簡單、而實際上卻非常復雜又至關重要的問題，一方面，隨著電力系統的發展，電網規模的不斷擴大，接地短路電流越來越大，對接地的要求越來越高。另一方面，變電站用地日益緊張，大部分的站址僅能選擇在高土壤電阻率地區，且用地面積受限制，造成變電站在接地設計方面的突出問題是接地面積小，土壤電阻率高，無可敷設外接接地條件等。因此在設計變電站接地網時需要根據現場情況采取多種措施（包括近些年研究的新成果）才能使接地電阻滿足規程要求。
　　2接地工程設計中的幾個問題
　　2.1土壤電阻率ρ的測量
　　土壤電阻率ρ值是接地設計和計算的重要依據，由于土地的分布千差萬別，大多數情況下土壤都是不均勻，表現在實際的土壤電阻率沿水平和垂直方向不均勻分布，并且無任何規律可言，通過地質勘探資料的各種土質和地下水位來估算土壤電阻率ρ值往往與實際出入很大。實測土壤電阻率需要各個方向都要測，以測出在不同水平方向上土壤電阻率的不同分布，以此找出土壤電阻率ρ最低的方向，并在設計中優先考慮沿此方向延伸地極。實測土壤電阻率時還要測出不同深度的土壤電阻率，對于大體積未翻動過的土壤進行土壤電阻率測量，最準確的方法是“四點法”。在測量時，一定要注意避開地下可能有的金屬部件或管道，對于新建的變電站可在變電站接地裝置布置地點進行測量；對于舊站改造，可在旁邊類似的土質地方測試，否則如果在原地網上面測試，因下方有接地體的影響而使結果偏小，會使接地設計產生很大的誤差。
　　2.2變電站接地電阻規定的執行
　　1根據電力行業標準DL/T621-1997《交流配電裝置的接地》中對于有效接地和低電阻接地系統中的變電站電氣裝置保護接地的接地電阻要求，一般情況下應符合下式要求：
　　Rd≤ 2000
　　 I
　　⑴
　　式中Rd–-考慮季節變化的最大接地電阻，Ω
　　I--為計算用的流經接地裝置的入地短路電流，A。
　　2當接地裝置的接地電阻不符合⑴式要求時，可通過技術經濟比較增大接地電阻，但不得大于5Ω且應符合電力行業標準DL/T621-1997《交流配電裝置的接地》第6.2.2的要求，特別應采取隔離、均壓等措施。
　　實際工作中，部分運行人員對110kV及以上電壓等級變電站接地電阻的取值，采取兩種截然不同的態度：一種看法是不管流過接地裝置入地電流的大小，一律堅持要求接地電阻必須0.5Ω以下，這實際上受已作廢的SDJ8-79《電氣設備接地技術規程》某些條文的影響，這是不科學的。對土壤電阻率較高，降阻困難的地區，入地短路電流較小的變電站堅持要求接地電阻0.5Ω以下會造成較大的無謂投入。另一種是只要接地電阻控制0.5Ω以下，就什么都不用管了，這還是受SDJ8-79《電氣設備接地技術規程》的影響，這是不正確的。接地電阻的大小主要以接地裝置流過接地短路電流入地時，接地裝置的電位不超過2000V為準，否則不管接地電阻多大，都需按規定核算接觸電勢、跨步電壓等指標，并應采取相應的措施。事實上，低接地電阻的接地網可能是危險的地網，而通過合理的設計，較高接地電阻的地網是安全的地網。通過合理的設計，使得變電站有一個低的足夠安全的接觸電位差、跨步電位差、地電位是我們設計安全地網的最終目的。
　　計算時首先應按系統最大運行方式時的短路阻抗計算出設計水平年電網在非對稱故障情況下最大短路電流Imax（一般當零序阻抗大于正序阻抗或負序阻抗時，單相接地故障電流較嚴重；反之，兩相接地故障電流情況較嚴重），然后根據下式分別計算變電站內、外接地短路時，流經接地裝置的電流：
　　I=(Imax–Iz)(1–Kf1)⑵
　　I=Iz(1–Kf2)⑶
　　上式中I--為計算用的流經接地裝置的入地短路電流，A；
　　Iz–-發生最大接地短路電流時，流經變電站接地中性點的最大短路電流，A；
　　Kf1、Kf2—分別是變電站內、外短路時，避雷線的工頻分流系數。
　　計算用的入地短路電流取上兩式中較大的I值，實際上，接地故障電流一側，并不一定入地故障電流也最大。
　　在實際工作中，一些技術管理部門人員直接把接地短路電流作為入地電流，不考慮架空地線的分流和變壓器中性點的分流，造成了對接地電阻盲目的高要求。在我們地區剛投運的一個110千伏變電站地處山區，盡管地網外延的面積比變電站面積大差不多一倍，接地電阻僅1Ω。設計人員已經根據實際數值計算出接地電阻滿足⑴式要求，并核實接觸電壓和跨步電壓滿足要求，但運行單位的技術管理人員不認可⑵、⑶式的分流作用，堅持要按非對稱故障情況下最大短路電流計算，以此認定接地電阻不合格，要求繼續采取措施降低接地電阻，這勢必會造成巨大浪費。
　　2.3接觸電位差、跨步電位差和接地電位允許值的計算
　　2.3.1系統發生單相接地或由兩相短路導致的同點接地時，接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應超過下列數值：
　　Ut= 174+0.17ρf
　　 √t
　　（4）
　　
　　Us= 174+0.7ρf
　　 √t
　　（5）
　　
　　上式中Ut––接觸電位差，V；
　　Us––跨步電位差，V；
　　ρf––人腳站立處地表面的土壤電阻率，Ω•m；
　　t––接地短路（故障）電流的持續時間，s。
　　2.3.2考慮短路電流非周期分量的影響，根據氧化鋅避雷器在暫態過電壓下不動作來確定最大的地電位升允值Ugmax，即根據在發生短路故障時避雷器工頻電壓耐受能力確定地電位允許值，對110kV變電站，宜以10kV氧化鋅避雷器暫態過電壓來確定最大允許的地電位。
　　如對HY5WZ-17/45氧化鋅避雷器1s工頻耐受電壓峰值為：
　　1.15*17*√2=27.65kV
　　允許的地電位為：
　　Ugmax=27.65/2.55=10.8kV
　　根據變電站的最大入地短路電流Imax和最大地電位升允許值Ugmax來確定允許的最大接地電阻為：
　　Rmax=Ugmax/Idmax
　　根據變電站所在的土壤電阻率及地形條件等，通過技術經濟比較設計一個滿足接觸電壓和跨步電壓的接地網，其電阻值Rd≤Rmax。
　　2.3.3影響地網接觸電位差、跨步電位差和地電位升的主要因素很多，但主要有接地故障電流(I)的大小、持續的時間(t)、架空地線分流系數(K)，土壤電阻率(ρ)，地表材料電阻率（ρf），土壤電阻率的均勻性等因素。這要求我們在設計中既要考慮減少各種因素的影響，又要合理使用接地材料，降低成本；另外也要減少對設備性能、運行方式的要求，把地網設計得更安全。這是我們目前變電站接地設計所面對的現實。
　　3接地工程設計中部分降阻措施應注意的問題
　　3.1利用自然接地體降阻應事先做好規劃
　　在接地工程中，充分利用混凝土結構物中的鋼筋，金屬結構物以及上下水金屬管道等自然接地體，是減小電阻、節約鋼材的有效措施，由于鋼筋和金屬結構物分布廣而密集，能很好起到均衡電位的作用。
　　在變電站可利用的自然接地體有：
　　1變電站主控樓及高壓配電室混凝土基礎；
　　2各類設備鋼筋混凝土基礎；
　　3架空輸電線路的“地線－桿塔”地系統；
　　4埋于地下的金屬自來水管和有金屬外皮的電纜。
　　對于因地質要求需要增加樁基礎的，可將樁基內的鋼筋引出或附加鋼筋接地，這相當做了接地深井。
　　在利用這些自然接地體時，要事先做好規劃，由于接地通常屬電氣一次部分，圖紙較土建施工圖出得遲，因此電氣專業要事先向土建專業了解基礎結構，看有什么自然接地體可以利用，然后在向土建移交資料時增加自然接地體引出的要求，土建施工圖中要按電氣要求做好引出線，同時對鋼筋混凝土內鋼筋焊接提出要求，在施工中應嚴格按要求進行連接。為了充分利用人工接地體的降阻作用，應盡是避免人工接地體對自然接地的屏蔽作用。
　　3.2外引地網或擴網要做好安全措施
　　由公式Rg=0.5ρ/√A可知，地網接地電阻的大小，主要取決于接地網的面積，如果接地電阻率ρ值過高，要把接地電阻降到0.5Ω以下，地網面積要達到幾萬平方，要建這么大的地網是不可能的。但如果變電站周圍有電阻率為500Ω•m以下的土壤區域或距變電站2000m以內有更低土壤電阻率區時（水田、水塘等），可以考慮在這些低電阻率區域擴網或敷設輔助接地網與站內地網連接，這是降低接地電阻常用措施之一。
　　由于無論外引地網或擴網，都不在變電站范圍內，其它人員可能在這些區域活動，為此要注意的是，無論是專門降阻的外引接地裝置，還是外擴的接地網（水平接地體），接地體都要深埋，一般要求不少于1米。不影響農民的耕作，以防接地體損壞；另外要做好安全保護措施，防止因跨步電位差引起人員和動物觸電事故發生，保證外引接地的安全。
　　3.3敷設水下接地網要注意核實水體電阻多大
　　物體潮濕時會導電，在大多數人印象中水是良導體，在高土壤電阻率地區，變電站附近有水源，設計人員設計接地裝置通常會敷設外接地裝置至水源。這其中有一個問題設計人員通常會忽略：這個水源的電阻率是多少？實際中，有水不等于電阻率低。
　　前文提到的變電站其地下水位較高，設計人員不假思索增加接地深井，正是受地下水位高，電阻率肯定較低的思想影響，所以才不到現場實測，導致失誤。因此敷設水下接地網，首先要測出擬設接地網的水的電阻率，只有那些含鹽量大的水，電阻率才能低，特別利用河水時，只有含鹽較大時才有效（實際上河水含鹽量一般不高）。
　　設計敷設水下接地網時，須注意：
　　1首先充分利用水工建筑物（水塔、水井、水池等）以及其它與水接觸的金屬部分作為自然接地體。此時在水下鋼筋混凝土結構物內綁扎成的許多鋼筋網中，選擇一些縱橫交叉點焊接，并與地網連接起來。
　　2當利用水工建筑物作為自然接地體仍不滿足要求或有困難時，應優先在就近的水中（井水、池塘水、河水）敷設引外來接地裝置。該接地裝置應盡量敷設于水源流速不大處或靜水中，并妥為固定；在水域寬闊處，首先應盡可能增大占用水域的面積，其次才向水域的長度發展。
　　3水下接地網一般可用φ12圓鋼焊接成外緣閉合的矩形網，網內用縱橫連接帶構成的網孔不宜多于32個。水下接地網接地電阻Rw的可按下式估算：
　　Rw=Ks ρs
　　 40
　　⑷
　　
　　式中ρs––河水電阻率；
　　Ks–-接地電阻系數，與河水電阻率和河床電阻率的比值有關，可查閱文獻有關圖表得出。
　　3.4深井接地要根據土壤具體電阻率來選用
　　由于變電站用地面積的限制，加上部分變電站已經與其它用房毗鄰，使用外引地網已不可能，這時多想到使用深井接地這方法。早些年，在舊變電站接地電阻不夠要求需要改造地網時，首先想到的是使用深井，但部分深井的效果并不理想，究其原因，是忽略了土壤的不均勻性。
　　事實上土壤是分層的，不同層的土壤電阻率不一定相同，使用接地深井存在有多種情況：
　　1當上下層的土壤電阻率變化不大時，采用深井灌降阻劑的方法，可以建成立體網，使流過大地的電流，向垂直和水平方向擴散，在均勻電阻率的土壤中呈半球形等位面擴散，充分利用電流垂直方向的擴散分量，可將較大的電流引入地的深層。
　　2當上下層的土壤電阻率變化較大且下層土壤的電阻率遠遠小于上層土壤的電阻率時，可把豎井打到下層土壤內，充分利用下層較低電阻率的地質層來降低電阻。
　　3當上下層的土壤電阻率變化較大，但下層土壤的電阻率高于上層土壤的電阻率時，如豎井打到下層土壤內，由于電阻率較大，所起到的分流降壓作用較小，這時深井的效果非常小，會造成較大浪費。
　　3.5人工降低土壤電阻率
　　常用的人工改善接地電極附近的土壤電阻率的方法是在接地極附近施用低電阻率的材料——降阻劑。這種方法包括用低電阻的固體或液體材料置換接地體附近小范圍內的高電阻率土壤，或用高壓泵將低電阻率的化學溶液壓入高電阻率的地層中。降阻劑就其降阻方式的不同可分為三種類型。
　　（1）食鹽或食鹽與木炭的混合物。它是靠電解質溶液中的例子滲透到土壤的空隙中來降低土壤的電阻率。
　　（2）化學降阻劑。化學降阻劑是一種電解質與膠凝材料結合組成的凝膠狀導電物質，即用脲醛樹脂、丙烯樹脂之類的高分子有機化學物作為主要膠凝材料加上食鹽等鹽類物質作為電解質，在引發劑的作用下發生聚合反應生成的一種具有網狀分子結構的高分子共聚物。它靠包圍于高分子網格中的電解質導電。
　　（3）無機降阻劑。無機降阻劑是一種以石墨為導電材料，加上石灰、水泥、石膏或水玻璃等無機材料用水調整后固結而成的固體導電物質。
　　4結束語
　　根據多年接地工程的經驗，方法基本就是那么幾個，但如果使用不合理，不僅使用效果不佳，而且造成的浪費也非常嚴重。為此，在設計前必須對現場進行認真的勘探、測量，看土壤是均勻還是不均勻土壤，地下電阻率是不是比較低；變電站周圍有沒有土壤電阻率的地方可以外引地網；附近有沒有可以利用的水資源和土壤較濕的地方。掌握全部資料后，根據變電站的規模、接地短路電流的大小，對接地電阻、地網均壓和地電位的要求，認真地分析計算，綜合分析對比各種方法的效果、費用以及維護是否方便，決定采用什么樣的接地降阻方式，要力爭一次達到目的，杜絕返工或后續增加其它措施。
　　
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