淺談高土壤電阻率區(qū)變電站防雷接地網的改造

沈志斌

福建省南靖縣供電有限公司,福建漳州 363600

變電站地網安全除了對接地阻抗有要求外，還對地網的結構、使用壽命、跨步電位差、接觸電位差、轉移電位危害等有較高的要求。

1 技術參數(shù)要求

1）變電站接地網的工頻接地電阻不大于0.5Ω，獨立避雷針的沖擊接地電阻不大于10Ω；

2）變電站接地裝置的使用壽命50 年。

環(huán)境條件（以XX 變電站為例）：歷年極端最高氣溫為+39.9℃，歷年極端最低氣溫為-6.4℃，年均氣溫為18.8℃；雷暴日：60 日每年，屬于多雷區(qū)；土質：砂質風化石，土層較薄；變電站左側是魚塘、右側及后面是山坡地、水田。

擬解決的關鍵問題：直擊雷的防護問題、高土壤電阻率區(qū)降低接地電阻問題、地網均壓問題、接地線的熱穩(wěn)定問題和接地體的防腐問題，接地工程的施工。為了保證工程質量并降低工程造價，必須做好工程的設計、施工、驗收和使用四個階段的全過程管理。

2 采用的方法和手段

第一步：原始信息的收集及勘察內容。

收集地網的用途、接地電阻值、使用年限、計算用流經接地裝置的入地短路電流、接地短路電流持續(xù)的時間、《地勘報告》、氣候特點等內容。土壤電阻率和接地電阻值的準確測量。了解變電站周邊情況，了解河流走向，地下水位，周邊植被、土層結構、可利用的接地面積以及周邊典型地點的土壤電阻率。

第二步：存在問題分析。

1）直擊雷的防護問題：

（1）防止雷電直擊的主要設備是避雷針，避雷針位置的確定，是變電站防雷設計的關鍵步驟。

（2）110kV、 35kV 及10kV 母線防雷設備的選擇，變電站的每組母線上，都應安裝避雷器，作為防止高壓雷電波沿架空線路、設備侵入變電站的最主要措施。

2）接地網的接地電阻問題，因為它直接關系到工頻接地短路和雷電流入地時地電位的升高。

3）地網均壓問題，特別是接地網的局部容易向電纜溝內的電纜產生反擊造成控制保護設備的損壞引發(fā)惡性事故。

4）設備接地問題，特別嚴重的是有的防雷設備，如避雷線、避雷器的接地不好，會產生很高的殘壓和反擊過電壓。

5）接地線的熱穩(wěn)定，如果接地線的熱穩(wěn)定達不到要求，在接地短路電流流過時，就會把接地線燒斷，造成設備外殼帶電，還容易發(fā)生高壓向保護和控制線反擊。

6）接地網的腐蝕問題，由于接地裝置在地下運行，故運行條件惡劣，特別是在一些潮濕和有害氣體存在的地方，或土壤呈酸性的地方最容易發(fā)生腐蝕。腐蝕接地網的電氣參數(shù)會發(fā)生變化，甚至會造成電氣設備的接地與地網之間，地網各部分之間形成電氣上的開路，因而應受到特別的重視。

第三步：方案比較與選擇。

1）降阻措施的選擇。

降阻措施一般包括：橫向擴大地網面積、大面積換土、網路回填電阻率低的物質、縱向延伸地網至土壤電阻率較低的地方、敷設水下地網、采用高效降阻材料等，針對不同設計方案，需作經濟性能比較和現(xiàn)場可實施條件的確定。

2）降阻材料的選擇。

采用高效的降阻材料是降阻的最便捷方式。材料應用的原則應該在考慮降阻的同時，考慮其防腐，這關系到地網的使用年限，如果材料防腐蝕能力差，不能達到設計年限，同樣會因接地材料的失效而引起變電站運行事故。所以，設計工作中，應全面綜合比較選擇材料，從而獲得最優(yōu)化的設計方案。

3）接地材料熱校驗及壽命。

（1）在有效接地系統(tǒng)中，變電站電氣設備接地線的截面，應按接地短路電流進行熱穩(wěn)定效驗。鋼接地線的短時溫度不應超過℃400℃，銅接地線不應超過450℃，鋁接地線不應超過300℃。

（2）效驗不接地、消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)中電氣設備接地線的熱穩(wěn)定時，敷設在地上的接地線長時間溫度不應大于150℃，敷設在地下的接地線長時間溫度不應大于100℃。

（3）與架空送、配電線路相連的6kV～66kV 高壓電氣設備接地線，還應按兩相異地短路效驗熱穩(wěn)定，接地線的短時溫度同（1）。

（4）接地裝置的設計使用年限，應與地面工程設計使用年限相當。

4）地網跨步電位差、接觸電位差校驗

（1）在110kV 及以上有效接地系統(tǒng)和6kV～35kV 低電阻接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地或異點兩相接地時，變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應超過下列數(shù)值

式中Ut為接觸電位差，V；

US為跨步電位差，V；

ρf為人腳戰(zhàn)立處地表面的土壤電阻率，Ω·m；

t 為接地短路（故障）電流持續(xù)時間，s。

（2）3 kV～66kV 不接地、經消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障后，當不迅速切除故障時，發(fā)電廠、變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應超過下列數(shù)值

（3）在條件特別惡劣的場所，例如水田中，接觸電位差和跨步電位差的允許值宜適當降低。

第四步，接地裝置的施工。

1）改造舊地網；

2）引外接地——新擴地網100m×100m；

3）新舊地網加截面尺寸為0.4m×0.4m 的GPF-94 高效膨潤土降阻防腐劑；

4）對站內避雷針進行改造；

5）對站內構架、設備、10kV 高壓室、控制室等接地進行改造或增設。

6）用與初測相同的方法測量接地電阻值，校驗接觸電位差和跨步電位差。

綜上所述，一個科學、完善、系統(tǒng)的變電站防雷接地方案，首先應在理論上進行接地電阻計算和跨步電位差、接觸電位差校驗，在保證設備和人身安全的前提下，對接地裝置的相關參數(shù)合理的進行取值和控制，使設計方案符合相關規(guī)范要求。其次高土壤電阻率區(qū)的變電站，應根據(jù)變電站的地質和環(huán)境條件，采用技術經濟分析的方法，因地制宜，綜合治理來降低接地電阻。關鍵是合理地采用降阻措施，以達到既滿足接地電阻的要求，又經濟合理，便于施工，以較低的工程造價實現(xiàn)預期的目的。