高土壤電阻率變電站的降阻探討

柯荷秀

（杭州市電力設(shè)計(jì)院， 杭州 310014）

高土壤電阻率變電站的降阻探討

柯荷秀

（杭州市電力設(shè)計(jì)院， 杭州 310014）

針對(duì)高土壤電阻率的接地網(wǎng)，根據(jù)變電站現(xiàn)場實(shí)際情況，采取外延接地體、擴(kuò)大外延接地網(wǎng)、換入低電阻率土壤等綜合降阻措施來降低接地電阻，這樣既有效又經(jīng)濟(jì)，校核了接地電阻偏高接地網(wǎng)的接觸電壓和跨步電壓。

變電站；高土壤電阻率；接地電阻；降阻

隨著現(xiàn)代化城市的迅速發(fā)展，城市用電負(fù)荷急劇增加，需要建設(shè)大批的變電站來滿足供配電的要求。同時(shí)，城市土地資源非常有限，城市用地寸土寸金，因此變電站站址受諸多因素限制，大部分變電站不得不建在高土壤電阻率地帶，導(dǎo)致變電站接地裝置的接地電阻無法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)DL/T 621-1997《交流電氣裝置的接地》中 R≤2000/ I要求。

如何有效地降低接地電阻，是變電站電力設(shè)計(jì)人員面對(duì)的主要技術(shù)難題。以具有高土壤電阻率的臨安 110 kV 楊嶺變工程設(shè)計(jì)實(shí)踐為例， 探討降低變電站接地電阻的一些方法。

1 110 kV 楊嶺變接地電阻

110 kV 楊嶺變?yōu)閼敉庾冸娬荆?主變壓器 3× 50MVA， 電壓等級(jí) 110/10 kV， 110 kV 主接線為內(nèi)橋+線變組接線， 3 回 110 kV 進(jìn)線均為架空進(jìn)線。110 kV 單相短路電流為 15.3 kA， 分流系數(shù)為0.8， 全站 占 地 面積僅為 57×59 m2， 現(xiàn) 場 1～40 m深處電阻率見表1，高電阻率土壤的深層土壤平均電阻率 ρs為 420 Ω·m。變電站西面鄰近有一個(gè)約 1 000m2的護(hù)坡，東面鄰接 13 省道，沿著 13省道有 500m 排水溝（常年有水）。

表1 110 kV 楊嶺變現(xiàn)場 1～40m 深處電阻率

變 電 站 的 接 地 電 阻 目 標(biāo) 值 ： R ≤2000/I≤2000/15300×0.8≤0.16 Ω。

接地網(wǎng)不采取任何措施下，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算可能達(dá)到的接地電阻值為：

接地電阻值遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)要求，由于場地周邊條件有限，無法在原地?cái)U(kuò)大主接地網(wǎng)面積來降低接地電阻，經(jīng)過現(xiàn)場勘察和研究，采用在東面 13省道的排水溝外延水平接地體和利用護(hù)坡擴(kuò)大接地網(wǎng)面積等方法，取得了很大的綜合降阻效果。

2 采用的綜合降阻方法

2.1 外延接地體

沿著 13 省道排水溝外延 1 條長 500m 的射線型水平接地體， 每隔 10 m 左右打入 1根垂直接地極，并與主接地網(wǎng)兩點(diǎn)連接。射線型水平接地極的接地電阻為：

式中： L 為水平接地極總長度， 500 m； h 為水平接地極埋深， 0.4 m； d 為水平接地極等效直徑，0.03 m； A 為 形 狀 系 數(shù) ， 取 -0.6； ρ為 土 壤 電 阻率， 現(xiàn)場實(shí)測后取等值土壤電阻率 200 Ω·m。

變電站總的工頻接地電阻可以看成是水平地網(wǎng)接地電阻 R1和外延接地極 Rj的并聯(lián)， 在考慮相互之間的互阻影響后，地網(wǎng)總的工頻接地電阻Rg為：

式中：Kp為屏蔽系數(shù)， 一般取 1.5。

2.2 擴(kuò)大接地網(wǎng)面積

在變電站西面鄰近護(hù)坡是專為 110 kV 楊嶺變建造，回填的是低電阻率的土壤，現(xiàn)場實(shí)測土壤電阻率為 50 Ω·m。 在護(hù)坡上外延接地網(wǎng)， 接地網(wǎng)面積為 1 000 m2， 并與主接地網(wǎng)兩點(diǎn)連接。外延接地網(wǎng)的接地電阻：

式中： S 為外延接地網(wǎng)的面積， 1 000 m2； p 為外延接地網(wǎng)處的實(shí)側(cè)土壤電阻率， 50 Ω·m。

變電站總的工頻接地電阻可以看成是水平地網(wǎng)接地電阻 Rg和外延接接地網(wǎng) R2的并聯(lián)， 在考慮相互之間的互阻影響后，地網(wǎng)總的工頻接地電阻 R2g為：

經(jīng)過處延接地體以及外延接地網(wǎng)的降阻措施， 接地網(wǎng)的接地電阻為 0.73 Ω， 現(xiàn)場實(shí)測接地網(wǎng)的接地電阻為 0.65 Ω， 雖沒達(dá)到目標(biāo)值， 但在現(xiàn)有的變電站周邊條件下，如果再采取其他措施進(jìn)一步降阻在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上非常不合理，因此確定楊嶺變電站接地電阻設(shè)計(jì)值為 0.65 Ω。

3 接地電阻較大時(shí)的校核

3.1 接地電阻偏高時(shí)的輔助措施

根據(jù) DL/T 621-1997《交流電氣裝置的接地》標(biāo)準(zhǔn)， 當(dāng)接地電阻不符合 R≤2000/I的要求時(shí)， 人工接地網(wǎng)及有關(guān)電氣裝置還應(yīng)符合 6.2.2 要求， 即∶

（1）采取高電壓隔離措施： 變電所出入口的地面、操作地坪以及站內(nèi)道路，應(yīng)作特殊處理（做瀝青路面）， 瀝青層厚度不小于 12 cm； 站內(nèi)給水管采用 PVC 管； 站內(nèi)鋪助通信線需在對(duì)側(cè)加裝過電壓保護(hù)器。

（2）校核 10 kV 避雷器能否反向擊穿。

（3）驗(yàn)算接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)。

3.2 校核 10 kV 避雷器能否反向擊穿

短路電流入地時(shí)，接地電阻太大會(huì)使接地電位超出限定值， 可能使變電站內(nèi) 10 kV 避雷器動(dòng)作甚至發(fā)生爆炸。要求接地電阻為 0.65 Ω 時(shí)， 避雷器耐受電壓值小于變電站實(shí)際選用避雷器的工頻放電電壓值，楊嶺變電站 10 kV 避雷器型號(hào)為HY10WZ-17/45， 其工頻放電電壓值為 17 kV。

根據(jù)電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分（16-27）公式：

式中：U 為系統(tǒng)接地時(shí)，避雷器的耐受電壓；I為入地短路電流； R 為接地網(wǎng)實(shí)側(cè)接地電阻；Ue為額定線電壓。

3.3 校驗(yàn)接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)

按標(biāo)準(zhǔn) DL/T 621-1997《交流電氣裝置的接地》附錄B公式B4計(jì)算所得實(shí)際最大接觸電勢(shì)差：

式 中 ： Utmax為 最 大 接 觸 電 勢(shì) 差 ； Ktmax為 最 大 接 觸電勢(shì)差系數(shù)； Ug為接地裝置的電勢(shì)。

當(dāng) 接 地 極 的 埋 設(shè) 深 度 h=0.6 ～0.8 m 時(shí) ， Kttmax按公式 B5 計(jì)算得 Ktmax：

式中： Kd， Kl， Kn和 Ks是系數(shù)， 可按 B6 計(jì)算得：

Utmax=KtmaxUg=0.15 × 7 956=1 193 V<1 320 V（瀝青混凝土地面標(biāo)準(zhǔn)限值）

式中∶d為均壓帶等效直徑；n為均壓帶計(jì)算根數(shù)；S為主接地網(wǎng)的面積；I為入地短路電流；R為實(shí)測接地電阻。

根 據(jù)標(biāo) 準(zhǔn) DL/T 621-1997 附 錄 B 公式 B8，計(jì)算接地網(wǎng)的實(shí)際最大跨步電勢(shì)：

式 中 ： Usmax為 最 大 跨 步 電 勢(shì) 差 ； Kk為 最 大 跨 步 電勢(shì) 差 系 數(shù) ； T 為 跨 步 距 離 ， T=0.8 m； h 為 接 地 極的 埋 設(shè) 深 度 ，L 為水平接地極的總長度； L0為接地網(wǎng)的外緣邊線總長度；S為主接地網(wǎng)的面積。

計(jì)算得 Kk=0.068

接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)校驗(yàn)符合規(guī)程要求。

4 結(jié)語

對(duì)于高土壤電阻率且范圍受限的變電站接地網(wǎng)，要根據(jù)現(xiàn)場的情況找出有利于設(shè)計(jì)及降阻的條件，靈活運(yùn)用降阻措施。如采取外延接地體，擴(kuò)大接地網(wǎng)面積， 換入低電阻率土壤（換土）等多種方法。換入低電阻率土壤這一方法用于本來就要填土的工程，即經(jīng)濟(jì)又有效。在人員經(jīng)常出入的地方接觸電勢(shì)及跨步電勢(shì)一定要符合設(shè)計(jì)規(guī)程要求，以確保人員安全。

[1]水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，1996.

[2]DL/T 621-1997 交 流 電 氣 裝 置 的 接 地[S].北 京 ： 中 國 電力出版社，1997.

作者簡歷： 柯荷秀（1980-）， 女， 浙江臺(tái)州人， 助理工程師,從事 110 kV 及以上變電站的電氣設(shè)計(jì)工作。

（本文編輯：楊 勇）

Investigation on Resistance-reduction in Substation w ith High Earth Resistivity

KE He-xiu
（Hangzhou Electric Power Design Institute,Hangzhou 310014,China）

In accordance with grounding grid with high earth resistivity and practical situation of substation，comprehensive measures such as extension of ground body， expansion of extended grounding grid and replacement by low-resistivity earth are taken to lower ground resistance， which is effective and efficient and verifies high grounding resistance， touch voltage and step voltage.

substation； high earth resistivity； ground resistance； resistance reduction

TM862

： B

： 1007-1881（2012）11-0014-03

2012-02-14