丘陵地區高土壤電阻率變電站接地網設計

郭曉芳

（國網福州供電公司，福建 福州 350001）

1 概述

接地網是保證變電站內設備和人身安全的重要措施。電網容量持續增大導致入地短路電流大幅升高，而變電站占地面積卻越來越小，設計時很難將工頻接地電阻降低到規定范圍。特別是110kV高土壤電阻率變電站，一般占地面積僅為2500m2～3500m2左右，接地網的設計存在著許多困難。現已提出很多降阻方法，但在實際應用時，特別是在城市中心、丘陵、山區等土地資源緊缺匱乏的地方，這些方法均存在各自的局限性。本文主要結合一個110kV丘陵變電站接地網設計實例，給出一個簡單有效的降阻思路，以及利用外延接地網和電解離子接地極來降低接地電阻的計算方法，在丘陵地區高土壤電阻率變電站設計中具重要理論及實踐依據。

2 變電站接地網情況及存在問題簡介

2.1 變電站情況簡介

該變電站地處福州市晉安區某鎮，站址位于丘坡近坡腳處，為丘陵地貌。根據巖土勘察報告，地質土壤主要為粉土、粘土和碎石。采用對稱四極電阻率測探方法，土壤電阻率鉆探的位置為圖1中測點1～6所示，實測的土壤電阻值見表1。

表1 站區內土壤電阻率測量表

圖1 站區及鉆探位置示意圖

站址面積為2835 m2，變電站占地面積2223 m2。站區總長度為61.5m，寬度為46m，虛線部分為原設計接地網，長57m，寬37m，面積為2110m2。水平接地體采用60mm×6mm鍍鋅扁鋼，按5m×5m等間距鋪設，埋設深度為1.0m。

分析表中數據可知，該站的土壤大致可分為三層：當土壤深度小于1m時，土壤電阻率變化較大且不穩定。當土壤深度在1m～10m時，電阻率在150Ω～250Ω，電阻率相對穩定且阻值較低。當土壤深度大于20m時，平均電阻率大于500Ω。整個站區土壤電阻率呈現先降低后升高的規律，屬于典型的雙層高土壤電阻率變電站。

2.2 接地網存在的主要問題

2.3 接地網電阻超標問題分析

經過對施工現場勘察并結合實測數據分析，原接地網的設計及施工存在問題：

（1）由于站址地基一半回填，一半推山組成，原土與回填土難以親和，部分回填土含有較多碎石，且未夯實，造成接地網多處懸空，這是實測電阻率偏差的主要原因，也會降低接地網的穩定性。

圖2 外延接地法區域選擇示意圖

（2）站區面積過于狹小，造成接地網的面積偏小，很難使接地電阻降到范圍之內。

3 降阻方案設計與計算

3.1 降阻方案分析

常用的降阻措施主要有外延接地、深井接地、降阻劑、水下接地網、電解離子接地極等。

外延接地是通過擴大接地網的敷設面積，達到降阻的目的，這是規程推薦使用的最經濟有效的方法，至今仍然是首選方式。它對站區周邊環境要求較高，考慮到本站地形為丘陵坡地，周邊是農民的柑橘地，能夠敷設擴大接地網的面積有限，大面積的增加征地范圍顯然不可行。站區北面有一條小溪，底部大多為小鵝卵石和砂石，實測河邊的土壤電阻率反而較高，因此不考慮在水中敷設接地網。

深井接地適宜在深層土壤電阻率較低時采用，具備不需擴大征地范圍，可在原站內施工完成，不與周邊居民發生糾紛的優點。但在雙層高土壤電阻率的站區，這種方法是不經濟的。

降阻劑是通過填充電阻率較低的材料達到降阻的目的，因其降阻效果會隨著土壤的干濕度變化而變化，對土壤產生腐蝕作用，污染環境，因此不優先考慮。

電解離子接地極是利用電極內部和外部填充材料的離子釋放效應，改造電極與周邊土壤的接觸環境，達到降阻的目的，具有施工簡單、工程量小、較經濟等優點。考慮本工程的實際施工進度，最終決定采用外延法和離子接地極的方法進行綜合降阻。

3.2 降阻方案確定及計算

3.2.1 外延接地區域的選擇

進站道路兩側、站區排水溝的兩側，以及站內10kV電纜溝底部是可利用來進行外延接地網的敷設。選進站道路兩側做#1外延接地網，長為100m，寬為5m，面積為500m2，埋深為1.0m。選10kV出線方向電纜溝底部做#2外延接地網，長約89m，寬為10m，面積為890m2，埋深為2m。接地網均采用60mm×6mm的鍍鋅扁鋼，內部做成5m×5m的方形網格。同時每隔一定距離打入垂直接地極以加強集中接地，外延接地網通過兩條水平接地體與原站內接地網可靠連接。

#1外延接地網接地電阻可由以下公式進行計算：

#2外延接地網接地電阻為：

該外延地網與站內主網并聯以后，變電站的總接地電阻將達到：

3.2.2 長離子接地極降阻計算

根據廠家提供的參數及計算公式，接地極的數量由下式確定：

式中，N為所需電解離子接地電極的數量；ρ為土壤電阻率，根據實測接地電阻值，可得平均土壤電阻率為523.7Ω；R為接地電阻目標值，取1.0Ω。

取N=5，計算出R=0.97Ω，即只需埋設5根電解離子接地極，就可將該站接地網的接地電阻滿足要求。

按照上述的設計方法對該變電站接地網進行了施工改造，并對其跨步電勢和接觸電勢進行了測量試驗，最終得出該設計方案達到了預期目標，是有效的。

4 結論

通過本工程的接地網設計可以得出以下結論：

（1）當變電站地網面積有限時，可充分利用進站道路、電纜溝、排水溝底部等進行接地網的外延降阻設計，該方法適用于大部分變電站，且經濟可行；（2）當常規的降阻措施不能滿足接地電阻要求時，采用埋設電解離子接地極的方法可以有效降低其接地阻抗，達到了預期止其缺點是需要長期的運行經驗來檢驗其維護周期和使用壽命。

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