110kV變電站接地網的優化設計分析

【摘要】110kV變電站在進行平時的電力傳輸時，所承擔的主要任務就是升壓與降壓，而接地網是變電站中相當重要的系統，它是否安全與可靠，會直接影響到變電站設備的正常工作以及工作人員的人身安全，甚至直接關系到整個電力系統的使用壽命。

【關鍵詞】變電站；接地網；優化設計

1.變電站接地網設計的影響因素

在進行變電站接地網設計時，會受到下述幾個因素的影響，。

1.1 土壤電阻率的準確性

在進行接地網設計時，一定要確保土壤電阻率的準確性，以免引起設計的誤差。為了確保電阻率不出現誤差性，在實際勘測時最好使用超過2種的方法進行對比。在設計中，不要硬套埋深O.8m，而是因地制宜，將水平網埋深在土壤電阻率較低的土層里或加長垂直接地極穿入該土層，以獲得較好的接地效果。

1.2 必須提前進行接地施工

進行接地網施工前，必須先把地整平，降低接地電阻可以在原土層上面實施。如果有條件，填土層可以采用電阻率較低的土質。

1.3 選擇合適的接地體

如果接地網導體的截面符合一定的要求，如果再增加導體的截面就會需要更多的鋼材用量，但是要注意導體截面的大小要可以承受入地電流的熱效應，并經得起大地腐蝕。水平接地體往往是選用50mmx5mm的鍍鋅扁鋼，垂直接地體一般選擇50mmx5Omm～5mm鍍鋅角鋼。

1.4 使用減少接地電位的其他方法

當接地電阻R小于等于2000/I時，對身體是安全的。所以，應該減小接地電阻，并增大系統零序阻抗和分流，以便有效降低入地短路電流。

2.工程概況

某變電站征地面積5.2畝，土壤電阻率表層是520Ω.m，3米以上的土層電阻率是720Ω.m，而且圖紙是風化碎石，地網接地電阻設計值是小于1Ω，以現有技術很難達到要求，所以，考慮使用土壤改良降阻新技術進行地網降阻。

3.110kV變電站接地網優化設計

3.1 擴大地網面積

這種方法可以有效減少地網接地電阻，但是，面積的增大也使得電流密度的不均勻性問題越來越嚴重，當降阻的效果逐漸趨于飽和，而地網面積增大到一定程度時，效果就會達到頂峰，過了這個點效果會越來越差，所以，在高土壤電阻率地區建變電站的方法并不可取。再者，增大地網面積會增加資金投入，且可占地面積有限，尤其是城區用地的緊張，只能確保最起碼的安全距離，所以，這一方法往往無法得到正常使用。所以，此法只適合郊區變電站。

3.2增設接地體

這主要是增設水平接地體，并將垂直接地體深深埋于地下，以便有效降阻，現階段在很多高土壤電阻率地區推廣了接地設計。但是，雖說水平接地體能在一定程度上降低接地極附近的電流密度，他們互相之間的屏蔽作用而會讓效果大打折扣，加裝并深埋垂直接地體，從減小沖擊接地電阻來看，通常有一定的效果，但在降低地網工頻電阻方面效果甚微。

3.3降低接地電阻

設計接地網之前，要先測試、研判變電站地域的地質情況，從而確定出地層電阻率較低的位置，接下來再針對不同降低接地電阻的方法進行計算，從而確定出最佳方案。

（1）接地斜井

往往原土層的土壤電阻率會比較高，為了避開深層土壤差的區域，將上層較好的土壤充分利用起來，可以利用斜井降低接地電阻。而且由于是斜井，所以深井之間的互相屏蔽作用就有所減少，這對于降低接地電阻也非常有利。接地斜井的施工方法如下：第一，利用斜鉆技術在變電站地網四個角上用鉆機鉆出斜井，井深50米，傾斜角約在30度；斜井的方向由地網中心向外輻射。每口井內的頂部與底部分別設置一套離子接地極，從而利用其對深層土壤的電阻率加以改善，將斜井的降阻作用充分發揮出來。在井內兩個離子接地極利用聯結電極線聯結起來；采用GEM接地增強劑進行回填，從而保證接地極與大地保持良好的接觸。第二，變電站內要設置四套離子接地極，對站內地網的土壤電阻率進行改善中，具體的安裝位置要根據實際情況來確定。

圖1 接地斜井示意圖

（2）深井式垂直接地極

深井式垂直接地極是以水平接地網為基礎，向大地縱深尋求擴大接地面積。如果大地上層土壤電阻率較高，下層較低時，垂直接地極穿入第二層時會對接地電阻產生較大影響。深井接地極對場地的要求不高，而且氣候條件、季節因素也不會對其產生影響。垂直接地體附加于水平接地網，可以減少2%～8%左右的接地電阻，而垂直接地體的長度增加至均壓網的長、寬尺寸，均壓網趨勢近于半個球時，對接地電阻的影響才會比較明顯。

（3）使用降阻劑或進行局部換土

這種方法可以有效降低地網附近的土坡電阻率，并能降低土坡與接地體間的接觸電阻，但無論是均勻土坡，還是平雙層土坡，這種措施對地網的接地電阻降低作用并不大，且降阻劑會對接地體造成腐蝕效應。

而考慮到接地斜井適合用于場地標高不得低于50年一遇的洪水位的11OkV變電站，而且要高于城市規劃道路的標高。而

而深井式接地極只適用于地下較深處的土壤電阻率較低的地方，比如有金屬礦或者地下有地下水，而上層土壤干燥的地方。

本變電站接地網起初是采用降阻劑降阻，在地網運行后不到兩個月的時間里，接地體已出現嚴重腐蝕現象，所以，不再考慮使用降阻劑。

而本工程是下層土質是風化石的電站，下層土壤的電阻率比上層土壤電阻率還高，所以，上述方法均不適合。

4.接地網優化降阻設計計算

設計中我們將接地網分成兩個部分，所內的面積是55米.45米，所外面積是45米×20米+15米×20米。為了保證置換土壤電阻降阻的穩定性與長效性，在置換土中加入少量導電粉，水泥和吸水劑。

接地網電阻值計算

變電站土壤電阻率的實測值是400Ω.m，考慮到季節原因導致的影響，所以留有余地，土壤電阻率的計算值取保守的數值 0=7200Ω.m，變電站內的面積S1=2300m2 ，變電站外面積S2=1200m2 ，地王溝挖出的原土經滲入一定比例的導電粉和吸水劑后，其土壤電阻率為 2=60Ω.m。

4.1所內地網

地網溝采用換土工藝。此時相當部分地網面積（地網溝部分）土壤結構是上下雙層土壤（上層土壤是60Ω.m，下層土壤是720Ω.m）

此時地網電阻計算公式為：

R=（1.645 +0.29）{ }=0.224Ω

其中S1是站內地網總面積

h是土層土壤的厚度

l是垂直接地極長度，是2.5m.

n是垂直接地極根數，為100根。

系數a是0.5

L是水平接地極的總長度，是1025m

和 是上下層土壤的電阻值。

R是接地網假想的半徑，取值是

4.2 所外地網接地電阻

R2=0.5 n =8.314Ω 降阻系數取n=0.8

總的接地電阻是：R=（R1/R2）/ =0.312Ω

為聯系數取0.7

結 語

本工程中所使用的方法有效降低了接地電阻。在實際設計過程中，不同地區、不同的土壤條件要采取不同的方案，并且各種方法可以配合使用，實際效果可能會更好。

參考文獻

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