變電站接地設計若干經驗和教訓

蔡文嬋+許爽

摘 要：近些年來電力系統容量在不斷地增加，變電站面積卻在不斷地減少，因此，對變電站接地網的設計工作也變得越來越困難。該文筆者即結合個人在變電站接地工程設計與施工過程中積累的實踐經驗，就接地工程設計問題以及部分降阻措施應該注意的具體事項展開粗淺的探討，以期為營造一個更加安全、高效的地網提供有益的鋪墊。

關鍵詞：變電站 接地設計 電阻率 降阻

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0093-02

現如今伴隨著電力系統的快速發展，電網規模的不斷擴大，接地短路電流也是越來越大，因此，對接地就提出了更高的要求。然而，受到變電站用地面積的影響，使得許多變電站在選址時只能選擇在高土堆電阻率地區，也就使得變電站的接地設計工作變得更加困難。也正因如此，如何做好變電站接地設計工作則儼然已經成為電力工作設計人員所面臨的首要課題。以下筆者即結合個人參加變電站工程施工設計的實踐經驗，就變電站接地設計過程中的注意事項進行探討與總結，以供廣大同行參考借鑒。

1 變電站接地工程設計問題

1.1 測量土壤的電阻率ρ

在計算并設計接地工程的過程中，首先應該確定土壤電阻率ρ值。尤其是在現實情況下的土地分布情況也是千差萬別的，因此，也就使得土壤在分布上往往極為不均勻且不存在任何的規律。所以，僅僅根據地質勘察資料所得的土壤電阻率ρ值為依據，進行接地工程設計，其所得設計結果與實際情況所得結果存在著極大的差值。也正因如此，要想測量出準確的土壤電阻率ρ值，就必須從不同的水平方面入手對土壤電阻進行測量，進而找出土壤電阻率ρ值最低的方向，并在實際的設計過程中，向著這個方向優先延伸地級。

1.2 確保變電站接地電阻規定的有效執行

結合電力行業標準對有效接地、低電阻接地系統中變電站電氣裝置保護接地的接地電阻要求，可以清楚地看到，在一般情況下接地裝置的接地電阻都應該符合式（1）的要求。如若接地轉子的接地電阻不滿足式（1）的要求時，那么此時則可以通過技術經濟比較對接地電阻進行增大，但是增大的數值不得大于5 Ω。

Rd≤2 000/I （1）

式中：Rd為季節變化的最大接地電阻；I為計算用的流經接地裝置的入地短路電流。

而通過分析我們可以發現，對于110 kV以及以上電壓等級變電站接地電阻數值的取值，運行人員往往抱有兩種截然不同的態度。一種態度認為，流入接地裝置的入地電流無論是大，還是小，在接地電阻取值上都必須確保其在0.5 Ω以下，可以說這種想法是片面的、不科學的。另一種則認為只要將接地電阻控制在0.5 Ω以下就可以了，這種想法同樣也是片面的、不科學的。而實際情況卻是，對于接地電阻大小的確認，應該根據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2 000 V為基準，并且充分利用現今的科學技術，進行合理的設計，進而使得變電站能夠擁有足夠安全的電位。

同時，正確計算出基地裝置的入地短路電流也十分重要，這是因為入地短路電流I與接地電阻、接地線的熱穩定、設備接觸電壓、跨步電壓計算等都有著最為直接的聯系。所以，在計算入地短路電流的實際過程中，我們首先計算出最大短路電流Imax，主要是根據在最大運行情況下電力系統的短路阻抗所計算得出的設計平均電網非對稱故障，具體計算，如下所示：

I=（Imax-Iz）（1-Kf1） （2）

I=Iz（1-Kf2）

式中：I為計算用的流經接地裝置的入地短路電流；Iz為最大接地短路電流流經變電站接地中性點時的最大短路電流；Kf1、Kf2為變電站內、外短路時避雷線的工頻分流系數。

而在實際工作中往往一些電力施工技術人員會將接地短路電流直接當成是入地電流，而不再考慮架空地線的分流以及變壓器中性點的分流，也就在計算的過程中造成了對接地電阻盲目的高要求。而針對這個問題，我們應該堅持要按照式（1）的要求計算出基地電阻，并且按照式（2）的要求計算出入地短路電流，進而準確確定出接地電阻。

2 變電站接地工程設計中部分降阻措施應注意的具體事項

2.1 利用自然接地體降阻時應做好事前規劃工作

眾所周知，變電站可利用的自然接地體主要包括以下4種：第一，變電站的主控樓以及高壓配電室的混凝土基礎；第二，各類設備的鋼筋混凝土基礎；第三，架空輸電線路的地線-桿塔地系統；第四，地下掩埋的金屬自來水管以及有金屬外皮的電纜。因為它們的分布較廣且較為密集，所以在接地工程中均可起到均衡電位的重要作用。所以，在接地工程中應充分利用這些自然接地體達到降阻的目的。而要想充分利用好這些自然接地體就必須做好事前規劃工作。尤其是接地圖紙通常情況下要比土建施工圖紙出圖晚上很多，所以，在進行電氣設計與施工之前，首先應該和土建施工人員做好溝通，進而更好地了解土建基礎結構，確定哪些自然接地體可以被利用，進而在移交資料的時候向土建施工人員提出增加這些自然接地體的要求，與此同時，土建施工人員也可以按照相應的電氣要求為其留好必要的引出線。

2.2 在水下接地網敷設過程中要做好水體電阻的核實

在絕大多數人的眼中水就是最好的導體，也正因如此，如若變電站選址在高土壤電阻率地區，其附近又有水源，那么勢必會往水源處敷設接地裝置。但在這個過程中水源的電阻率往往會被接地設計人員所忽視，可是即便是有水，也并不是意味著低電阻率。所以，我們還必須在水下接地網敷設設計時做好以下幾點注意事項。

第一，水工建筑以及那些與水有接觸的金屬部分，其作為自然接地體要進行充分利用。并且，還要在焊接水下鋼筋混凝土結構物內綁扎鋼筋網的交叉縱橫點，使地網能夠更好地銜接在一起。

第二，如若單單利用水工建筑作為自然接地體，無法滿足降阻需求，那么就應該在水中敷設外來接地裝置。這里需要注意的是，對于水中敷設的外來接地裝置應該盡可能固定在水源流速較低或者是靜水之中。

第三，我們可以充分利用Φ12圓鋼，焊接出一個外緣閉合的矩形水下接地網。這里需要注意的是，矩形網內縱橫連接帶所構成的網孔不得多于32個。針對水下接地網的接地電網RW，我們可以利用式（3）進行估算。

RW=Ksρs/40 （3）

式中：ρs為河水的電阻率；Ks為接地電阻系數。

3 結語

變電站接地網作為一項系統工程，看似簡單，其實際上卻是最為復雜、關鍵。尤其是伴隨著近些年來，變電站用地面積的日益緊張，致使絕大多數的變電站選址只能選擇在高土堆電阻率地區，更進一步加劇了變電站接地設計工作的難度，這就要求設計工作人員在變電站接地設計工作上要更加嚴謹、仔細地做好接地設計工作，更加認真、專業地做好接地施工工作，進而通過電力工作人員的共同努力，構建一個安全且高效的接地網，確保變電站安全、穩定運行。

參考文獻

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