基于CDEGS降低變電站接地電阻的方法

權(quán)學(xué)政

（西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000）

0 引言

變電站接地網(wǎng)接地是維護(hù)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行、保障人員和設(shè)備安全的根本保證和重要措施。接地電阻與電學(xué)中導(dǎo)體電阻的物理概念是完全不同的。導(dǎo)體電阻指的是導(dǎo)體自身的有效電阻，而接地電阻主要是指接地電極周圍土壤的電阻。變電站接地網(wǎng)的接地電阻值是變電站接地系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)，是衡量接地系統(tǒng)有效性、安全性以及鑒定該系統(tǒng)是否符合要求的重要參數(shù)。由于接地裝置周圍土壤電阻率的高低在很大程度上決定了接地電阻的大小，建在高土壤電阻率地區(qū)的變電站接地電阻一般很難滿足要求。通過(guò)收集資料了解到降低接地電阻的方法有擴(kuò)大接地網(wǎng)尺寸及增加接地網(wǎng)埋深、加設(shè)垂直接地極、局部換土、深井接地、接地降阻劑和離子接地極等。該文利用接地軟件CDEGS，模擬了接地網(wǎng)埋設(shè)位置、接地網(wǎng)網(wǎng)格間距、接地網(wǎng)的尺寸和增設(shè)垂直接地極及垂直接地極位置和深度等對(duì)接地電阻的影響。

1 CDEGS簡(jiǎn)介

CDEGS是由加拿大SES公司出品。CDEGS軟件包有RESAP、MALT、MALZ、SPLITS、TRALIN、HIFREQ、FCDIST、FFTSES共8個(gè)功能模塊。該軟件可用于研究接地、電磁場(chǎng)、交直流電磁兼容以及陰極保護(hù)等。

2 土壤電阻率的仿真

土壤電阻率的測(cè)量有幾種不同的方法，其中常用的測(cè)量方法是Wenner四極法，測(cè)量接線圖如圖1所示。

圖1 Wenner法測(cè)量土壤電阻率接線圖

視在土壤電阻率（ρ）計(jì)算公式為

其中：

R—測(cè)量電阻，Ω；

a—相鄰電極間距，m；

b—電極深度，m。

用Wenner四極法對(duì)土壤電阻率進(jìn)行測(cè)量，改變極間距a以及電極埋深b，土壤電阻率的測(cè)量數(shù)據(jù)見表1。

表1 視在電阻率測(cè)量數(shù)據(jù)

利用CDEGS軟件中的RESAP程序可得到土壤電阻率分層情況，見表2。土壤電阻率模型，如圖2所示。

圖2 土壤電阻率模型

表2 土壤模型數(shù)據(jù)

3 不同降阻措施的比較

假設(shè)一個(gè)水平接地網(wǎng)面積為100 m×100 m，網(wǎng)格間距10 m，水平接地網(wǎng)等值半徑為0.02 m，接地網(wǎng)埋深0.8 m。

圖3 接地網(wǎng)埋深對(duì)接地電阻的影響

3.1 接地網(wǎng)的埋深對(duì)接地電阻的影響

由表3和圖3可見，埋深深度越深接地電阻越小，但增加接地網(wǎng)的埋深深度對(duì)減小接地電阻的作用并不是很大，且接地網(wǎng)的埋深達(dá)到一定時(shí)，接地電阻減小的很慢。所以一般的接地網(wǎng)埋0.6 m～0.8 m就可以了。

表3 接地網(wǎng)埋深對(duì)接地電阻的影響

圖4 接地網(wǎng)網(wǎng)格壓縮比對(duì)接地電阻的影響

3.2 接地網(wǎng)的網(wǎng)格壓縮比對(duì)接地電阻的影響

由表4和圖4 可知，從均勻網(wǎng)格（壓縮比為1）到壓縮比為0.6時(shí)，接地電阻是減小的，但從壓縮比為0.6減到壓縮比為0.4時(shí)，接地電阻反而增大了，這說(shuō)明壓縮比不是越小越好，有一個(gè)最優(yōu)的壓縮比，從上面結(jié)論可知，壓縮比為0.6的效果是最好的。

表4 壓縮比對(duì)接地電阻的影響

3.3 接地網(wǎng)的尺寸對(duì)接地電阻的影響

由表5可得，增大接地網(wǎng)的面積對(duì)降低接地電阻是非常有效的。從圖5可以看出增加接地網(wǎng)尺寸對(duì)接地電阻是以指數(shù)形式降低的。

表5 接地網(wǎng)尺寸對(duì)接地電阻的影響

3.4 垂直接地極對(duì)接地電阻的影響

設(shè)水平接地網(wǎng)面積為200 m×200 m，網(wǎng)格間距10 m，水平接地網(wǎng)等值半徑為0.02 m，接地網(wǎng)埋深0.8 m。未設(shè)垂直接地極時(shí)未敷設(shè)垂直接地極時(shí)水平接地網(wǎng)的接地電阻為6.3454 Ω。

3.4.1 垂直接地極位置對(duì)接地電阻的影響

其中垂直接地極長(zhǎng)度為50 m，等值半徑為0.04 m。不同位置敷設(shè)垂直接地極后接地網(wǎng)的接地電阻R及垂直接地極的降阻率δ見表6。

表6 垂直接地極敷設(shè)在不同位置的降阻效果

表6中的降阻率δ按下式進(jìn)行計(jì)算：

由圖6和表6可看出，距離接地網(wǎng)中心點(diǎn)由近及遠(yuǎn)的順序?yàn)?→2→4→3→5，而降阻率由高到低的順序?yàn)?→3→4→2→1。因此，應(yīng)將垂直接地極敷設(shè)在水平接地網(wǎng)的邊緣，使其與水平接地網(wǎng)接地導(dǎo)體的屏蔽作用最小。

3.4.2 垂直接地極長(zhǎng)度對(duì)接地電阻的影響

選取垂直接地極的位置在位置5，其中垂直接地極的等值半徑為0.04 m，當(dāng)垂直接地極的長(zhǎng)度從10 m→30 m→50 m→70 m→90 m變化時(shí)，接地網(wǎng)的接地電阻R隨垂直接地極長(zhǎng)度的變化如圖7所示。

從圖7中可以看出，接地電阻隨接地極長(zhǎng)度的增加而降低，但在增加長(zhǎng)度的同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)性。

圖5 接地網(wǎng)尺寸對(duì)接地電阻的影響

圖6 垂直接地極在水平接地網(wǎng)上的位置

圖7 接地極長(zhǎng)度對(duì)接地電阻的影響

4 結(jié)論

通過(guò)上述比較不同接地網(wǎng)對(duì)接地電阻的影響，得出了以下結(jié)論：1）在高土壤電阻率地區(qū)增加接地網(wǎng)的尺寸是最有效降低接地電阻值的措施。2）若地中有低土壤電阻率層，垂直接地極增設(shè)的越長(zhǎng)，降低接地電阻的效果就越好。3）表層土壤電阻率比深層土壤電阻率小時(shí)，應(yīng)在接地網(wǎng)的邊緣區(qū)域放置較多的導(dǎo)體。4）裝設(shè)垂直接地極可降低接地電阻， 而且應(yīng)盡可能均勻分布在接地網(wǎng)邊角，適當(dāng)拉開距離，以減小垂直接地極之間的屏蔽作用。5）在多層土壤結(jié)構(gòu)中，垂直接地極的降阻效果會(huì)隨著土壤結(jié)構(gòu)的變化有不同的影響。在上層土壤電阻率比下層低的土壤結(jié)構(gòu)中，垂直接地極應(yīng)采用“多根淺鉆”的敷設(shè)方式；對(duì)于上層土壤電阻率比下層高的土壤結(jié)構(gòu)，垂直接地體應(yīng)采用“少根深鉆”的敷設(shè)方式能取得明顯的降阻效果。