變電站接地網(wǎng)接地電阻計算方法研究

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局 邵洪平

在對接地裝置的電氣性能指標(biāo)衡量中，接地電阻是一項主要的衡量參數(shù)。在理論層面對接地電阻進行了定義：無窮遠位置的電位假設(shè)為零，當(dāng)接地裝置系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況時，為無窮遠位置處的電壓數(shù)值與流入大地的電流數(shù)值之比[1]。接地電阻的數(shù)值大小關(guān)系到接地裝置對電位的穩(wěn)定能力大小、性能保護以及散流能力，接地電阻在數(shù)值上越小以上三項的能力越強，因此在接地裝置的電阻選擇中電阻的數(shù)值越小越好[2]。

1 等值土壤電阻率的選取

選取合適的土壤電阻率關(guān)乎到后起的接地裝置接地電阻計算結(jié)果的精準(zhǔn)度。工程在施工過程中，站址周圍土壤的電阻率并非是均勻分布的，土壤電阻率由于位置的不同存在很大差別。國家的相關(guān)規(guī)程與規(guī)范中的電阻的計算方法是建立在均勻土壤電阻率之上的。應(yīng)用前沿的計算軟件CDEGS，在變電站的規(guī)劃地址處的土壤電阻率采取分層計算的方法時，每層都要選取出特定的數(shù)值[3]。愈加細致劃分的土壤層，其獲得的計算結(jié)果更貼近實際數(shù)值，實際計算中計算軟件難以達到這一要求，即便可以也將要面臨巨大的計算工作量。所以在實踐當(dāng)中，需要解決的問題是在電阻計算時如何選擇合適土壤電阻率。

當(dāng)出現(xiàn)電阻率因土壤深度不同數(shù)值變化較大問題，則電阻率可以選取位于土壤接地體預(yù)埋深度位置處的數(shù)值。選取位于水平不同點的土壤電阻率方式如下：

接地網(wǎng)四周最外側(cè)的導(dǎo)體用Li～L4表示，獲圖1所示假設(shè)接地網(wǎng)。以接地網(wǎng)邊沿導(dǎo)體L1為例，測量電流假設(shè)在A、B兩點處，測得電壓極[MN]1的數(shù)值ρ1，并且不斷改變M、N兩點之間的距離，直至測得ρ2值，記錄此時[MN]2距離，再次改變M、N兩點之間的距離，繼續(xù)求得對應(yīng)ρ值，記錄對應(yīng)邊長數(shù)值。

需對未來建設(shè)變電站所在地的四周進行ρ1、ρ2、ρ3、ρ4數(shù)值的測量，MN兩點之間的長度取值范圍可以設(shè)定為lm、2m、3m、6m，對最后的結(jié)果要進行平均計算，獲得平均值：

依次求出四邊的ρL1、ρL2、ρL3、ρL4值。匹配值結(jié)果通過在長度方向的加權(quán)獲得：

應(yīng)用此方法計算土壤電阻率時，計算次數(shù)僅為16次，更易操作。進行針對避雷針設(shè)施的集中接地裝置，實踐中常在避雷針周圍放置測點獲得測量結(jié)果ρ值。

2 垂直接地極的電阻值計算

垂直接地極方法被普遍應(yīng)用于上下層土壤電阻率相差較大、上層明顯高于底層的情況時采取的降低電阻的手段，當(dāng)前石家莊地區(qū)新建變電站對電阻值降低的操作措施常應(yīng)用此種方法實現(xiàn)[4]。公式（3）的計算方法表述的是單根垂直接地極接地電阻值，式中RV為單根垂直接地極接地電阻值，Ω；ρ為土壤電阻率，Ω·m；L為垂直接地極的長度，m；d為接地極等值直徑，m。

圖1 測量接地網(wǎng)土壤電阻率的示意圖

圖2 垂直接地極周圍添加降阻劑

圖2所示的降阻劑直接敷設(shè)在接地極四周的情況發(fā)生時。利用公式（4）計算獲得圖2情況下的單根垂直接地極接地電阻數(shù)值，式中ρ為土壤電阻率，Ω·m；ρ1為降阻劑的電阻率，Ω·m；L為垂直接地極長度，m；d為垂直接地極直徑，m；d1為原土壤中被降阻劑置換之后的直徑，m。

圖3 接地體深埋土壤的示意圖

當(dāng)接地體較深的埋入土壤中（圖3），且土壤中上層與下層間的電阻率數(shù)值變化程度大的情況時，利用公式（5）計算獲得圖3情況下的單根垂直接地極接地電阻數(shù)值，式中Rm為深埋接地體的接地電阻（Ω）；ρ為深埋接地體的土壤等值電阻率（Ω·m）；ρ1為覆蓋層電阻率（Ω·m）；ρ2為在受地下水的作用下巖石層或土壤的電阻率（Ω·m）；H為覆蓋層厚度（m）；L為垂直接地體長度（m）；d為接地體直徑（m）。

圖4 人工接地坑

3 人工改善土壤電阻率的接地電阻計算

對于土壤電阻率較高的變電站建設(shè)地區(qū)，常常使用人工措施對土壤進行改良從而降低接地電阻，改良的措施是對回填土壤的電阻率采取降低操作。此種方法常用于土壤電阻率較高的地區(qū)，且效果顯著[5]。

3.1 人工接地坑

在距離接地網(wǎng)邊角平分線的0.5～1m處布置該變電站接地網(wǎng)種的最大電位梯度。經(jīng)過對現(xiàn)場施工情況的考量，以及廠家設(shè)計值中將2.5m長度定義為垂直接地體尺寸，人工施工中采用3m的坑深，上部與下部的普遍直徑分別在2m與lm左右，埋深的區(qū)間范圍是0.6～0.8m（圖4）。

在電阻率數(shù)值上，當(dāng)置換材料和原地層處于已知時，應(yīng)用公式（6）對人工接地坑接地電阻的數(shù)值進行計算。式中Rk為位于人工接地坑之中的接地電阻（Ω）；ρz為置換材料的電阻率（Ω·m）；ρy為原地層的電阻率（Ω·m）；L為垂直接地體長度（m）；d為垂直接地體直徑（m），對于扁鋼來說，d=b/2，b為扁鋼寬度；角鋼為角鋼邊長；等邊角鋼中，d=0.84b1，b1=b2。

3.2 人工接地溝

人工接地坑的尺寸有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普遍的上部寬度取值為1.6m，即B1=1.6m，對應(yīng)的下部寬度取0.8m，即B2=0.8m，溝深的尺寸范圍為1.1～1.3m，接地體在土壤中的埋深范圍在0.6～0.8m之間，1m為計算直徑尺寸（圖5）。

圖5 人工接地溝

公式（7）主要是對對接地電阻的數(shù)值進行計算，式中Rg為人工接地溝的接地電阻（Ω）；Lp為水平接地體長度（m）；d1為計算直徑（m）；d為水平接地體直徑（m），扁鋼與人工接地坑的計算公式參數(shù)含義一致；其它為詳細說明的符號，表示含義與人工接地坑接地電阻計算式中意義相同。

4 結(jié)語

本文的論述分析主要圍繞對等值電阻率的選取展開，提出解決的公式方法，當(dāng)在一處變電站中同時出現(xiàn)了變化區(qū)間幅度較大的土壤電阻率，或者存在變電站中電阻計算采用規(guī)程法的兩種情況，應(yīng)用文章中所提出的方法可以精準(zhǔn)求得等值土壤電阻率。