基于CDEGS探討分層土壤結構下大型接地網(wǎng)埋深對接地阻抗值的影響

南方電網(wǎng)紅河供電局 余 煒 余云光 沈 映 黎慧明 王允光 岳倩倩 何 磊 高 林 李茂兵 譚智斌

隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷升高、系統(tǒng)容量的增大，系統(tǒng)短路電流越來越大，對接地阻抗值的要求也變得越來越高。接地阻抗值是評判大型接地網(wǎng)是否良好的重要參數(shù)，不僅為變電站內(nèi)各種電氣設備提供一個公共的參考地，而且能在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時將故障電流迅速導入大地，保證人身和設備安全[1]，所以接地網(wǎng)接地阻抗值應滿足設計值及變電站安全運行的要求。

針對接地阻抗值超標的問題，通常會采用擴大接地網(wǎng)面積、外引接地、降阻劑等措施[2-3]，但隨著變電站征地難度加大和降阻劑對接地體的腐蝕效應，對部分變電站降阻時存在一定的不足。關于在分層土壤結構下接地網(wǎng)埋設深度對接地阻抗值的影響目前尚無具體的分析，《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》規(guī)定接地網(wǎng)的埋設深度不宜小于0.8m，但對接地網(wǎng)埋設深度未做具體數(shù)值規(guī)定。

1 接地網(wǎng)接地阻抗值計算

變電站站址所在位置土壤電阻率一般不均勻，針對水平分層土壤結構，不同水平接地網(wǎng)埋設深度對接地阻抗值影響的計算公式為[4-5]：；；；；；；;，當k>0時。

其中，Re 表示均勻土壤電阻率為ρ1時等值正方形地網(wǎng)的接地電阻，單位Ω；△Re 表示下層土壤鏡像電流對等值正方形地網(wǎng)所引起的附加接地電阻，單位Ω；k 表示均勻土壤的反射系數(shù)；ρ1、ρ2分別表示上、下層土壤電阻率；a1表示地網(wǎng)形狀修正系數(shù)；L0表示地網(wǎng)外緣周邊長度；M 表示地網(wǎng)的網(wǎng)孔數(shù)目；H 表示上層土壤的深度；h 表示水平接地網(wǎng)的埋深；L 表示水平地網(wǎng)導體總長度m；d 表示水平地網(wǎng)導體直徑或等效直徑m。

由接地網(wǎng)接地阻抗值計算公式可知，當下層土壤電阻率ρ2大于上層土壤電阻率ρ1時，接地網(wǎng)接地裝置埋設深度會影響最終接地網(wǎng)接地阻抗計算值。

2 案例分析

2.1 基本情況

某220kV 變電站敷設了由50×8mm 熱鍍鋅扁鋼構成的以水平接地體為主的接地網(wǎng)，接地網(wǎng)埋深0.8m，使用鋼材長度為6500m，變電站接地網(wǎng)近似為正方形200m×200m，接地網(wǎng)網(wǎng)孔數(shù)目約為3200個，接地阻抗設計值為0.50Ω。最近一次接地阻抗測試值為0.6080?。采用四級法測試土壤電阻率數(shù)據(jù)，在不同間距（m）下的U（mV）、I（mA）、R（Ω）、ρ（Ωm）分別為：0.5/987/20.0/49.4/155、1.0/796/16.8/47.4/298、2.0/502/17.5/28.7/360、3.0/408/18.3/22.3/420、5.0/309/20.1/15.4/483、7.0/181/19.0/9.55/420、10/67.4/18.0/3.75/236、20/218/32.0/6.82/857、30/38.0/26.0/1.46/276、50/35.8/27.6/1.30/407、100/4.68/8.79/0.53/334、150/1.23/31.1/0.04/37.3、200/3.07/36.9/0.08/105。

2.2 土壤結構仿真計算

CDEGS 軟件的RESAP 模塊可根據(jù)土壤電阻率的測試結果計算土壤分層結構，具體即：選定測試方法為溫納（Wenner）法；輸入電極間距（a）、電極入地深度（b）和視在電阻率測試值（ρ）計算。變電站站址土壤分層結構計算結果圖1，土壤分層結構計算數(shù)據(jù)中深度（m）與土壤電阻率（Ωm）的對應關系分別為0.3094/94.876、1.3438/680.903、49.5199/316.941、Infinite/23.481，站址土壤分層結構為水平四層結構。

圖1 變電站站址土壤分層結構計算結果

由站址土壤電阻率仿真計算結果可知，深度0～0.3094m處土壤電阻率值為94.876Ωm，0.3094m～1.3438m處土壤電阻率值為680.903Ωm，1.3438m～49.5199m處土壤電阻率值為316.941 Ωm。該變電站接地網(wǎng)埋深為0.8m、土壤電阻率值為680.903Ωm，相對偏大。

2.3 CDEGS 軟件仿真結果

在不改變接地網(wǎng)尺寸及站址所在土壤電阻率情況下，根據(jù)接地網(wǎng)圖紙，利用CDEGS 軟件中的MALZ（接地網(wǎng)分析）模塊和土壤分層計算結果，將接地網(wǎng)埋深改變?yōu)?.0m，對接地網(wǎng)的接地阻抗進行仿真計算。得到接地阻抗仿真值為圖3。

圖2 變電站接地網(wǎng)示意圖

圖3 接地阻抗仿真值

分別輸入0.3m、0.8m、1.0m、1.5m、2.0m 不同的接地網(wǎng)接地裝置埋設深度，通過CDEGS 仿真軟件MALZ（接地網(wǎng)分析）模塊進行接地阻抗值計算，得到的接地阻抗計算值（Ω）分別為0.4880、0.6080、0.6193、0.5960、0.4945。由此可知，隨著接地網(wǎng)接地裝置埋設深度的不同和接地網(wǎng)接地裝置所處位置的土壤電阻率的不同，接地網(wǎng)接地阻抗值也會有不同的變化：

接地裝置埋設深度為0.3m 時，此時接地網(wǎng)接地裝置所處位置的土壤電阻率較小，為94.876Ωm，接地阻抗值仿真計算值相對較小，但不滿足《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》規(guī)定接地網(wǎng)的埋設深度不宜小于0.8m 的要求。

接地裝置埋設深度為0.8m～1.5m 時，此時接地網(wǎng)接地裝置所處位置的土壤電阻率為高土壤電阻率680.903Ωm，接地阻抗值偏大，超過設計值。

接地裝置埋設深度為2.0m 時，此時接地網(wǎng)接地裝置所處位置的土壤電阻率相對較低，為316.941Ωm，接地阻抗值有所降低，為0.4945Ω，與埋設深度為0.8m 時接地阻抗值0.6080Ω 相比，接地阻抗值降低了18.7%。

3 結語

變電站站址土壤一般為不均勻分層結構，《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》規(guī)定接地網(wǎng)的埋設深度不宜小于0.8m，針對特定的土壤結構模型如接地網(wǎng)埋設深度在高土壤電阻率的土壤中會增大接地阻抗值，在變電站接地網(wǎng)設計時，根據(jù)CDEGS 軟件土壤分層結構仿真結果，可以考慮適當?shù)脑黾咏拥鼐W(wǎng)埋設深度，進而降低接地網(wǎng)接地阻抗值。