降低变电站接地电阻

降低变电站接地电阻（精选8篇）

降低变电站接地电阻 篇1

0 引言

变电站的接地系统可以对电力系统的安全运营进行维护, 并可以保障电力设备的运行安全及相关人员的操作安全。一旦电力系统出现了短路方面的故障, 就会导致地网电位的急剧升高, 这不仅会威胁操作人员的生命安全, 还可能导致二次绝缘设备遭到严重破坏, 使高电压迅速串入到操作控制室, 致使控制设备和监测设备出现某些拒动及误动反应, 在较为严重的情况下还有可能导致监测设备发生严重性的破坏, 引发更为严重的电力事故, 给经济造成重大损失, 也会产生极为严重的不良社会影响。因此, 有效降低变电站的接地电阻, 在保障电力系统运营安全方面有着十分重要的意义。

1 接地电阻的主要构成

1.1 接地极与接地线电阻

接地极同接地线电阻是接地电阻的重要组成部分, 由于其自身属于金属类的导体, 该部分电阻通常只占整个接地电阻的一小部分, 约为1%~2%, 该部分阻值主要会受其几何尺寸及材质的影响。

1.2 土壤接触与接地体表面的电阻

土壤接触同接地体表面的电阻, 其阻值同土壤的颗粒大小、土壤性质及土壤中的含水量有着十分密切的关系, 同时其还与地面的接触面积有关。该部分的阻值在整个接地电阻中所占比重较大, 约占20%~60%。

1.3 散流电阻

散流电阻主要是指:由接地体逐渐向外部延伸至20米的圆周范围内, 在扩散电流通过的土壤所产生的电阻, 其阻值大小同土壤中的电阻率以及接地极的几何大小、形状有着十分密切的联系。

2 降低变电站接地电阻的主要措施

2.1 对降阻剂加以利用

在电阻率较高的土壤区进行接地网的施工过程中, 可以对降阻剂加以利用, 其具有良好的变电站接地降阻效果。在20世纪七八十年代, 运用较为广泛的是碳基类及膨润土降阻剂。据有关资料显示, 运用了该项降阻技术的工程, 待接地结束后对其阻值进行测量, 其接地电阻会得到明显降低, 但在后期的使用过程中, 由于降阻剂的性能会发生变化, 缺乏长期有效性, 同时其对接地材料也有一定的腐蚀作用, 因此其运用越来越少[1]。

2.2 采用多支外引式的接地装置

若变电站的接地电阻满足不了设计要求时, 对其进行降阻可以对周围的地理事物 (如具有良好导电性能的全年不冻湖泊或河流等) 加以运用, 但在进行具体的设计施工环节时, 必须对多方面的因素加以考虑, 通常情况下, 外引式的接地极其长度要低于100米。

2.3 对土壤进行更换

对于某些电阻率偏高的变电站, 可以选择使用电阻率相对偏低的土壤, 如:砂质粘土、黑土、粘土等。在实际的降阻过程中, 可以用上述土壤对原有土壤进行替换, 其替换的范围一般控制在接地体附近0.5米以内, 采用该种处理措施以后, 接地电阻可以降低40%左右。

2.4 对导电性混凝土加以运用

在降低接地电阻的过程中, 可以在水泥中掺入适量的碳质性纤维, 然后将其作为接地极, 如:可以在水中掺入一定量的碳质纤维, 将其制作成为半径约为0.5米的半球状接地极。该类人工频接地电阻同传统的混凝土相比, 其电阻可以降低30%左右, 该法多在某些防雷装置中运用。为了进一步使电阻值得到有效降低, 还可以选择在导电性能相对较好的混凝土中安装针状的接地极, 这样可以有效降低冲击性的接地电阻值。

2.5 进行电解接地

近年来, 电解接地系统在我国的运用较为广泛, 是一种极为有效的降阻接地保护措施, 在我国某些地区已得到了较为广泛的运用。在电解接地系统的实际运用过程中, 主要选择在土壤中对预制的金属管道进行敷设, 再在管道的内部混入某些电解性较强的化学物质, 此类化学物质在自然条件下会发生化学反应, 进而形成可以降阻的电解溶液, 该溶液再缓慢地渗过管道, 渗入土壤内部, 使土体中的实际电导率得到有效提高, 达到降阻的目的[2]。为了得到更好的实施效果, 还需要对金属管道进行回填, 回填的过程中也需要对降阻材料加以运用, 以使土体保持更好的渗透、吸水及防腐等多项功能。同时, 尽可能地让金属管道深入到土层的深部, 让其形成一个树状的降阻土体网络, 使有效泄流面积可以不断增加, 对散流式的电阻进行控制, 从而达到降低接地电阻的目的。

2.6 对爆破接地技术加以运用

近年来, 深井爆破接地技术得到了较为广泛的运用, 且取得了不错的降阻效果。该技术的具体实施需要做到以下环节:第一, 选择合适的地理位置, 进行井孔的钻探;第二, 在孔内放入适量的炸药并将其引爆;第三, 向孔内注入相关的电解溶液, 溶液不断向爆破缝隙中渗透, 便会形成一个类似于网球状的庞大导电体, 这样便可以得到极好的降阻接地效果。该种方法的运用极为简单且效果明显, 无需考虑井位土壤的电阻率, 也不会受到深井地极中屏蔽效应的影响。

3 其他特殊的降低接地电阻的措施

3.1 进行接地极的深埋

在水及土壤的电阻率相对较低的情况下, 可采用深埋接地极的方法对接地电阻值进行降低。城市区域的变电站通常位于相对狭窄的环境下, 选择深埋接地技术可以解决场地相对窄小的这一局限, 也不会受到季节、气候、天气等自然因素的影响[3]。据有关资料显示, 在水平式的接地网中, 垂直接地体的接地电阻可以降低2.4%~8%左右, 而当此类垂直的接地体在长度方面发生变化, 且与均压网尺寸相当时, 接地电阻便可以大大降低, 一般可降低30%左右。

3.2 在材料上进行严格把关

在变电站的建设过程中, 多会对镀锌圆钢及铜包钢等加以运用。单从经济效益的角度考虑, 目前在接地体材料的选择上多对镀锌圆钢加以运用。如果综合考虑经济效益、防腐特性、电气性能等因素, 则运用既有铜的性能又具有钢材的主要特性的铜色钢。在具体的施工过程中, 将配有强度较高的特种钢制钻头和驱动头加以运用, 轻易地便可以将其打入地下深部, 其一般深度在30米以上。在保障低电阻值的同时其电阻值也比较恒定。

3.3 对斜井降阻技术加以运用

目前, 在我国斜井降阻技术也得到了一定的运用, 该技术主要是运用在土体中钻挖斜井的措施, 让电介质可以在土体中得到有效释放, 以达到降阻的目的。其主要原理为:以钻挖斜井为主要措施, 将接地极进行牵引, 使之得到理想的扩网性效果, 最终使接地电阻降低。在牵引过程中需要由站内出发, 顺着接地网的边缘从变电站的主要进站线路逐渐向外牵引, 将其引至站外土壤电阻率较低的地区, 其传输电解质主要载体通常采用DK.AG电解地极, 具有良好的传输效果。

4 结束语

随着经济建设的不断发展, 我国 (下转第25页) (上接第20页) 需要大力进行电网改造, 在改造的过程中, 降低变电站的接地电阻十分重要, 而对土壤电阻率比较高的变电站, 为了保障其运营安全, 也为了更好的控制工程造价, 选择科学合理的降阻措施十分必要[5]。因此, 必须适当地对各种降阻措施进行综合评价, 并结合考虑各种方法的实际适用范围, 再对施工的自然条件进行综合考虑, 选择运用具体的降阻方法。同时, 在条件允许的情况下, 可以对多种方法进行结合使用, 以得到更好的降阻效果。

参考文献

[1]曾嵘, 周佩朋, 王森, 等.接地模块降阻特性的现场实验与仿真建模[J].高电压技术, 2010.36 (9) :2112-2118.

[2]姚学玲, 杜志航, 陈景亮, 等.不同源阻抗8/20μs冲击电流下的MOV动态性能仿真[J].高电压技术, 2010 (36) :2120-2125.

[3]徐宏宇.接地模块接地工频电阻计算及在送电线路中的应用[J].四川电力技术, 2009 (5) :78-82.

[4]杜林, 李欣, 司马文霞, 等.110kV变电站过电压在线监测系统及其波形分析[J].高电压技术, 2012 (3) :2253-2255.

[5]杨庆, 王荆, 陈林, 等.计及冲击电晕的输电线路雷电绕击和反击智能识别方法[J].高电压技术, 2011 (5) :1149-1157.

降低变电站接地电阻 篇2

【摘 要】随着经济社会的迅速发展，能源需求量越来越大，电的应用已经遍布了人们日常生活，供电系统作为一个重要环节，其安全稳定运行与我们的生活存在很大联系。随着城市化进展的步伐加快，电力系统的容量也在迅速扩大，入地短路电流大幅度提高，为了能保持电力系统的安全稳定运行，必须降低接地电阻的阻值。本文就作者工作经验对 110kV变电站接地电阻高的原因进行详细的分析并给出了一些改良的方案。

【关键词】110kV变电站；接地电阻；降低；改良方案

1.接地电阻的重要意义

110kV变电站设计是城网建设中的关键环节，变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生系统接地故障或其他大电流人地时，可能造成地电位异常升高，造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给运行人员的安全带来威胁。还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备，会发生误动、拒动，从而造成事故。

2.接地电阻的结构

变电站接地装置的接地电阻由接地自身电阻、接触电阻和散流电阻三部分构成：接地自身电阻是指接地线与接地极的自身电阻，其阻值与接地体的材质和等价几何体尺寸有关，由于它们是金属导体，因此这部分电阻一般只占总接地电阻的 1%～2%。接地电阻是指接地体表面积与土壤的接触电阻，其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触的紧密程度有关，其值可占总接地电阻的 20%～60%不等。散流电阻是指从接地体开始向远处（20m）扩散电流所经过的路径土壤电阻，它的大小与接地极的形状、几何尺寸及土壤的电阻率有关。其中接触电阻和散流电阻对接地电阻的大小起决定作用。接地电阻偏高的分析有多方面的原因，归纳起来有以下几个方面。

首先，客观条件方面。土壤电阻率偏高，特别是山区，由于土壤电阻率偏高，对系统接地电阻影响较大。土壤干燥，干旱地区、沙卵石土层等相当干燥，而大地导电基本是靠离子导电，干燥的土壤电阻率偏高。

其次，勘探设计方面。在地处山区复杂地形地段的变电站，由于土壤不均匀，土壤电阻率变化较大，这就需要对每处地网进行认真的勘探、测量。根据地形、地势和地质情况，设计出切合实际的接地装置。如果不根据每处地网的地形、地势情况合理设计接地装置并计算其接地电阻，而是套用一些现成的图样或典型设计，从设计上就留下了先天性不足，造成地网接地电阻偏高。

再次，施工方面。不同地区变电站的接地，严格施工比精心设计更重要。因为对于地形复杂，特别是位于山岩区的变电站，接地地网水平接地沟槽的开挖和垂直接地极的打入都十分困难，而接地工程又属于隐蔽工程，如施工过程中不能实行全过程的技术监督和必要的监理，就可能出现不按图施工、接地体埋深不够、回填土没有按照规定选择细土并分层夯实、采用木炭或食盐降阻等问题，从而缩短接地装置的使用寿命。

第四，运行方面。有些接地装置在建成初期是合格的，但经一定的运行周期后，接地电阻就会变大，除了前面介绍的由于施工时留下的隐患外，以下一些问题也值得注意：由于接地体的腐蚀，使接地体与周围土壤的接触电阻变大，特别是在山区酸性土壤中，接地体的腐蚀速度相当快，会造成一部分接地体脱离接在接地引下线与接地装置的连接部分因地装置。锈蚀而使电阻变大或形成开路。接地引下线接地极受外力破坏时误损坏等。

3.接地电阻措施的改良

为了降低接地装置的接地电阻，保证电力系统的安全可靠运行，可以从物理和化学两个方面入手进行改良。物理降阻方法主要有：

第一，更换土壤。采用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤，该种方法经工程实践证明效果较好，但工程量较大，投资相对较高，一般在大中型地网中较少采用。当采用该方法时，应结合土建工程的“三通一平”进行施工，这样可以降低开挖、运输等方面的投资。

第二，深埋接地极。深井接地即用多根较长的垂直接地极敷设在地下，间距一般要求大于20m，并与接地网连接以达到降低接地网接地电阻的目的。当深处土壤在垂直地面的方向上下分层，且下层土壤的电阻率远低于上层土壤或有水时，可采取该方法来降低接地电阻，尤其是对含砂土壤，效果明显。深井接地方法有一定的局限性，如果变电站的上下层土壤电阻率变化不大，甚至下层的土壤电阻率高于上层时，该方法意义不大。而且，深井接地极的根数受变电站面积的影响，对于面积小、土壤电阻率太高的变电站单用该方法也是很难使接地电阻达到规程要求。

第三，伸长水平接地体，增大接地网面积。众所周知，接地电阻的大小与接地网面积成反比，接地网面积越大，接地电阻越小。因此，在原有接地网基础上增大接地网面积，可以降低接地网电阻，一般有增加斜接地极和外引接地网两种方法。如果附近有导电良好土壤、河流和湖泊等可采用该方法，但延伸达到一定长度后，即便再增加接地体长度，接地电阻也不再明显下降。

第四，采用深孔爆破接地技术。采用钻孔机在地中垂直钻一定直径、深度的孔，在钻孔中插入接地极，然后在孔的整个深度，隔一定的距离，换置定量的炸药，实施爆破，将岩石炸裂，爆松，然后将低电阻材料，用压力机压入深孔和爆破制裂产生的缝隙中，通过低电阻率材料将地下大范围土壤内部沟通和加强接地极与土壤或岩石的接触，从而达到大幅度降低接地电阻的目的。该种技术是近期的科研成果，降阻的效果也较好，但投资较大，应进行技术和经济比较、论证后才确定是否采用。除以上四种方法外，还可采用三维立体接地网、深孔压力灌注等方法来降低接地电阻。

4.结论

变电站接地网的合理设计，以降低接地电阻在目前仍是一个受到诸多因素影响的、非常复杂的问题，应充分考虑经济因素和工程因素。对于接地网方式的选择，必须结合各种实际情况进行综合对比分析。在土壤电阻率高、电阻分布不均匀、接地网水平扩张裕度有限的地区，将接地网向纵深方向发展是设计的必然思路。同时，增设垂直接地极对于降低地网接地电阻、接触电压和跨步电压也是一种行之有效的方法。 [科]

【参考文献】

[1]曾令琴.供配电技术[M].北京：人民邮电出版社，2008，10.

[2]李彬，郑连清.110kV变电站接地电阻的降低与核算[J].四川电力技术，2010（02）.

降低变电站接地电阻 篇3

1 降低杆塔接地电阻的必要性

接地电阻是指电流经过接地体进入大地并向周围扩散时所遇到的电阻。大地具有一定的电阻率, 如果有电流流过时, 则大地各处就具有不同的电位。电流经接地体注入大地后, 它以电流场的形式向四处扩散, 离接地点愈远, 半球形的散流面积愈大, 地中的电流密度就愈小, 因此可认为在较远处 (20m以外) , 单位扩散距离的电阻及地中电流密度已接近零, 该处电位己为零电位。雷击杆塔顶部时, 电流通过杆塔接入大地, 引起塔顶电位升高, 其值是:雷电流对杆塔电感产生的电位升高值, 以及雷电流对杆塔冲击接地电阻产生的电位升高值所组成。如果塔顶电位与导线上的感应电位的差值, 外加线路本身工频电压幅值的影响, 超过绝缘子串50%的冲击放电值, 就会产生反击闪络放电。

对一般塔来讲, 杆塔冲击接地电阻对塔顶电位升高起很大作用。在山区或土壤导电率不良的地区, 冲击电阻值能达到207-307, 此时, 冲击接地电阻就起了决定性作用。对高塔 (《电力建设工程 (送电线路) 预算定额》规定超过60m的为高塔) 来讲, 杆塔电感对塔顶电位升高起决定作用。所以, 目前来讲降低冲击接地电阻值是减少线路反击跳闸率的最主要手段。当杆塔塔型、尺寸与绝缘子形式和数量确定后, 不同的接地电阻值对线路杆塔的耐雷水平影响是不同的。按照目前国家《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 (DL/T620一1997) 和《交流电气装置的接地》 (DL/T621一1997) 规定, 不同的接地电阻值对耐雷水平的影响区别如表1。

从表1不难看出, 冲击接地电阻 (110kv) 从10增大到20, 其耐雷水平下降36.62%;从10增大到25, 其耐雷水平下降46.40%;从10增大到30, 其耐雷水平下降53.60%。由此可见, 降低杆塔的接地电阻是必要的。同时, 它也是降低反击跳闸率的重要手段。

2 降低接地电阻的工作原理及工作方法

为了改善土壤电阻率高的杆塔接地电阻, 我国从20世纪90年代起曾使用过化学型的降阻剂, 但是经过几年运行后发现:化学降阻剂容易腐蚀接地网, 时间一长接地扁铁和接地线容易腐蚀锈断。其原理就是:模块埋置土壤后, 与土壤紧密接触, 大幅度地扩大接地体的散流面积, 有效降低接地电阻。此外, 接地模块 (接地棒等) 特有的保温、吸湿性, 使其周围附近的土壤保持较底的电阻率, 这进一步改善接地体的导电性能。在目前的施工中接地模块的埋设应注意以下几点:1) 水平埋设时, 埋设深度不小于0.6m, 模块间距离不小于3m;垂直埋设时, 模块之间的距离也应尽量不小于3m。2) 模块极芯间相互连接或与接地网连接时, 必须焊接牢固。焊接必须是搭接焊, 搭焊长度至少应为电极极芯宽度的2倍或圆钢为其直径的6倍。焊接处应双面满焊, 应清除焊渣, 并采取防腐措施。螺栓连接的接地模块应对螺栓连接处进行防腐处理。3) 配合专用增效剂施工时, 回填前在模块下方和周围应填洒增效剂, 然后再用细土回填夯实, 不同类型的接地模块使用的增效剂也不同。4) 回填时 (回填土必需是专用增效剂或细土) , 还应适量洒水, 分层夯实, 待模块充分吸湿 (24h) 后测量接地电阻。

3 确保接地效果

防雷接地的主要目的, 是为了让强大的雷电流安全导入大地或地线中, 以降低雷电流通过杆塔时的电位。而雷击杆塔时, 一部分雷电流通过架空地线 (避雷线) 流到相邻或者毗邻的杆塔, 一部分通过杆塔本身的接地系统流入大地。所以, 架空送电线路的防雷接地是套系统工程, 而确保杆塔本身的接地效果, 对提高线路雷击跳闸重合成功率, 提高线路安全、可靠供电是非常重要的。1) 接地系统的连接必须牢固, 以此保障雷电流的正常畅通。接地系统的连接包括杆塔接地引下线与架空地线 (避雷线) 的连接和接地引下线与接地网的连接。在施工中对连接点 (螺栓连接) 、焊接点要做一定的标示, 以备后续运行维护时对出现的各个问题可以方便、迅速地查出。2) 要保证接地网的接地效果。接地网的接地效果, 要达到接地体的冲击系数小于1 (接地体的冲击系数为接地体的工频接地电阻与接地体的冲击接地电阻之比值) 。

杆塔水平接地装置的工频接地电阻计算公式如下:

垂直接地极的接地电阻计算公式如下:

式中:RV——垂直接地极的接地电阻;ρ—土壤电阻率;L—垂直接地极的长度;d—接地极用圆钢时圆钢的直径。杆塔的接地电阻, 在高频的雷电流下, 实际呈现为冲击接地电阻值。由于雷电流的幅值很大, 接地体的电位较高, 导致土壤中的电场强度大大超过土壤的耐压强度 (一般为85v/m) , 这就产生了火花放电。因此使接地体的冲击接地电阻比工频接地电阻大大减小。所以, 在敷设接地网时, 敷设深度一定要达到深度。《交流电气装置的接地》 (DL/T621一1997) 规定每根接地极的最大长度不应超过表2中的规定。在高土壤电阻率的地区采用放射形接地装置时, 当在杆塔基础的放射形接地极每根长度的1.5倍范围内有土壤电阻率较低的地带时, 可部分采用引外接地或其他措施。

降低变电站接地电阻 篇4

接地电阻, 是机电设备最重要的一项安全指标, 接地技术的引入最初是为了防止电力或电子设备遭雷击而采取的保护性措施, 目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地, 从而起到保护设备的作用。

通过本人近十年的高速公路机电工程检测数据分析可知, 甘肃河西地区机电工程外场设备接地电阻指标不合格的情况较多。总结其原因, 主要是因为河西地区土壤电阻率较高, 一味的增加接地极或是扩大接地网面积, 对于降低接地电阻值起到的作用并不大, 而且接地极一般为钢材, 施工成本较高。因此急需一种新的施工技术, 既能有效降低接地电阻, 又能保证施工成本的降低。

2 河西地区常规施工方法下接地电阻计算

河西地区属于高土壤电阻率地区, 大部分地区土壤电阻率ρ≥1000Ω誗m。按照《公路工程质量检验评定标准 (第二册) 机电工程》 (F80/2-2004) 中的有关要求, 外场机电设备防雷接地电阻应小于10Ω。如果按照常规设计标准, 采用人工敷设水平接地极法施工, 依据公式1进行设计计算, 以0.2m等效直径接地体, 埋深为0.5m的常规方法施工时, 要达到小于10Ω的要求, 所需接地极长度为207m, 计算过程如下:

式中:Rh———水平接地极的接地电阻, (Ω) ;

ρ———土壤电阻率, (Ω誗m) ;

L———水平接地极的总长度, (m) ;

h———水平接地极的埋设深度, (m) ;

d———水平接地极的直径或等效直径, (m) ;

A———水平接地极的形状系数, 在采用星形形状时为0。

根据计算结果, 要使接地电阻值达到规范要求, 需要在高速公路旁开挖0.5m深敷设207m长的接地极, 开挖土方量=0.5×0.2×207=20.7m3, 投入成本太高, 必须采用其他方法进行施工。

3 河西地区接地电阻施工解决方案

由于河西地区地下水较少, 采用外引接地极及深埋垂直接地极等施工方式均不适用于该地区。经研究决定, 采用换土的方法来改善土壤电阻率。根据实际经验与已知理论, 换填置换土壤后, 采用星形形状水平接地极的接地电阻计算公式如下:

式中:R1———水平接地极的接地电阻, (Ω) ;

ρ2———置换后土壤电阻率, (Ω誗m) ;

L———水平接地极的长度, (m) ;

d1———切与置换截面圆的直径, (m) ;

d———水平接地极的等效直径, (m) 。

根据该公式, 设计换土方案如下:在接地极敷设处开挖降阻坑, 坑中换填置换土壤, 坑的尺寸为0.5m深, 5m长, 5m宽, 使内切与置换截面圆的直径为5m, 换填土壤选择土壤电阻率为50Ω誗m的黄土, 接地极等效直径不变, 接地极长度为7.5m, 由公式2可计算得到该接地坑的接地电阻R1:

经计算, 开挖降阻坑后接地电阻值仍然不能满足设计要求, 故采用并联降阻坑的方法, 在原降阻坑旁开挖并联两个同样级别的降阻坑, 3个降阻坑等距分布, 相距10m, 以起到屏蔽的作用, 并联后的接地电阻值R2计算如下:

由计算结果可知, 通过换填后, 接地极敷设长度=7.5×3+10×2=42.5m, 换填土方量=0.5×5×5×3=37.5m3。相对于常规设计方案, 仅增加了土方量16.8m3, 却节约了等效直径为0.2m的钢材164.5m, 大幅度节约了施工成本。

4 结论

换土法施工可以有效降低甘肃河西高土壤电阻率地区的接地电阻施工成本, 具有良好的应用前景。

摘要：研究甘肃河西高土壤电阻率地区降低接地电阻的施工技术, 降低施工成本, 对类似地区的接地电阻施工具有具有指导性作用。

关键词：甘肃河西,接地电阻,降低,施工成本

参考文献

[1]解广润.电力系统接地技术[M].北京:水利电力出版社, 1991.

[2]陈家斌.接地技术与接地装置[M].北京:中国电力出版社, 2003.

[3]李景禄.接地装置的运行与改造[M].北京:中国水利电力出版社, 2005.

[4]翁小熊.公路工程质量检验评定标准 (第二册) 机电工程技术手册[M].北京:人民公路水运出版社, 2004.

[5]姚天中, 王巨丰.基于回填土物理改良地网降阻技术——换土法接地电阻计算分析[J].广西电力, 2007.

[6]杨会民, 陈珺, 刘波.影响接地电阻的因素及减小接地电阻的方法[J].中国测试, 2009.

[7]高明.浅析电气设计中降低接地电阻的方法[J].沿海企业与科技, 2012.

降低变电站接地电阻 篇5

1 线路运行现状概况分析

作为雷电灾害频繁的供电区域, 防止雷击事故是我电力单位技术研究的主要努力方向。因此为确保供电系统安全稳定供电, 近年来我们主要对输电线路防雷工作进行调研和分析。

我们重点针对以下环境的输电线路进行分析, 一是线路布置在山上或跨越山谷, 地形条件复杂, 并容易产生畸变;二是线路运行区域所处地势高, 雷电活动相当频繁, 易发生雷击跳闸事故;三是杆塔所处位置地质条件较差, 土壤电阻率高, 线路铁塔接地电阻偏高;四是杆塔周围土质差, 多属岩石分布, 导致铁塔的接地极及接地引线锈蚀严重, 甚至部分铁塔接地极出现断裂的情况等。通过对我输电线路目前运行现状的调研和分析, 重点研究以降低输电线路铁塔接地电阻的技术契机, 以提高线路防雷水平为目的, 从而保证输电线路安全稳定运行。

例如:我们通过对上述地理环境中的输电线路进行调研, 由于运行环境恶劣影响, 在每年的春检线路维护检修过程中, 发现线路铁塔接地问题非常突出。一是铁塔的接地电阻值超标现象严重, 大部分铁塔接地电阻值远远达不到正常运行所要求接地电阻值。二是铁塔接地引线锈蚀严重, 并且部分引线由于锈蚀, 导致断裂等等问题, 对线路安全稳定运行构成极大的威胁, 特别是在雷电等恶劣天气情况下, 很可能由于接地电阻较大、接地不良等情况造成雷电导通率降低, 导致事故的发生。

综上所述, 这些都对我输电线路的安全稳定供电构成了极大的威胁, 尤其是线路在雷击情况下, 由于铁塔接地不好而导致跳闸事故的发生。因此接地技术改造是确保输电线路安全供电首要工作。

2 线路铁塔接地技术的应用

为确保电网的安全稳定供电, 防止雷电灾害, 提高供电可靠性, 保证安全供电。我针对上述安全隐患及时进行调研分析。一是通过现场调研, 分析问题成因;二是通过与技术专家进行沟通和网上查阅资料, 掌握新技术;三是结合目前我输电线路实际运行现状, 采用新技术、新设备, 降低杆塔接地电阻, 提高线路防雷水平。

2.1 输电线路铁塔接地电阻要求。

根据对架空线路杆塔的接地电阻和型式在电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》、L/T621-1997《交流电气装置的接地》中都提出了具体的要求。是设计、安装和改造架空线路杆塔接地的依据。

从以上数据可以看出, 在多雷区, 如是联络线路或重要线路, 杆塔接地电阻最好能处理到10Ω以下, 因为只有这样才能提高线路的耐雷水平, 有效地限制雷击跳闸率, 从而保证电网的安全稳定运行。因此降低杆塔接地, 是有效提高线路耐雷水平的重要手段, 同时也是最经济的手段。针对各变电站进出线段的前六基杆塔接地电阻>10Ω的杆塔, 要进行降低杆塔接地电阻改造。

2.2 通过调研与分析, 我们及时采用新技术、新设备以达到降低铁塔接地电阻的目的。

(1) 线铁塔接地极进行改造, 即采用目前接地极新产品———REX雷克石接地极, 降低接地电阻。

REX“雷克石”接地极新技术的应用是降低线路铁塔接地电阻首要选择。它是一种高强度无腐蚀性的硅酸盐无机矿物接地模块, 是天然导电矿物的高压一体成型水凝硅酸盐, 属于水泥基质。尤其REX雷克石ES系列接地模块与金属接地体相比, 在同等面积的情况下降阻效果增加30%, 如与铜包钢接地棒相比, 大约只需要其50%的费用, 可以节省50%的成本费用。

主要原理如下:

一是与金属接地电极相同, 以接触形成电子导电的传导电流放电。它具有0.0098Ω·m低电阻率的优良导电性能, 通过其导电相材料与土壤中的金属矿物接触形成电子导电的传导电流通路。

二是金属接地电极所不具备的离子电介质导电的位移电流放电, 但这是大地土壤导电的最主要方式。接地电阻要求在10Ω以下时金属接地电极会显得比较困难, 金属接地电极需要量会不成比例的大量增加。而雷克石接地极自身具有很强的碱离子性, 遇水水化产生大量导电性能极优的碱离子电介质, 与土壤中的电介质离子形成离子导电的位移电流通路, 同时在潮湿的土壤长期养护下会产生二次水化, 二次水化的碱卤产物碱离子, 不但会强化其自身的强度及传导电流的能力, 还能以钟乳石效应的方式碱卤化固化其周围的土壤, 不断地强大其释放电流的体积及能力, 所以接地电阻要求在10Ω以下时更显优势, 不但如此, 还会有很好的后续降阻能力。

这些都充分说明REX雷克石接地极的两种释放电流的方式与大地土壤的电性完全匹配对应, 并且它自身纯无机矿物材质与土壤完全亲和没有电位差电化学腐蚀的问题, 是当今最佳的革命性接地材料。因此输电线路采用的REX雷克石接地极新技术符合实际环境应用, 可有效降低线路铁塔接地电阻, 提高供电可靠性。

(2) 采用放射式接地极。对于地形开阔、不受限制的地段, 采用6～8根总长不超过500m的放射形接地体, 呈均匀散射形, 每根接地体的长度见表。对于地形复杂、不便施工的杆塔, 可沿巡线山路做长度不大于100m的射线, 同时可在放射线中间结合地形和土质情况做放射分支线 (即树枝状放射线) , 水平接地体的埋深大于0.8m。

(3) 在杆塔所在地为多石少土的地段, 可在岩缝中打入垂直接地极, 或用炸药爆破后做深埋接地坑, 坑中用钢绞线做接地极, 针对杆塔靠近河流或池塘, 可以考虑利用这些水源, 布置水下或水边接地极, 布置时水下接地级时用大石块压住接地极, 防止水流冲动接地极。

(4) 采用水平放射线和深埋接地体四周施加GPF-94高效膨润土降阻防腐剂, 其电阻率ρ=0.35Ω·m, 吸水性较好, 胶质价高, 粘度大, 不易随山水流失, 能很好防腐保护钢接地体。

施加降阻剂进行降阻, 实践证明, 在水平接地体周围施加高效膨润土降阻防腐剂, 对降低杆塔的接地电阻效果明显。GPF—94高效膨润土降阻防腐剂具有较低的电阻率, 加水后有较大的膨胀倍数 (3～5倍) , 施加在接地体周围相当于增大了接地体的有效截面, 消除了接地体与周围土壤的接触电阻;具有较强的吸水性和保水性以及随时间推移不断向土壤中渗透和扩散, 降低了接地体周围的土壤电阻率, 因而具有较好的降阻性能, 特别是对山区、高土壤电阻率地区以及干旱地区的降阻效果最为明显。具体使用方法如图所示。

(5) 增大接地引线截面面积, 由原40x4改为60x6, 提高泄流水平。

(6) 接地引线采用新技术, 在接地引线与地面接触部位用水泥做保护伞, 防止接地引线氧化锈蚀, 导致断裂。

通过对铁塔接地引线扁铁锈蚀的问题研究分析, 接地扁铁入土时, 在地面表层与接地扁铁接触处最易锈蚀, 因为地面表层处的接地扁铁易受潮且暴露在外, 与空气中的氧气接触, 接地扁铁在富氧和潮湿的条件下, 极易锈蚀。超出地面部分的接地扁铁虽然也与空气中的氧气接触, 但其受潮情况明显优于地面表层处, 所以这部分接地扁铁锈蚀程度不是很严重。埋入土中部分, 土里潮湿情况严重, 但该部位缺氧, 所以此部分锈蚀程度也不是很严重。

对此我们在进行接地改造时, 给地面表层处的接地线做一个小型的保护帽, 接地线保护帽应凸出地面表层适当高度, 且要深入土里适当深度, 不需要做的太大, 以能起到保护作用为好, 使该部位接地扁铁既与潮湿土壤隔绝, 又与空气中的氧气隔绝。这样便有效地解决了该部位接地扁铁的锈蚀问题, 实质上也就是解决了接地扁铁的锈蚀问题。该方法简单、易行且效果好。一方面可以延长接地线维护周期;另一方面节约成本, 创造经济效益。

(7) 针对土质差的问题, 采取土壤培植法, 在接地极四周回填接地良好的黄土, 确保接地效果。

3 技术应用成效

我们通过对一些不良环境下输电线路的线路铁塔接地进行技术改造成效分析。线路铁塔接地系统运行良好, 各塔点接地装置达到技术改造的目的, 接地电阻均保持在正常运行规定范围内, 对雷雨季节线路安全稳定运行提供保障。具体如下:

(1) 接地改造前后接电阻值对比, 各铁塔接地电阻均降低至2Ω以下, 效果明显, 并且经过1年的运行, 测试接地电阻均未发现超标现象。 (2) 接地引线防锈效果明显, 通过水泥隔离法新技术应用, 各铁塔接地引线未发现锈蚀迹象。

4 结束语

变电站接地电阻的现场测试分析 篇6

1 接地电阻测量方法

1.1 三极法

适应于各种接地电阻的测量, 运用二极法测量接地电阻在一定条件下其测量结果是可信的:但实际情况错综复杂, 特别是由于土壤电阻率的各向异性、工频干扰以及电位极和电流极引线间的互感等因素, 影响测量的准确性, 造成不同程度的误差。

1.2 四极法

从消除电流、电压引线间互感影响的角度来看, 是一种比较理想的方法, 能有效地消除电压测量线上的互感影响, 并且通过倒相消除地中干扰电流的影响, 从而得到真实的接地电阻值。应用四极法测量接地电阻也存在一些问题, 例如测量时间受到线路停电时间的限制;对于大型地网, 现场测量实现起来比较困难;在土壤电阻率比较高的变电站很难达到所需的测量电流等。

1.3 变频测量法

使用变频电源, 地网干扰经过选频滤波被消除, 因而测量结果不受系统电源的影响, 小会因地网是古运行或干扰信号的存在而受到影响。变频法应用频谱技术测量地网干扰信号频谱, 控制试验电源频率使之工作在末受丁扰或一扰较小的频段上。采用计算机进行数据处理, 可从测量结果中提取电流电压的同相分量了消除引线互感和地网自感的影响, 直接给出地网接地电阻值。

1.4 异频测量法

运用独特的硬、软件抗干扰方法在实验电流频率与系统工频电阻相当接近的条件下, 可获得稳定可信的测量结果, 但该法对于测量引线间的互感却很难完全避免。异频法测量技术的关键是注入地网中的电流频率异于但接近工频。由于地网的R g、与测量频率相关, 在提取异频电流、电压信号时T 0亦与f y, 相关, 因此尤必须固定在某一点。同时为丁提取异频电流、电压信号, 软硬件滤波措施都必小可少。

1.5 多电极布置法

多电极布置法是在接地极四周布置多个电流极, 使电流场地面地位分布及测量电阻值更接近于真实值, 测量误差更小;同时, 零电位点、误差补偿点向电流极移动, 在被测接地极与电压极距离不变时, 电流极与被测电极间的距离可减小。在选择变电站接地网接地电阻测量方法时, 已开始综合考虑各方面的影响因素, 采取适当的措施以减少各个环节的误差, 力求获得较准确的测量结果。

2 接地电阻测量中的干扰问题

接地网接地电阻测量中的干扰主要是电压干扰, 它包括电力系统的不平衡电流在被测地网上的工频压降, 输电线路在与其平行的电压极引线上的感应电压以及天电或无线电干扰, 当测量回路的电压极引线和电流极引线平行铺设时, 还因考虑电流引线和电压引线间的互感电势。

(1) 工频干扰的消除。接地电阻测量中的工频干扰电压可在断开测量电源的情况下测得, 由于它和接通电源后所得的电压一般是不同相位的, 所以不能直接从所测得的电压中减去, 要消除工频干扰引起的测量误差一般采用倒相法。

(2) 电压极和电流极引线间的互感电势的消除。测量引线间干扰引起的误差来源于电流线与电压线之间的互感, 故干扰电压大小正比于引线间距离及测试电流大小、频率。为减少电流极引线刘电压极引线间的互感电势, 电流线和电压线之间的距离要大于1 0 m, 这一要求在远离接线法和补偿接线法中可白然得到满足, 但在其它接线中因加以注意。

(3) 白噪声法。白噪声法是以白噪声发生器为电源, 用双通道频谱分析仪对电压信号和电流信号进行分析处理, 从而求出接地电阴的一种方法。白噪声是一种频率非常宽的一种信号, 和包含所有光谱频率的白色光相似, 可以覆盖所有的干扰频率, 双通道频谱分析仪以快速傅立叶变换 (FFT) 为基础, 具有很快的变换速度, 这两者联合运用可以得出被测接地网的接地电阻的频谱图。

3 110kV花园变接地阻抗测量

(1) 接地网概况。该变电站电压等级1 1 0 k V, 位于城区的某供电公司附楼地下负10米左右, 设备为G I S。接地网的材质为铜材, 乖直接地极为铜包钢。工程中采用联合接地方式, 通过火泥熔接将接她网与桩基钢筋连接起来构成等电位接地网络。

(2) 试验方法。本次测量采用变频小电流法进行测量, 测量仪器选用澳大利亚红相M 8 0 0 0接地网测试系统, 布线方式采用3 0度等腰夹角法, 见图1。该变电站接地网最大对角线长度约为7 5 m。经现场用G P S定位测量:电压线和电流线用专用线施放, 长度为d12=d13=180m2D, 电压极用两根钢棒打入地面, 电流极用四根钢棒打入地面, 电压极与电流极的夹角为3 0度。

(3) 测量接线。测量接地阻抗的电气接线如图2所示, 2 2 0 V工频电源经变频源变换频率后, 送至升流变, 向接地网注入电流, 进行测量。

(4) 测试结论。接地网接地阻抗测量值为0.1 0 7欧。接地引下线与接地网主网连接良好, 导通检查未发现断线情况。

参考文献

[1]大型地网接地电阻的异频测量法[J].高电压技术, 2002 (28) .

[2]宋春燕.110kV变电所接地设计问题的探讨[J].电力建设, 2003 (8) .

大型水电站接地网接地电阻测试 篇7

1 电站接地网

锦屏一级水电站大坝为305 m高的混凝土双曲拱坝, 总装机容量6×600 MW, 年平均发电量166.2 k W·h。电站出线电压等级为500 k V, 出线回路数4回, 其中3回出线至锦屏500 k V换流站 (到锦屏换流站的直线距离约为81 km) , 预留1回。发电机-变压器组采用单元接线, 500 k V侧采用4/3和双断路器的混合接线方式, 经过550 k V GIL引出至地面。

电站利用雅砻江水、坝前区、大坝迎水面和两岸边坡的低土壤电阻率区域, 综合运用均压、散流、分流和隔离等措施, 降低电站全网接地电阻。锦屏一级水电站接地系统按工程区域可分为引水发电系统和大坝两大接地系统。

(1) 电站进水口接地网通过引水钢管与地下厂房接地网连接, 通过坝前水下接地网与大坝接地网连接。

(2) 主厂房接地网通过母线洞接地网与主变压器室及500 k V GIS洞室接地网连接;通过机组尾水管与尾水调压室接地网连接;通过排风洞与坝后水下接地网连接。

(3) 500 k V GIS接地铜网及主变压器室接地网通过550k V GIL出线洞接地网与地面出线场接地网连接;出线场通过电缆沟与大坝接地网连接。

主厂房、主变洞和尾水调压室三者之间通过母线洞、交通洞和尾水洞等接地导体相互连接, 各部分接地网多重互连。在500 k V GIS开关站、出线场等处设置均压网以减少接触电势和跨步电势, 电气二次采用等电位网, 以减少二次回路干扰。通过各分网的可靠连接, 形成了一个安全有效的接地网。

2 试验原理

接地阻抗是当电流由接地体注入土壤时, 土壤中呈现的阻抗, 包括了接地体与设备间的连线、接地体本身和接地体与土壤间阻抗的总和。其值等于接地网对大地零电位点的电压和流经接地网电流的比值[3]。

被测电站土壤电阻率因测量深度和测量位置不同而不同, 且接地体的深度和结构也不规则。为简化计算, 考虑土壤电阻率为等值均匀分布, 接地体为半球形, 地中电位分布如图1所示。

如不考虑大地回流的影响, 则当一定电流经接地体流入大地时, 接地体的电位即为接地体与无穷远零位面之间的电位差。在接地体周围的电流密度大, 致使电压梯度大。而电流密度的大小与距接地体距离的平方成反比, 因此在一定范围外, 电流密度趋于零, 该处可视作大地的零电位。

三极法测量接地阻抗试验原理如图2所示。三极法是在接地装置较远处打上电流极, 在固定零区内打上电位极, 用补偿法可推导, 零区在接地网与电流极之间距离的0.618倍处[4]。图2中, G为被试接地装置;P为电位极;C为电流极;dPG为电位极与被试接地装置边缘的距离;dGC为电流极与被试接地装置边缘的距离;dPC为电流极与电位极间的距离。

采用三极法的电极直线布置法, 即被试接地装置、电位极、电流极位于一条直线上, 即dPG+dPC=dGC, 电位分布如图3所示, D为被试接地装置最大对角线长度。

dCG取接地网最大对角线长度D的4~5倍;dPG通常为 (0.5~0.6) dCG, 电位极P在被测接地装置G与电流极C连线方向移动三次, 每次移动的距离为dCG的5%左右, 当三次测试的结果误差在5%以内, 则证明电位极的位置已在零电位平台区[3]。此时, 取其三点处电压表的算术平均值计算接地网的接地阻抗。

3 电站接地电阻测量

锦屏一级电站接地阻抗测试采用电压、电流和功率表法。变频电源为F450 k VA, 测试范围为0~400 V、0~1 250 A, 电源经隔离变压器供电, 频率在40 Hz~60 Hz范围, 异于工频又尽量接近工频。电流极、电压极布置如图4所示。其中:A为接地装置 (锦屏一级水电站) ;B为电压极;C为电流极 (大沱35 k V变电站) 。锦屏西110 k V变电站至印坝子35 k V变电站的“锦-印Ⅰ线”, 和印坝子35 k V变电站至大沱35 k V变电站间的“印-沱Ⅱ线”架空线作为电流线, 现场施放同轴电缆作为电位线, 并在现场敷设电压极。

注:角度以锦屏一级水电站为原点, 正北方向为0°。

即dPG约为6.7 km;dCG约为11.0 km;电流极与电压极间的夹角θ约为0°。锦屏一级水电站的接地网最大对角线长度D约为2 km。dCG满足为 (4~5) D的要求。

在大坝蓄水前、蓄水后, 对电站接地网进行了两次接地电阻测试。蓄水后测试时, 坝前水位为1 719.74 m, 蓄水高度约139.5 m, 电站500 k V系统还未投入运行。测试数据见表2。

Z'为接地阻抗, Ω;Rg为接地电阻, Ω;Lg为接地阻抗中的电感量, H。利用式 (1) 与多次测得的数据, 可计算得到Rg和Lg值, 由此求得Z'值。

根据式 (2) 对测试数据进行修正计算。蓄水前接地网工频接地阻抗为0.435Ω, 其中电阻为0.427Ω;蓄水后工频接地阻抗约为0.424Ω, 其中电阻为0.400Ω。向地网中注入50 A电流, 测试跨步电位差和接触电位差。测得锦屏一级水电站最大实际跨步电位差为16.24 V, 最大实际接触电位差为6.81 V。

根据继电保护定值、锦屏一级水电站投运初期及远期系统归算到500 k V侧的系统阻抗、出线避雷线相关参数进行计算, 投运初期流经接地装置的最大入地短路电流为8.16 k A, 电站允许接地电阻应不大于0.612Ω;远期流经接地装置的最大入地短路电流为8.48 k A, 电站允许接地电阻应不大于0.589Ω。当人脚站立处地表面土壤电阻率为1 500Ω·m时, 允许接触电位差应不大于678 V, 允许跨步电位差应不大于1 935 V。本次试验结果均符合规程规定及设计要求。

4 结语

(1) 锦屏一级水电站接地网接地电阻0.400Ω, 小于设计值0.612Ω, 满足文献[5]规定的Z≤0.5Ω。测试方法有效, 试验结果可靠, 符合电厂的安全运行要求。随着电站蓄水的增加, 接地电阻值还可能降低。

(2) 锦屏一级水电站地处高山峡谷中, 河流的堤岸非常陡峭, 受地形影响, 采用电极直线布置法测量其接地电阻值。电极三角形布置法有引线互感小、受土壤电阻率不均匀影响小等优点, 条件允许的情况下, 可采用三角形布置法或其他方法更精确的测量, 并进行比较。

(3) 电站周围有多回35 k V、110 k V交流输电线路, 运行中的交流线路不平衡负荷引起周围变电站的零序电流对地电位的影响。测试时, 停运了周围的输电线路, 选择现场敷设同轴电缆线作为测量电压线, 减少干扰及线路间互感带来的影响;采用异频电源, 增大测试电流, 减小误差。

(4) 选用好的接地材料, 利用众多的水下钢筋网和自然接地体进行接地;充分利用水下水工建筑物中自然接地网的有效面积, 能有效降低电站接地网接地电阻值。

(5) 定期检查接地引下线的导通性能, 应无开断、松脱或蚀锈等现象。在有大入地电流的接地点附近, 如主变压器中性点、避雷线引下接地处及避雷器接地处, 加设集中接地设施。应按照规程要求, 定期测量接地网的接地电阻值, 以评价接地网的健康状况及安全性。

摘要：锦屏一级水电站地处高土壤电阻率地区, 其接地网设计能否满足运行要求, 是关系到电站安全运行的重大问题。在大坝蓄水前、蓄水后及机组投运前, 对电站接地网的接地电阻进行了测量, 其结果满足要求。同时为山区大型水电站接地网的接地电阻测试提供参考。

关键词：锦屏一级水电站,接地电阻,接地网,测试

参考文献

[1]何金良, 曾嵘.电力系统接地技术[M].北京:科学出版社, 2007.

[2]DL/T 5091-1999.水力发电厂接地设计技术导则[S].

[3]DL/T 475-2006.接地装置特性参数测量导则[S].

[4]邹建明, 蒋静坪, 李阳春.大型地网接地电阻测试方法的探讨[J].电力建设, 2003, 24 (3) :23-25.

高土壤电阻率变电站接地网设计 篇8

接地网是保证变电站设备以及人身安全的主要举措, 电网容量的不断增大也会导致入地短路电流不断提高, 但是因为变电站的占地面积较小, 所以在设计时很难将接地工频接地电阻降低到规定范围内。尤其是110k V高土壤电阻率变电站, 通常占地面积有2500~3500m2, 接地网设计难度较高。当前虽已提出了多种降阻方法, 但是在实际应用时, 如城市中心、丘陵或者是边远山区, 土地资源紧张, 这些方法的应用效果不佳。本文根据某110k V丘陵地区变电站接地网的设计进行分析, 提出有效的降阻方法。

2 变电站接地网设计中存在的问题

某变电站位于丘坡近坡脚位置, 为丘陵地貌, 依据前期岩土勘察结果来看, 地质土壤主要为粉土、粘土以及碎石。采用对称四级电阻率探测方法进行监测, 土壤电阻率钻探位置布设如图1所示。该变电站站址面积为2835m2, 占地面积为2223m2。站区的总长度为61.5, 宽度为46m, 虚线部位是原设计接地网, 长为57m, 宽为37m, 面积为2110m2。水平接地体采用的是60mm×6mm的镀锌扁钢, 按照5m×5m的间距进行布设, 埋深深度设置为1.0m。该拜大年站土壤主要分为三层:当土壤深度不超过1m时, 土壤电阻率的变化较大, 且较为不稳定;当土壤的深度为1~10m, 电阻率为150~200Ω, 电阻率较为稳定, 限值较低。当土壤深度超过20m时, 平均电阻率则超过500Ω。该水电站电阻率为先降低后上升, 是较为典型的双层高土壤电阻率变电站。该变电站接地网中存在的问题如下:

2.1 接地网存在的问题

该变电站最大的入地故障电流为IG=2k A, 依据Rg≤2000/IG, 工频接地电阻Rg≤1Ω才符合标准, 而该工程电网施工作业结束后发现该工程的接地电阻实际测量数值为5.7Ω, 不符合规范, 因此, 需要降阻。

2.2 接地网电阻超标

其次, 对该工程施工现场进行全面勘察, 并结合勘察结果发现该工程接地网设计和施工中存在的问题主要如下:因为站址地基一半回填, 一半推山组成, 原土和回填土不能很好地融合, 部分回填土中也含有大量的碎石, 若没有进行反复夯实, 则会造成接地网多处悬空, 这就是造成实测电阻率差的重要原因, 也是对接地网的稳定性造成影响;同时, 因为该变电站的占地面积较小, 造成接地网的面积较小, 使得接地电阻不能降低到规定范围内。

3 高土壤电阻变电站接地网设计

3.1 接地装置设计

通常情况下在进行接地装置设计时, 需要根据具体的情况来选择一些常用措施。具体实施过程中, 可以利用埋设长垂直接地极、水平接地带换土及加降阻剂等方法进行交替使用, 也可以利用地下水的降阻作用, 并采用超深井接地及利用架空地线杆塔接地系统等来进行接地装置的设置, 以此来达到减小接地电阻的目的。

3.1.1 垂直接地极的设置

通常会在地网上设置3m左右的垂直接地极, 但其对减少接地电阻所起作用不大, 通常会设置在避雷器或是避雷线等处, 加强对雷电流的散泄作用。也可以在地网中间或是外缘位置设置几个垂直接地极, 起到稳定电网的作用。

3.1.2 接地装置的网孔设计

通常情况下, 接地装置的网孔都要在16个以上, 一些大型的接地网中, 网孔设置也不宜超过32个。而且在具体设计中, 一味的增加均压带根数也无法无限制的减小最大接触系数, 因此在接地装置设计时只能采用不等间距风格法进行设计。

3.1.3 通过增加埋深及转换土壤减小接触电阻

通常会取0.7m深度的埋深进行接地网敷设, 这样接地电阻能够最大程度的减小。对于一些小面积的地网, 为了有效的减小接触电阻, 可以利用置换和化学等方法来对接地体周围的土壤进行改善, 但其对减小接地电阻所起到的作用并不大。另外, 可以将接地装置的四角做成圆弧形, 这样对接地网外直角处的跨步电势能够起到有效的改善作用。同时四周外加深接地体的埋设深度也能够减小接触电阻。

3.2 设置接地引下线

对于接地引下线截面需要其不小于热稳定所允许的截面, 同时要按照工程的使用年限来考虑腐蚀的影响, 这也是当前电力行业标准中对于接地引下线的截面作出的具体要求, 介对于每个设备接地引下线的根数则没有进行具体的规定, 针对于不同的工程其理解也会存在一定的差异。

3.3 选择适宜的高电阻率接地材料

3.3.1 地网规格的影响

为分析接地网面积对网内电位差的影响, 采用网孔大小为10m、导体半径为0.01m的接地网, 土壤为100Ω·m的均匀土壤, 地网材料为高电阻率材料, 接地网为方形接地网, 入地短路电流为1k A, 改变接地网的边长, 得到图1所示的接地阻抗幅值和网内电位差随接地网边长的变化。

从图1可以看到, 随着接地网边长的增加, 接地阻抗不断减小并有饱和的趋势, 而网内电位差正好相反, 随着地网边长的增大, 网内电位差不断增大并有饱和的趋势。接地网边长为500m的地网的网内电位差比50m的地网大35.856%。由于大型高电阻率材料接地网的网内电位差比中小型接地网增大较多, 并且大型接地网的入地短路电流也比中小型接地网大很多, 高电阻率材料的通流能力往往较差, 一般无法满足大型接地网的热稳定要求, 所以虽然高电阻率接地材料具有良好的耐腐蚀性能, 就目前高电阻率材料的研究制备水平来说, 其更适合用于中小型接地网。

3.3.2 土壤电阻率的影响

为分析土壤电阻率对高电阻材料接地网接地参数的影响, 采用接地网面积为100m×100m, 网孔大小为10m, 接地导体半径为0.01m, 入地短路电流为5k A, 得到土壤电阻率对接地阻抗和网内电位差的影响如图2所示。

从图2可以看到, 尽管高电阻率材料的接地阻抗幅值比铜的大, 但随着土壤电阻率的增加, 高电阻率材料和铜材接地网的接地阻抗基本上都是线性增加的, 两者之间的差值基本不变, 而高电阻率材料接地网的网内电位差先增幅较大, 之后出现了饱和趋势。值得注意的是, 土壤电阻率从100~2000时, 高电阻率材料的接地阻抗幅值增加了5.298倍, 网内电位差的增幅仅为24.881%, 所以高电阻率材料接地网的网内电位差随着土壤电阻率的变化并不大。即使在土壤电阻率较高的地区, 采取相应的控制网内电位差措施, 高电阻率材料仍可以作为接地网材料。

3.3.3 导体截面积选择

《交流电气装置的接地设计规范》 (GB/T50065-2011) 中规定接地导体 (线) 的最小截面应符合下式的要求:

式中:Sg为接地导体 (线) 的最小截面, mm2;Ig为流过接地导体 (线) 的最大接地故障不对称电流有效值, A;te为接地故障的等效持续时间, s, 一般为后备保护动作时间 (0.5s) ;C为接地导体 (线) 材料的热稳定系数。

对于接地网的主引下线, 可能需要承受总的故障电流。考虑到较大的短路电流, 以及铜的良好通流能力和耐腐蚀性能, 建议接地网的主引下线全部采用铜材当总故障电流为20k A时, 需要的铜材截面积为:, 采用40mm×5mm铜排或者TJ-185mm2铜绞线就能够满足要求。接地网接地导体主要起横向流散入地短路电流的作用, 但是当发生站内接地短路故障时, 站内提供的短路的电流也将通过这部分导体作为回流通道, 当短路电流从接地网的交叉部分注入, 假设电流向四周均匀流散, 则各部分导体的轴向电流为总故障电流的1/4, 如果从导体的中间部分注入则为1/2。考虑一定的裕度, 根据国标的要求, 取分流系数为75%。因此, 主接地网接地导体的最大轴向电流为20×75%=15k A。由于高电阻率接地材料热稳定系数较低, 在同等大小的短路电流下, 其所需导体的截面积比铜和钢大很多。

4 结束语

综上所述, 高土壤电路变电站接地网设计要求较高, 需要采取适宜的降阻措施才能保证运行安全与稳定。本文结合实例, 主要从接地装置设计以及接地材料的选择入手进行分析。该工程投入运行后稳定性较高, 说明此次设计优良。

摘要：对于高土壤电阻率地区变电站接地系统的接地电阻一般不符合相关规范, 依据设备运行安全以及人身安全的相关要求, 需对接地网设计的影响因素进行考量。本文结合工程实例对高土壤电阻率变电站接地网设计进行分析, 供相关人士参考。

关键词：高土壤电阻率,变电站,接地网设计

参考文献

[1]刘浔, 文远芳, 张大鹏, 等.水下地网在山区高土壤电阻率地区变电站接地网改造中的应用[J].水电能源科学, 2010, 28 (11) :149~151.

[2]迟春娟, 迟连国.高土壤电阻率地区变电站接地电阻降阻措施探讨[J].新疆电力技术, 2010 (4) :30~32.

[3]蔡建初.高土壤电阻率地区大中型接地网施工设计的探讨[J].气象研究与应用, 2010, 31 (4) :100~103.