110千伏变电站接地设计探讨

110千伏变电站接地设计探讨

宋春艳

(杭州电业局，浙江杭州310009)

摘要：根据城市变电站接地网设计的特点，分析了如何确定接地电阻的目标值，结合实际工程经验，提出了降低接地电阻的方法，并对接地网材料、土壤电阻测量精度等问题提出了建议。关键词：城市变电站接地网设计

0引言在城市变电站接地网的设计中，明显的特点和难点如下：(1)由于城市规划的节地，变电站占地面积越来越小。室内变电站3台主变压器，30条出线，一般面积需要2000~2500m2左右；(2)变电站附近没有可用的空地，接地网无法引出。一般只能在围栏的这一部分采取措施；(3)变电站综合楼下敷设1/2 ~ 1/3接地网，投产后难以再进行开挖和改造。针对城市室内变电站的上述特点，本文将总结一些城市变电站接地网设计的经验，供大家参考。1接地电阻在接地网设计中，应先计算流经接地装置的接地短路电流I值，然后取下面两个公式中较大的I值。接地短路时：Imax——接地短路点的较大接地短路电流；in——流经变电站接地中性点的较大接地短路电流；Ke1、Ke2——变电站内外发生短路时避雷针的分流系数。在计算分流系数之前，应分析每个变电站的实际情况。对于架空线路的接地线，要知道是否有绝缘装置和避雷针的类型；对于电缆线路，要知道是否有保护器和回流电缆。对于保护器，考虑采用不带绝缘装置的接地线进行分流。流经接地网的接地短路电流应按系统较大运行方式计算，并考虑5 ~ 10年的发展。同时，由于零序保护的要求，需要经常断开一些干式变压器的接地中性点，从而减少接地短路电流。此外，当接地网内部或外部发生接地短路时，分流系数变化很大。在高电阻率地区，如果没有计算分流系数的数据，可以根据内外的试验数据和计算结果，取Kf1=0.5(接地网短路)；Kf2=0.1(接地网外短路)。由于系统短路容量越来越大，土壤电阻率高，接地面积小等因素，工程设计中经常遇到按简单公式或Schwarz公式计算值难以满足，但远小于5 的情况。为了获得更好的技术经济指标，一般采用以下思路解决问题：(1)计算分流系数，确定短路电流I入地，计算。(2)设计水平接地网，用简单公式或施瓦茨公式计算本工程可能的接地电阻值。(3)采用有效降低接地电阻的方法，使接地电阻满足。(4)当需要不合理的投入才能达到目标值时，不必坚持达到目标值，可以任意提高接地电位。相反，应该采取合理的措施来有效地降低阻力。然后，主要考虑采取均衡措施，检查接触电位和跨步电压，检查3 ~ 10 kV阀式避雷器不应动作，采取各种保护和隔离措施。2等距离水平接地网的设计接地网通常由埋深为0.6 ~ 0.8m的水平接地体复合接地网组成，并辅以适当距离的角钢垂直接地体(长2.5m)。接地网中的较大接触电势出现在角网上，因此用角网电势设计均衡网络是相当安全的。水平接地网设计为不等均压网，即均压带靠近外缘，中心稀疏。均压网络的面积是决定接地电阻的主要因素。网孔电位是指接地网栅孔中心地面上的一点与接地网之间的电位差。由于大部分接地网的接触电位小于角网的接触电位，如果在角网区域适当加强电压均衡，则应增加接地带，或采取安全措施，如铺设接地网 #p#分页标题#e#

当均压带总数(纵向和横向之和，包括周围面积)小于17时，长孔的接触电位小于方孔，应采用长孔接地网；当均压带总数大于等于18条时，长孔的接触电位大于方孔，应采用方孔接地网。较大阶跃电压出现在接地网外侧的直角处，距接地网的距离在(h-0.4)和(h 0.4)之间(h为接地网埋深)。当栅栏是砖石结构时，较好在与接地网埋深相等的距离处筑起栅栏，使较大跨步电压出现的地方正好被栅栏位置占据。接地网的四个角做成R=D/2的弧形，可以显著降低接地网外直角处的跨步电压。在变电站进出口处埋设边缘形辅助均压带，可降低20 ~ 40的跨步电压，改善这些地面的电位分布；也可结合道路施工作为安全措施。当接地网埋深达到一定水平时，接地电阻下降缓慢，考虑到尽量减少接地工程的土方工作量，接地网埋深一般取0.8m。3降低接地电阻的途径3.1深井接地可以克服场地狭小的缺点，不受气候、季节等阈值的影响。根据实践经验，附着在水平接地网上的垂直接地体的接地电阻只能降低2.8 ~ 8。只有当这些额外的垂直接地体的长度增加到与平衡栅的长度和宽度相当，并且平衡栅接近一个半球时，接地电阻才会大大降低30%左右。110kV长安变电站接地网的设计和施工中，接地网面积为4000m2。常规水平接地网敷设后，测得的接地电阻为1.88，然后接地网周围的4口深井接地。较好口深井接入主接地网后，测得的接地电阻为1.75，第二口深井接入后为1.6，第三口深井接入后为1.57，第四口深井接入后为1.17。应注意深井接地

意以下几个方面： (1)深井接地的深度，要大于接地面积的等效半径。 (2)深井接地的布置要合理。为避免垂直接地极的屏蔽作用，根据规程要求，垂直接地极的间距不应小于其长度的两倍。 (3)计算用的土壤电阻率取值要正确。土壤电阻率的测量如果只有十几m的极间距离，则只能反映表层的电阻率，如果计算用ρ和实际存在较大偏差，将直接影响整个接地网的设计。 (4)慎用降阻剂，由于深井穿透水层，降阻剂会污染水源，目前一些地区为保护水资源已禁止采用降阻剂。应树立环保意识，慎用降阻剂。3.2使用新型接地体 IEA为电解离子接地系统（IonicEarthingArray）简称。接地体内呈空圆形状，外表是铜合金，内部含有特制的电解离子化合物。IEA接地系统的工作原理是由于大气压力的改变和自然空气的流动，促使空气流入IEA顶端的通气孔，使之与接地极内的金属盐化合，经过吸湿处理形成电解液。这些电解液聚积在接地极底部并溢出，向四周扩散而形成“接地根”，使土壤电阻降低，从而达到接地电阻持续降低的效果。 在庆春变的接地网设计中，接地电阻的目标值确定为0．49Ω，采用常规接地网与IEA接地环网相结合的方案。水平网的接地电阻为：为使接地电阻小于0．49Ω，IEA接地环网采用8套IEA电极，每根IEA电极长为3m，间距约为20m，埋设在常规水平网下0．5m左右。8套IEA电极互相之间用铜缆相互连接，成IEA接地环网，而且每套IEA电极都要与常规水平网采用一点连接，IEA环网与常规水平网采用火泥熔接方式。 IEA接地环网的接地电阻为R2＝0．6387Ω。庆春变综合网的接地电阻设计值为R＝目前，庆春变接地网已施工完毕，经实测，综合网的接地电阻为0．29Ω，效果比较理想。3.3埋设原土层 在接地网的设计中，还应考虑到变电所场地回填对接地电阻的影响。 110kV变电所的所址场地标高应考虑高于50年一遇洪水位，并高于城市规划道路的道路标高。综合这两个因素，有的变电所要将现有场地填高2～3m。 分析比较各变电所的岩土工程勘察报告，大部分情况是：当距地表下1m深处时，电阻率变化稍大；当距地表下5m深处时，电阻率变化不大；但总的来说，原土层的土壤电阻率较低，在30～100Ω·m左右；而填土层多为塘渣、煤渣、砾石等，土壤电阻率较高，在300～1000Ω·m左右。在接地设计中埋深如取0．8m，当变电所填高2～3m后，水平接地体将敷设在填土层中，土壤电阻率很高，接地电阻将达不到要求。在110kV五杭变电所接地设计中，所址场地需回填2．5m，在比较多种设计方案后，采用将接地扁钢敷设在原土层，用土壤电阻率较低的原土回填，并夯实，如图1所示方案，取得较好的效果。 在接地网的具体施工时，一定要与土建工程配套施工，并应参加有关隐蔽工程的验收工作。3.4扩大接地面积 扩大接地面积对减小接地电阻，作用较为显著。直接扩大变电所接地网面积，往往受变电所四周场地的限制。特别是城市户内变电所，布点越来越困难，周围常有住宅、公建等设施，只能保证较起码的消防、环保距离，故这个方法在城市户内变电所接地设计中常常无法实施。 一种新的思路是：在接地网周围布置斜向垂直接地极。垂直接地极既可深入土壤电阻率低的地层（起到深井接地效果），又能间接扩大接地网面积。接地极的一端连在接地网上，#p#分页标题#e#

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