110kV变电站接地网降阻解决方案及应用
发表时间：2019-11-29T15:47:19.137Z 来源：《中国电业》2019年16期作者：杨敏
[导读] 经济的发展，城市化进程的加快，人们对电能的要求也逐渐增加。
摘要：经济的发展，城市化进程的加快，人们对电能的要求也逐渐增加。用电量大幅提升，对电网的安全运行要求大幅提高，接地网系统安全问题日益显著。接地系统是变电站的重要组成部分，接地电阻是接地网的重要指标，以及判断变电站接地系统是否安全的重要依据。当电力系统发生接地短路故障时，约有0.5倍短路电流流入接地网中，使得接地网电位升高，这会严重威胁变电站运维人员的安全。所以有效的降低变电站接地网电阻，并对接地网进行优化设计，具有重要意义。本文就110kV变电站接地网降阻解决方案及应用展开探讨。
关键词：变电站；接地电阻；降阻
引言
变电站接地系统是保证变电站安全、可靠运行的重要系统，对变电站接地电阻值的要求也比较高。近年来，由于接地阻值不能满足要求而造成的系统事故逐年增多，为避免由于接地网反击电压对计算机监控系统、微机保护、自动控制装置的干扰，必须将变电站的工频接地电阻降低到0.5Ω以下。变电站接地是否合理是直接决定人身安全以及电气设备和过电压保护装置正常工作的一个重要条件。变电站接地装置为电气设备提供一个公共的参考地，在出现接地或相间短路系统故障时，将故障电流迅速释放掉，从而防止变电站地电位升高，保证人身和设备安全。因此，变电站接地网接地电阻是电力安全生产及鉴定接地系统是否符合规程要求的重要指标。
1、110kV变电站主接地网型式
目前，110kV变电站采用的接地网型式为水平敷设的接地干线为主，垂直接地极为辅联合构成的复合式人工接地装置。水平接地体的材料多为镀锌扁钢，针对全户内变电站，由于地网面积小，经地质勘测确认强碱性土壤地区或对钢制材料有严重腐蚀的中性土壤站址应采用铜排，其具有电阻率低、导电性好，抗腐蚀性强的特点；垂直接地极采用镀锌角钢，也可采用镀铜钢钎。
2、接地电阻的要求
为使变电站安全运行，接地网接地电阻需低于规定值，DJ8-79电力设备接地设计技术规程指出，对于中性点直接接地系统，当I>4kA 时，可采用R≤0.5Ω，同时根据《交流电气装置的接地》，一般情况下，接地电阻应符合R≤2000/I，此时可通过技术及经济的比较来增大接地电阻值，但需不高于5Ω，同时应对转移点位、跨步电压及接触电压等进行控制。这样即放宽了电阻值的要求，但由于现阶段没有充足的理论依据来对转移电位、跨步电压及接触电压等的控制提出具体措施，因此在设计中更青睐于采用R≤0.5Ω的要求。
3、有效降阻措施
3.1常用降阻方案
土壤电阻率过高是造成接地电阻不满足要求的主要原因，大量工程也是针对这点进行降阻改造，针对土壤电阻率的主要降阻措施有以下几种方法：（1）外引接地。外引接地是将变电站主接地网与变电站附近土壤低电阻率的辅接地网进行相连，这样可以降低接地系统的接地电阻。采用该方法时要注意变电站主接地网和辅助接地网之间存在电位差。（2）井式或深钻式接地极。当地下较深处的土壤电阻率较低时，可采用井式或深钻式接地极。采用钻机钻孔（也可利用勘探钻孔），把钢管接地极打入井孔内，并向钢管内和井内灌满泥浆。（3）增加接地网面积。接地网面积的平方根与接地电阻值成反比，因此适当的增加接地网的面积，能够有效的减少接地电阻，但应用此方法要充分考虑变电站地形以及征地面积。（4）换土法。在接地体周围1~4m范围内，换上比原来土壤电阻率小得多的土壤，可以是黏土、泥炭、黑土等，必要时也可以使用焦炭粉和碎木炭。换土后，接地电阻可以减小到原来的2/3~2/5。这种方法，其土壤电阻率受外界压力和温度的影响变化较大，在地下水位高、水分渗入多的地区使用效果较好，但在石质地层则难以取得较满意效果。（5）降阻剂法。降阻剂又分为化学降阻剂和物理降阻剂;化学降阻剂主要有离子棒、高分子吸水材料、电子导电材料、盐类等，但这些降阻剂与接地体结合起来均会因原电池效应而加剧接地体的腐蚀，化学降阻剂已经禁止使用。而物理降阻剂是指膨润土和碳类降阻剂，该类型的降阻剂对接地体没有腐蚀效应，可以采用。（6）敷设水下接地网。充分利用水工建筑物（水井、水池等）以及其他与水接触的混凝土体内的金属体作为自然接地极，可在水下钢筋混凝土结构内绑扎成许多钢筋网中，选择一些纵横交叉点加以焊接，并与接地网连接起来。当利用水工建筑物作为自然接地极仍不能满足要求，或利用水工建筑物作为自然接地极有困难时，应优先在就近的水中敷设外引接地极。该接地极应敷设在水流速不大处或静水中，并要回填一些大石块加以固定。利用自然接地体和采用深井接地都是从接地网立体深度上对接地电阻进行改造，均有着非常好的效果。增加接地网面积则是最为直接的降阻手段，但其涉及征地等额外成本，实施起来经济性较差，如本站想降到0.5Ω，需将接地网扩大为原来的4倍，因此该方法需针对实际情况进行综合分析来决定是否采用。
3.2案例应用
某110kV变电站接地深井降阻方式的应用。某110kV变电站，采用全户内布置，占地面积约为4570m2，本站的接地网采用水平敷设的接地干线为主，垂直接地极为辅联合构成的复合式人工接地装置，水平接地体埋深0.8m，采用规格为-30×4mm的紫铜排，垂直接地体采用规格为准16mm×2500mm的镀铜钢钎。主接地网接地电阻计算值约为2.27Ω。本站单相短路电流有效值约为4.76kA，考虑到避雷线分流50%左右，全站入地短路电流约为2.38kA。根据规程，变电站接地电阻应小于2000/I，即0.84Ω。如不能满足，可适当放宽至5000/I，即2.1Ω。校核接触电压所要求的最大接地电阻R=1.42Ω，跨步电压所要求的最大接地电阻R=6.84Ω。本站需降阻至1.42Ω以满足接触电势的要求。工程地网部分施工完成后，经测试，主接地网电阻为1.21Ω，可以满足要求。本站采用接地深井降阻方式，降阻部分投资约17万元，达到降阻要求，在规划区域无法采用扩大地网面积等其他方式降阻的前提下，该方案经济合理。
结语
变电站发生系统故障时，短路等故障电流将通过接地网排入大地，接地电阻值偏大的话，将产生很大的电位差，甚至局部电位会超过安全值，对人身及设备造成严重危害，因此变电站的设计中对接地网的电阻值有着严格的要求。降低变电站中接地电网电阻值至要求值以下，是保证变电站工作人员及设备安全性的重要方法。变电站接地网电阻受到变电站占地面积、土壤电阻率、施工工艺等条件的影响，应依据工程实际情况对接地网进行设计，选择合理高效的降阻措施具有非常重要的意义。
参考文献
[1]马绍明，肖隆君，罗洪文，等.高土壤电阻率条件下永陵变电站接地网的改进措施及建议[J].农村电气化，2017（2）：14-15.
[2]马力.季节性冻土地区变电站接地系统安全分析及降阻措施研究[D].西南交通大学，2018.
