110kV变电所接地设计问题的探讨

　　宋春燕

（杭州市电力局，浙江杭州310009）

摘要：针对城市变电所接地网设计的特点，分析如何确定接地电阻目标值，结合工程实际经验，提出降低接地电阻的方法，并对接地网材料、土壤电阻测量准确性等问题提了一些建议。
关键词：城市变电所接地网设计

0引言
在城市变电所的接地网设计中，尤为明显的特点和困难是：(1)由于城市规划寸土寸金，变电所占地面积越来越小，对于3台主变，30回出线这样规模的户内变电所，一般占地面积需2000～2500m2左右；(2)变电所附近没有可以利用的空地，接地网不能外引，一般只能在围墙内这部分面积采取措施；(3)1／2～1／3接地网敷设在变电综合合楼的下面，在投产运行后，很难进行再次开挖改造。针对城市户内变电所的以上特点，本文将总结在城市变电所接地网设计中的一些经验，以供大家参考。
1接地电阻
在接地网设计中应先计算出流经接地装置的入地短路电流I值，然后取下面两式中较大的I值。
所内发生接地短路时：

其中Imax—接地短路点的最大接地短路电流；　　
In—流经变电所接地中性点的最大接地短路电流；
　　Ke1、Ke2—所内和所外短路时，避雷线的分流系数。
　　计算分流系数先要分析每个变电所的实际情况。对于架空线路的地线，应了解有无绝缘装置和避雷线的型号；对于电缆线路，应了解有无保护器和回流缆。对于保护器，无绝缘装置的地线，才考虑分流作用。流经接地网的入地短路电流，应按系统最大运行方式进行计算，并考虑5～10年的发展，同时还考虑到因零序保护的要求，需要经常断开一部分变压器的接地中性点运行，从而使接地短路电流有所减小。另外，当接地短路发生在接地网内或在接地网外，分流系数差别很大。在高电阻率地区，如果缺乏计算分流系数的资料时，根据国内外的试验资料和计算结果，可取Kf1＝0.5(接地网内短路)；Kf2＝0.1(接地网外短路)。
　　由于系统短路容量的不断增大，或遇到高土壤电阻率、接地面积太小等因素，在工程设计中经常碰到的情况是：根据简易公式或思瓦兹公式得出计算值，很难满足,但又远小于5Ω。为取得较好技术经济指标，一般采用这样的思路解决问题：
(1)计算分流系数，确定入地短路电流I，计算。
　　(2)设计水平接地网，运用简易公式或思瓦兹公式，计算工程可能达到的接地电阻值。
(3)采用有效减小接地电阻方法，使接地电阻满足。
(4)碰到需要进行极不合理投资，才能满足目标值时，不必强求一定要满足但也不能任意抬高接地电位，而是合理采取措施，有效降低电阻，然后主要考虑采取均压措施，验算接触电势和跨步电压、验算3～10kV阀型避雷器不应动作，并采取各种保护隔离措施。
2不等距水平接地网的设计
接地网通常是由埋深为0．6～0．8m的水平接地体为主，相隔适当距离加角钢垂直接地体（长2．5m）为辅的复合接地网组成。接地网内的最大接触电势发生在边角网孔上，用边角网孔电势设计均压网是相当安全的，水平接地网设计成不等距的均压网，即靠近外缘均压带密，中心地带均压带疏。均压网的面积是决定接地电阻的主要因素。
　　网孔电势，是指接地网方格网孔中心地面上的一点和接地网之间的电位差。因为接地网绝大部分部位的接触电势都要比边角网孔电势小，如果在边角网孔地区适当加强均压，补增接地带，或在这些部位采用高电阻率的路面结构层等安全措施后，就可以采用次边角网孔电势来设计均压网，次边角网孔电势比边角网孔电势小20～30。
　　均压网的网孔个数或横向和纵向埋设的均压带根数增加到一定值后，最大接触系数下降很慢，具有饱和的趋势。因此，采用过小的均压带间距D或过多的增加均压带的根数是不适宜的。一般可采用均压带平均间距为5m至10m。当总的均压带根数(纵、横两个方向之和，包括四周围)小于17根时，长孔的接触电势小于方孔的接触电势,宜用长孔接地网；总的均压带根数大于等于18根时，长孔的接触电势大于方孔的接触电势，宜用方孔接地网。
　　最大跨步电压发生在接地网外直角处且距接地网的距离为(h－0.4)和(h＋0.4)两点间(h为接地网埋深)。当围墙采用砖、石结构时，最好在均压网外距离等于接地网埋深处建造围墙，以使最大跨步电压出现的地方恰恰为围墙位置所占据。
　　接地网的四角做成r＝D／2弧型，能比较显著地减小接地网外直角处的跨步电压。在变电所的进、出口处，埋设帽檐形辅助均压带，可使跨步电压下降20～40，改善这些地面上的电位分布；也可结合道路的施工，采用高电阻率的路面结构层作为安全措施。
　　当接地网的埋设深度达到一定时，接地电阻减小得很慢，同时考虑到尽量减少接地工程的土方工作量，接地网的埋设深度一般取0．8m。
3减小接地电阻的方法
3.1深井接地
深井接地可以克服场地窄小的缺点，也不受气候、季节等条件的影响。根据实际经验，附加于水平接地网的垂直接地体，接地电阻仅能减少2．8～8，只有当这些附加的垂直接地体的长度增大到可以和均压网的长、宽尺寸相比拟，均压网趋近于一个半球时，接地电阻才会有较大的减小，可减小30左右。
　　在110kV常安变电所接地网设计和施工中，接地网面积为4000m2，常规水平接地网敷设完成后，实测接地电阻为1．88Ω，再采用接地网四周打4根40m左右深井接地方案。第1根深井完成连到主接地网后，实测接地电阻为1．75Ω，第2根连上后为1．6Ω，第3根连上后为1．57Ω，第4根连上后为1．17Ω。
深井接地要注意以下几个方面：
　　(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，只能保证最起码的消防、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，

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