谈变电站岩石地质接地电阻降阻

谈变电站岩石地质接地电阻降阻

杨宏程

中国能源建设集团广东火电工程有限公司

摘要:本文详细分析了影响接地电阻的几个关键性因素，介绍了减阻剂的机理和施工方法，并详细讨论了QS变电站岩石地质接地电阻的减阻方案。希望给其他工作人员有所参考。

关键词：牵引变电所；岩石地质；降阻方案

1前言

接地是为了使电气设备的未充电金属部分与地面间建立良好的连接。这是保证电气系统正常运行，电气设备安全运行和人身安全的重要措施。

2变电站岩石地质接地电阻降阻方案

由于诸如专用变电站线路的出口，供电臂的长度以及工人生活区的位置，特别是在山区，变电站的位置通常会遇到岩石地质问题。根据接地电阻的要求，岩石地质的土壤电阻率相当大，一般在1000Ω·m以上：当I<4000A时，R≤2000/I（Ω）；当I≥4000A时，R≤0.5（Ω）。变电站事故短路电流可达数千安培，所以变电站接地电阻值一般要求R≤0.5（Ω）。对于岩石地质变电站，土壤电阻率高，地电阻率要求很小，传统的设计和施工不能满足要求。这个矛盾如何能够经济合理地解决，首先定性分析与接地电阻有关的因素。

2.1增大散流面积

变电站场所的大小受到供电方式的限制。因此，为了增加散射区域的尺寸，只应增加接地体的数量和接地体的尺寸。但考虑到接地体之间的相互屏蔽作用，垂直接地电极之间的距离要求不小于接地体长度的2倍；水平接地体间距不小于5m。在现场网络的某个区域的情况下，接地体的数量将受到限制，因此流动面积的增加将主要取决于增加接地体的尺寸。目前，变电站一般采用Φ22热镀锌圆钢作为水平接地体，50×50×5角钢作为垂直接地电极。如果通过增加钢材的尺寸来增加接地体的尺寸，从技术和经济的观点来看是行不通的，因此出现了减阻剂。以下是对降阻剂的机理的描述：（1）降阻剂本身的电阻非常低，一般小于5Ω·m，甚至小于1Ω·m。（2）降低接地电阻。（3）渗透作用。铺设减阻剂后，糊状减阻剂会有一定的渗入周围土壤的范围，在地下形成根状浸润区，使周围土壤的电阻率大大降低从而降低了接地电阻。

2.2降低土壤电阻率

垂直接地极一般长为2.5m角钢，水平接地深度仅为0.6-0.8m深。即使施加降阻剂，也只能改变表面电阻率，不能从根本上解决岩石地质电阻率问题。要解决这个问题，一般有两种方法：（1）深井接地，即接地极深入土层，含水层或土壤，因其电阻率小；（2）外部接地是将接地体引至低湿度或土壤电阻率区域的变电站接地附近。当接地电阻率约为100Ω·m时，相对于1000Ω·m的岩石地质电阻率，接地电阻率降低近10倍。因此，接地电阻值R显着降低。根据以上分析，有许多方法可以降低接地电阻值。使用的具体方法必须基于具体情况，优化设计方案。由于变电站考虑了电气设备的接地和其内的阶跃电压，水平接地体和垂直接地电极在地面形成接地网。由于岩石地质的土壤电阻率较大，很难通过增加地网面积来实现目标，甚至使其成为一个整体铜板不能完全提高接地电阻值。这是因为500kV变电站的地面面积一般为300x240=72000m2。即使考虑垂直接地极和降阻剂等因素，R值也会远远大于0.5Ω。因此，在这种情况下，应考虑深井接地或外部接地。使用哪种方法取决于变电站周围的具体地质条件。如果变电站周围有一些岩石地质，低电阻率的优质土壤会远离变电站。在变电站附近，河床不高，或地下水层不太深，考虑到深井接地更经济，施工期间环境干扰因素较少。下面以500kVQS变电站为例进行说明。

500kVQS变电站围墙站内面积72000平方米，属于常规布置型变电站。西面挖方区地质属花岩层，面积约28000平方米，电阻率大于1000Ω·m。水平接地体Φ22热镀锌圆钢总长17300m，垂直接地极50×50×5角铁2.5m共380条，与管桩打入地下用GJ-1*37-24.5镀锌钢绞线500米。各接地之间采用搭接焊，焊接处要切实做好防腐防锈措施。水平与垂直横竖交叉处用独立圆钢焊通，接地体必须全部连接贯通，中间遇到电缆沟及部分埋管时，可从底部通过，接地网距离沟底500mm以上。接地体施工时与土建密切配合，在施工过程中标明各接地体的具体定位尺寸，以免随后的土建施工破坏主接地网。在铺设减阻剂前，测得的接地电阻值为2.8Ω。我们在围墙四周垂直接地电极和水平接地体上施加20t电阻降低剂。测得的电阻值稳定后为1.2Ω，远远不能满足要求。在距离距变电站周边有两处鱼塘。因此，考虑使用深井接地更为经济。在变电站的四个角落及其它区域，均匀分布钻20口Φ160H=25m的深井，然后铺设降阻剂并埋入电解离子接地电极。深井可根据钻孔位置地质状况，适当调整深井位置和深度。离子接地电极的安装须满足厂家的安装要求，并使用降阻剂使土壤与接地极充分接触，待其稳定后，测得的接地电阻为0.37Ω（满足要求）。深井位置的选择考虑了整个场的均匀分散，并且尽可能对称布置。根据现场实际情况优化设计方案，对于降低接地电阻和节省投资至关重要。但由于降阻剂在接地工程中的重要性，降阻剂种类的选择和施工控制不容忽视。

2.3降阻剂的机理与敷设

2.3.1降阻剂的机理

降阻剂分为物理降阻剂和化学降阻剂两种。配方不同，质量参差不齐，价格差异很大，剂量不同，使用时间也比较长。耐化学药品减少剂主要由Cl-，SO42-，NO3-和构成电解质盐的金属离子作为导电物质组成。电解质浓度或电离度越大，电阻率越低。然而，由阴离子引起的金属腐蚀也更严重。同时因季节性水位的起伏，会出现电解质损失，尤其是水分干燥时，或者电解质在低温下会冻结，电阻率会增加，失去减少的能力抵抗性。因此，耐化学药品性降低剂的电阻降低不仅不稳定，而且对接地体的腐蚀性也很大。物理降阻剂消除了腐蚀，减少了腐蚀性电解质。强碱弱酸盐对金属有很强的亲和力。非电解质固体粉末不是导电材料，不受任何环境的影响。它稳定持久，可以很好地发挥减阻剂的减阻特性。

2.3.2水平接地体降阻剂敷设

（1）挖掘接地沟槽，深度约0.8m，宽度底部约0.8m。（2）在地沟中敷设0.4m低电阻率的土壤。（3）在黄土层挖出0.1m×0.1m的小沟，然后放入接地的热镀锌圆钢中，用石子临时支撑。（4）根据减阻剂干粉冰=1：0.8的比例将减阻剂配制成浆料，然后倒入小槽中。（5）初始沉降后的减阻剂，回填0.4m厚的黄土，接着回填场地土壤，最后压实。

2.3.3垂直接地极降阻剂的敷设

（1）将接地电极的接地电极切割至约3.0m深。（2）将直径为100-200mm的钢管插入接地坑，然后将黄土填入钢管周围。不要先压紧，然后将接地角钢插入钢管中间。（3）用减阻剂浆料填充钢管并取下钢管，用量约为15kg/m。（4）在减阻剂初次凝固后，回填场地土壤并压实。

2.3.4深井接地极降阻剂的敷设

（1）先用钻机钻一个直径160-180mm的孔，如果有条件的话，可以同时使用水封破裂技术来人为地在岩井中形成缝隙。（2）将接地角钢插入孔的中部，然后填充制备好的减阻剂浆液，用量约为15kg/m。

3结论

对于岩石地质变电所接地电阻的施工，要根据现场实际情况，首先考虑降阻剂的辅助使用。当减阻效果不能满足要求时，可考虑进一步的接地或深度钻井。远程陆基井和深度钻井的经济和技术方面存在差异，都是不错的选择。

参考文献

[1]曾嵘,周佩朋,王森,李志忠,张波.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(09)

[2]王培军,付学文,魏智娟.新型高效降阻接地模块的研究与应用[J].电瓷避雷器.2012(01)

[3]山区建筑防雷接地的降阻方法[J].李秀强,申碧梅.电世界.2000(03)

[4]冯霞.接地装置的设计及降阻材料应用[J].云南电力技术.2002(02)