高土壤电阻率110kV变电站接地网设计研究

高土壤电阻率110kV变电站接地网设计研究

王祥好

煤炭工业合肥设计研究院安徽合肥230041

摘要：针对110kV变电站占地小、外引接地网困难的特点，结合工程实际经验，分析如何确定接地电阻目标值，提出降低接地电阻的方法，着重讨论立体接地网的优点，并对接地网设计中常遇到的问题提出建议。

关键词：高土壤电阻率；110kV变电站；接地网；设计

引言

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，所以在设计和实际施工时很难将工频电阻降低到规定范围内。尤其是在高土壤电阻率变电站，通常占地面积有1000～5000㎡，接地网设计难度较高。本文根据某110kV变电站接地网的设计进行分析，提出有效的降阻方法。

1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。该变电站总长度为45m，宽度为35m，站址面积为1575㎡，。该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•m，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•m。该电站电阻率为先降低后上升，是较为典型的高土壤电阻率变电站。

该变电站最大的入地故障电流为IC=2kA，依据Rg≤2000/IC，工频接地电阻Rg≤1Ω才符合标准，而施工作业结束后发现接地电阻实际测量数值为5.7Ω，不符合规范，因此，需要降阻。

进而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出线层次性差别的重要原因，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。

2高土壤电阻变电站接地网设计

2.1接地电阻理论计算与分析

采用水平接地极为主边缘闭合接地网的变电站接地电阻可利用下式计算：

因此，在进行接地装置设计时，针对以上式子中参数，可以采用改变土壤电阻率、增加接地极长度、增加接地网总面积、利用埋设长垂直接地极、水平接地带换土及加降阻剂等措施来达到减小接地电阻的目的。

2.2接地装置设计

该工程根据实际情况，采用以下措施减小接地电阻：

2.2.1垂直接地极的设置

通常会在地网上设置若干个3m左右的垂直接地极，一般设置在避雷器或是避雷线等处，加强对雷电流的散泄作用，也可以在接地网四周或是水平交叉点设置几个垂直接地极，但其对减少接地电阻所起作用都不大。

2.2.2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，可以利用置换土壤和化学等方法来对接地体周围的土壤进行改善，实际工程中，110kV变电站多处在偏远山区、丘陵地区，良好的黏土不易取得，甚至要大量购买田园土，费用大。

该站为水泥厂配套设置的110kV变电站，在水泥厂整个工程建设时，将其他地方开挖的黏土集中堆放在变电所附近，接地网敷设完成后用于回填，这样既不增加额外投资，又保证了变电站土层为电阻率较低的黏土。

2.2.3接地网规格

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、导体为60mmx6mm的扁钢的接地网，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1kA，改变接地网的边长，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，呈不断增大并有饱和的趋势。地网面积增大一倍时，电位差减小35.8%。在本工程中最终采用5mx5m的接地网格，并设置均压带，使得跨步电压、接触电压均限制在较低值。

2.2.4其他措施

将变电站的金属围栏、构架、土建基础等与接地网可靠连接，实现等电位连接，减少电位差的危险，同时利用架空线地线的分流作用，减少入地电流。在室外主变、断路器、隔离开关等场地设置鹅卵石等高电阻率材料。

有些工程中采用导电性能好的铜导体代替钢材料，虽然能在一定范围内降低接地电阻，但是一般接地网导体的用量都非常巨大，这样的做法使造价费用提高，并不推荐。

3结束语

综上所述，需要采取适宜的降阻措施才能保证运行安全与稳定。而在实际工程中应根据变电站的规模和站址所处的地质、地形、周围环境条件等情况综合考虑，选取效果较好、经济合理且安全可靠的降阻措施，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。施工后，经实际测量，变电所接地网接地电阻到达规范要求。

参考文献

[1]覃乾振.容县城南110kV变电站接地网设计[J].广西水利水电，2013（2）：71-73.

[2]李作洪.太古汇110kV变电站防雷接地设计及施工技术[J].广东土木与建筑，2012（10）：19-21.