浅谈110kV用户站和防雷共用接地系统

浅谈110kV用户站和防雷共用接地系统

朱春雷

北京华夏顺泽投资集团有限公司北京100068

摘要：通过上海某超大型商业综合体110kV变电站，高压系统接地和建筑物防雷接地共用接地网，并满足相关系统要求来探讨大型商业综合体一般情况下用户站高压系统接地是否可以和建筑物防雷共用接地系统。

关键词：高压系统接地、防雷接地、共用接地

随着社会和经济的发展，人口向着城市集中，使之涌现出许多大城市乃至超级大城市，而商业也由之前的离散型、小规模逐渐向集中型、大规模方向发展，且多以片区中心为主线，进而涌现出许多大体量、用电量极大的大型商业综合体，此类项目从市政引来中压10kV回路数需求量很大，且大部分区域电站很难提供大量10kV出线，而现在大城市以35kV作为城市主电网又不会太多，故需要电压等级更高的110kV进行供电。用户高压变电站的设计一般是电力设计院设计，接地装置一般也是单独设计，但是作为用户站，管理权归属项目建设方，不存在因共用接地系统而存在系统维护及产权上的纠纷，是故本文试图通过某项目经验探讨高压电力装置接地和建筑物共用接地的可行性。

一、接地要求

1、110kV高压系统接地要求

根据GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》第4.2.1.1条：对于有效接地系统和低电阻接地系统，接地网的接地电阻宜符合R≤2000/IG。故障电流的分流系数涉及到站内接地故障和站外接地故障，站外故障又涉及到2个不同的电源站的故障电流。故障电流的流向也非常复杂，此处不做详细探讨，故障电流分流涉及到很多因素，存在不确定性，出于保守故本文分流系数按照0.8考虑进行相关计算，如果在分流系数很大的情况下也能满足接地要求，则在实际分流系数减小后必能满足接地要求，所以高压系统要求接地网的接地电阻应为R≤2000/（20*103）＝0.1Ω，而上海电网规定10kV变配电站内电力设备的接地电阻不大于1Ω，故本项目高压接地系统接地电阻选取0.1Ω。

2、低压系统接地要求

根据JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》第12.4.2条：低压系统中，配电变压器中性点的接地电阻不宜超过4Ω（高土壤电阻率地区除外）；GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》、GB50348-2004《安全防范工程技术规范》、GB50198-2011《民用闭路监视电视系统工程技术规范》等规范要求，电子信息设备单独设置接地时，接地电阻不大于4Ω，采用共用接地时，接地电阻不应大于1Ω。目前在设计时都会考虑造价相关内容，所以为了降低造价一般都是采用防雷接地和电子信息设备共用一套接地装置的设计思路，《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012等规范要求：“防雷接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置时，接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定”。所以低压系统接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小接地电阻值确定，即接地电阻不应大于1Ω。

综上高低压系统接地电阻值的相关规定，应按照最严要求进行设计才能满足各个系统的要求，所以本项目接地电阻取值应为R≤0.1Ω。

二、接地电阻计算

本项目由两座高度为分别为m和m的超高层塔楼、m酒店以及m的裙房组成的商业综合体，经计算本建筑物防雷等级为二类防雷建筑物，考虑到本建筑物塔楼高度很高，容易受到雷电袭击，所以接闪器和接地网都是按照高规格的一类防雷建筑物进行设计（即屋面以25x4mm的镀锌扁钢组成6x4m或5x5m的网格作为接闪器）。由于防雷接地系统相关规范并未提供具体的接地电阻的具体计算方式，只对接地电阻大小有具体的要求，一般都有预留设置人工接地极的接口；而且在这些系统中对接地电阻要求最高的是高压系统接地，接地电阻R≤0.1Ω，高压系统接地给出了接地电阻相关计算方式，所以接地电阻按照规范GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》附录A提供的高压系统接地电阻计算方法进行计算。

1、土壤电阻率

经过专业测试公司测试，地表下最深至m处的土壤电阻率参数。从表中数据可以看出在10米深以内，电阻率变化幅度大，除CE5点外，超过10米深，土壤电阻率变化幅值趋于稳定，所以纵深方向土壤电阻率分层现象不明显，按照均匀土壤进行计算，本项目接地装置利用承台内不小于φ16mm的结构钢筋作为水平接地极，而承台位于地下约m深处，按照下表地下30m~40m的土壤电阻率在5.71~52.4Ω?m之间波动，根据视电阻率可以看出只有CE5点的土壤电阻率波动比较大，其他点位土壤电阻率波动幅度稳定。根据下面接地电阻相关计算公式可以看出，在其他条件相同的条件下，电阻率与接地电阻大小成正比，为确保接地电阻能够满足要求，土壤电阻率取不利的情况下的值（即ρ=45Ω?m）进行计算。

2、均匀土壤中水平接地极为主边缘闭合的复合接地极的接地电阻计算：

Rn为任意形状边缘闭合接地网的接地电阻（Ω）

Re为等值方形接地网的接地电阻（Ω）

S为接地网的总面积（m2）S=35121m2

d为水平接地极的直径或等效直径（m）d=16mm=0.016m

h水平接地极的埋设深度（m）h≈31m

L0为接地网的外边缘边线总长度（m）L0≈868.8m

L为水平接地极的总长度（m）L≈8810.6m

3、均匀土壤中垂直接地极的接地电阻计算：

利用结构桩基内2根不小于φ16mm主钢筋作为垂直接地极并与就近水平接地极进行电气连通，所以垂直接地电阻大小取决于结构桩的有效长度。由于本项目由层裙房、一座m塔楼、一座m塔楼以及m的酒店组成，占地面积大，业态构成复杂，所以不同区域的桩基深度差异也比较大，桩长详见图二。虽然桩基达到一定深度可能到达岩层，导致电阻率增大，而上海临海，地下水位很高，岩层很深，本项目在桩基最深处地下水还是很多，需要通过降水井进一步降水，故不存在土壤电阻率急速上升的情况。从图中可以看出最大桩长与最小桩长差19.1m，为了保证在最不利的情况下接地电阻也满足要求，故本次校验选取最短桩长进行校验。

根据以上计算可以看出在不计分流系数，土壤电阻率取较大值及桩长取较小值的情况下，计算电阻仍然小于0.1Ω，所以整个项目采用联合接地系统是完全满足110kV系统接地电阻值的要求。

三、结论总结

本项目为二类防雷建筑物，但是接地网格是按一类设计，为了保证结论的准确性，现按二类防雷计算校验。一类防雷是在屋面设置25x4mm镀锌扁钢组成5x5m或6x4m组成网格作为接闪器，而二类防雷是按12x8m或10x10m组成的网格作为接闪器，所以整个水平接地极的总长度大约是一类的一半即L=4405m，其他不变，Re=0.09，Rn=0.949*0.09=0.085Ω，接地电阻R=0.081Ω≤0.1Ω，故即使按照二类防雷建筑物设防，接地电阻也满足要求。

一般能申请用到110kV供电都是大面积、大体量的项目，接地网的总面积比较大，水平接地极长度长；而上海又属于湿润地区，土壤含水量较高，土壤电阻率也相对较低，所以上海能达到使用110kV供电要求的项目，其接地系统和防雷接地共用一套接地装置一般情况下完全可以满足电力系统的接地电阻不超过0.1Ω的要求。

参考文献

[1]GB/T50065-2011交流电气装置的接地设计规范

[2]GB50057-2010建筑物防雷设计规范

[3]GB50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范

[4]DL/T621-1997交流电气装置的接地

[5]JGJ16-2008民用建筑电气设计规范

[6]GB50116-2013火灾自动报警系统设计规范

[7]GB50348-2004安全防范工程技术规范

[8]GB50198-2011民用闭路监视电视系统工程技术规范

[9]JGJ16-2008民用建筑电气设计规范

[10]上海电网若干技术原则的规定（第四版）

[11]工业与民用供配电设计手册（第四版）