变电站接地网降阻方法及应用浅析

变电站接地网降阻方法及应用浅析

王云电

（国网福建送变电工程有限公司福建福州350013）

摘要：变电站接地网是维护变电站运行可靠安全，保障人员和设备安全的重要措施，随着电力系统的发展，接地短路电流越来越大，随着集约型GIS变电站的日益普及，占地面积小了，接地网的可用面积也小了，对接地装置可靠性提出了更高的要求。本文浅析某220千伏变电站土壤电阻率高，通过多方案论证比较，因地制宜，采取了外引接地网+降阻剂的措施，达到降阻目的，确保该站接地电网满足安全运行要求。

关键词：变电站；外引；接地网；效用

在电力系统中，接地网作为变电所交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的作用。根据变电站防雷设计的整体性、结构性、层次性、目的性，及整个变电站的周围环境、地理位置、土质条件以及设备性能和用途，采取相应雷电防护措施，保证变电站设备的安全稳定运行。

1变电站接地网电阻偏高原因分析

1.1土壤电阻率偏高

干旱地区、沙石土层等相当干燥，而大地导电基本是靠离子导电，干燥的土壤电阻率偏高，对系统接地电阻影响较大。

1.2设计误差

有的在设计接地时，根据地质资料查找设计手册所对应的土壤电阻率，而未通过实地测量或者测量值不准确。特别是测量值不准确，一般是由于设计人员在现场采用四极法测量原土层的土壤电阻率而产生的。这种方法虽然符合设计规范要求，比较科学而且准确的，但是四极法是属于在场地中抽样测量，在接地网埋设处地质经常出现断层，地电阻率是不均匀的，例如山坡地形往往还需要在不同的方位、不同的方向进行测量，找出沿横向、纵向和不同深层的土壤电阻率。

1.3施工不细致

对于不同地区变电站的接地来说，不仅精心设计重要，严格施工更重要。因为对于地形复杂，特别是位于岩石区的变电站，接地网水平接地沟槽的开挖和垂直接地极的打入都十分困难。而接地工程又属于隐蔽工程，施工过程中出现下列问题都会导致地网阻偏高。

(1)没有在原土层上施工，而是回填了一部分回填土后再施工。

(2)下层地网引出至上层地网的连接点没有全部引出，或者是引出后没有作好标记，导致下层地网没有与上层地网有效连接，失去下层地网应有的作用。

(3)回填使用了部分建筑垃圾、大块的沙石等材料。没有用细土回填，分层进行夯实。

(4)接地网在土建施工过程中遭遇比较严重的破坏，导致全站接地网各处的接地电阻值测量值有巨大的差异。

1.4运行过程中产生变化

有些接地装置在建成初期是合格的，但经一定的运行周期后，因下列问题，导致接地电阻变大。

（1）由于接地体的腐蚀，使接地体与周围土壤的接触电阻变大，特别是在山区酸性土壤中，接地体的腐蚀速度相当快，会造成一部分接地体脱离接地装置。

（2）在接地引下线与接地装置的连接部分，因锈蚀而使电阻变大或形成开路。

（3）接地引下线、接地极受外力破坏而损坏等。

2降低接地网电阻的主要措施

2.1引外接地

在高土壤电阻率地区高，当变电站主接地网的接地电阻难以满足要求时，且附近有可设置人工接地装置的低土壤电阻率地区或水源，可以采取引外接地措施以降低接地电阻。

2.2.深井接地

由变电站外延接地线，沿围墙外打一排接地井，用钻机钻孔，把直径100mm的镀锌钢管接地极打入井孔内，并向井内灌注泥浆。和其它辅助降阻措施相比，深井接地法有以下优点：大大降低了接地电阻，不占用变电站外面积，设计寿命可以非常长，设计裕度较大；深层的土壤电阻率不受气候、季节影响，数值稳定。但是深井接地受地质的影响，如果地质为坚硬的中风化或弱风化的岩层，打井的难度较大，费用较高，效果也受影响。

2.3低电阻接地模块

低电阻接地模块是一种以非金属材料为主的接地体，它由导电性、稳定性较高的非金属矿物和电解物质组成，低电阻接地模块内置有金属极芯，将其与被保护对象的地线相连接，使入地电流泄放到大地，能获得低的接地电阻，其机理：增大了接地体本身的散流面积，减少了接地体与土壤层间的接触电阻，具有强吸湿保湿能力，充分发挥了模块材料的导电作用。接地模块的成本要比传统方法相对大些。

2.4换土

在土壤电阻率高的地区进行换土，是普遍采用的有效办法，且施工简单。接地设计采用换土，在土层厚度不能满足要求的地方，沿水平接地体挖接地槽，施工时在接地槽和接地坑内先铺设20cm厚的黏土并夯实，再放接地体，回填土层层夯实。

2.5使用降阻剂

目前降阻剂主要有两种类型：化学和物理降阻剂。化学降阻剂由高分子材料、电解质和水组成，注入土壤可迅速在土壤中凝成电阻率低的根须状连续胶体，从而增大接地体的有效接地面积，提高接地体散流效果化学降阻剂存在一定的环境污染问题，且随时间推移，降阻效果也会降低，已逐渐不再使用。现在降阻剂推荐采用物理降阻剂。物理降阻剂由导电的非电解质固体粉末及起固化作用的水泥组成，其电阻率低，主要靠导电粉末起到降阻作用，降阻性能不受环境pH值、温度及湿度的影响。

2.6斜井降阻

通过非开挖技术(类似敷设电缆的外顶管技术)，将接地极从站内的主接地网边缘，沿着变电站的进站道路和线路的终端塔(建筑的保护距离区间内)外引至站外电阻率较低的地区，达到理想的扩网效果。由于斜井里的接地极是埋设在道路或架空线行(属于永久性设施)地下几米深的土壤中，不会遭遇外部破坏和产生危险的跨步电压。斜井的具体实施过程中，要根据周围的地质情况，确定斜井的数目及延伸的方向、敷设的长度。钻头入土的角度、埋设深度，使其可以避开地下管网到达预定地点。斜井降阻法也受到地质条件的影响较大且费用较高。

3.某变电站接地网降低电阻方案分析和实施

3.1某变电站站址概况

某变电站坐落于福建省沿海地区的一座小山上，为GIS型变电站，围墙内占地面积95米*98.3米，地质以山地为主，砂石多，土壤电阻率高。初步地质报告显示，该变电站的土壤平均电阻率为980.Ω•m，属于高土壤电阻率地区。

3.2该变电站接地网设计指标及实测值情况

经设计核算，本站站内220kV侧两相接地短路的入地短路电流最大，为17.23kA，该站接地网的接地电阻设计值为2Ω，但是施工人员在现场实测接地电阻校验值为2.2Ω不满足设计要求。

3.3该变电站接地网降低电阻方案分析和实施

经判断分析，该站土壤电阻率高，使得接触电势不满足要求，综合上述地网降低接地网电阻的主要措施及该变电站所处的地理环境，设计拟定下列两个方案，进行论证分析。

3.3.1方案选择

方案一：站内采用低电阻接地模块，站外沿围墙设6米深井接地极。

方案二：采用外引接地及埋设降阻剂。

在站内主接地网施工告一阶段后，对阶段完成的站区接地网接地电阻作了初步测试，以判断主要外引接地措施，经测试，站区已完成的接地网接地电阻不能达到设计要求，应该采取进一步降低接地电阻的措施。

考虑到围墙周边亦以山地，地层主要以强风化花岗岩为主，接地深井6米深效果有限，与外引接地相比，在本工程中降阻模块的性价比不高。站区外沿山路往下，盘山公路两侧以树林为主，覆盖土层约为2米，且愈往下，海拔低，愈接近海面，土壤的电阻率也愈下降，且外引接地网有扩展潜力，还有关键一点，公路两侧1.5米内属于征地范围，无需另行征地。综合考虑，选择方案二。

3.3.2方案实施

本变电站海拔约80米，有盘山公路蜿蜒进站，站外盘山公路间形成林带，外引接地网充分利用站门口及公路两侧的水沟底的土地，并沿公路两侧向下延伸，外延接地网做成约15米*15米的网格，采用—60*8的镀锌扁钢做水平接地体，埋深为1.0米左右，地网交点处打50*5*1500的角钢，地网入口处设“帽沿式”均压带。

3.3降阻剂的应用

降阻剂采用GPF-94高效膨润土降阻剂。该降阻剂属于物理降阻剂，在接地网地槽开挖时，要求槽底宽度达到0.3米，先铺设降阻剂约0.15米厚，然后埋设接地扁钢，再铺设降阻剂0.15米厚，保证降阻剂截面应达到0.3米*0.3米，后再用回填土层层夯实。

4.接地网电阻测试情况

图1变电站接地阻抗测量记录

结束语

接地网设计与施工必须予以高度重视。高土壤电阻率区的变电站，应根据所区地质和环境条件，采用效果好、经济、合理、安全、可靠的辅助措施，因地制宜，综合治理来降低接地电阻。变电站外引接地网的采用要因地制宜，结合周边地势，地质情况，施工和征地的难度等综合考虑，在该变电站工程实践中，考虑了工程实际，采用了有效且便于实施的措施，收到了良好的效果。

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作者介绍：

王云电（1967.12.23），性别：男；籍贯：福州；民族：汉；学历：本科、学士；职称：工程师；职务：变电质检专责；研究方向：电力工程；单位：国网福建送变电工程有限公司；