110kV变电站接地网改造方案探讨

110kV变电站接地网改造方案探讨

赵修品

（乌海海金电力勘测设计有限责任公司内蒙古乌海016000）

摘要：变电站发生系统故障时，短路等故障电流将通过接地网排入大地，接地电阻值偏大的话，将产生很大的电位差，甚至局部电位会超过安全值，对人身及设备造成严重危害，因此变电站的设计中对接地网的电阻值有着严格的要求。本文即结合具体工程案例详细阐述了110kV变电站接地网改造方案。

关键词：110kV变电站；接地网；降阻；改造；深井

一、变电站概况

某110kV变电站是在山坡推倒后大约二分之一回填的基础上建立起来的。但是在该变电站投产前经过测量得到的接地阻抗严重超标，变电站接地电阻设计初始值为0.5Ω，但现场实测接地电阻值为1.2Ω，土壤电阻率达1000Ω•m，远远超出了设计值的要求，为变电站的安全运行埋下了隐患。接地阻抗超标严重影响了该变电站的投产计划和设备的安全运行以及人身安全，因此有必要对其地网进行改造。

二、接地电阻的要求及接地网数据分析

（一）接地电阻的要求

为使变电站安全运行，接地网接地电阻需低于规定值，DJ8-79电力设备接地设计技术规程指出，对于中性点直接接地系统，当I>4kA时，可采用R≤0.5Ω，同时根据《交流电气装置的接地》，一般情况下，接地电阻应符合R≤2000/I，此时可通过技术及经济的比较来增大接地电阻值，但需不高于5Ω，同时应对转移点位、跨步电压及接触电压等进行控制。这样即放宽了电阻值的要求，但由于现阶段没有充足的理论依据来对转移电位、跨步电压及接触电压等的控制提出具体措施，因此在设计中更青睐于采用R≤0.5Ω的要求。

（二）接地网数据分析

在变电站接地网的设计中，接地网面积约为86m×72m，以镀锌扁钢作为水平接地体，接地网做成5m×5m的网格，水平接地体交叉点插入镀锌钢管作为垂直接地体，通过热稳定校验确定扁钢规格。该站的110kV侧最大短路电流为33.78kA，根据接地线截面积校验，使用50m×50m规格镀锌扁钢可满足要求，垂直接地体则采用准50m、δ3.5mm、长2.5m的镀锌钢管。

变电站接地电阻需通过土壤电阻率进行估算，土壤电阻率勘测结果见表1。

式中：S为变电站接地网的面积，m2；ρ为土壤平均电阻率，Ω•m。取ρ=190Ω•m，带入公式得出接地电阻近似值为1.2Ω。由于垂直接地体采用的镀锌钢管长度为2.5m，远小于变电站接地网的有效半径，因此无法有效的增加接地网立体结构，这种设计形式的接地网降阻效果仅为2.8%到8%。可见当按最佳情况考虑时，接地电阻计算值约为1.1Ω，仍超过了R≤0.5Ω的要求，因此需对该变电站接地网的设计进行降压改造。

三、110kV变电站接地网改造方案

（一）常见的降阻方法

常见的降阻方法主要有5种，第一种是增加接地导线的接地面积，有效地减少接地电阻。第二种是接地网直接垂直于地体表面。第三种是敷设水下接地网。第四种是利用自然接地体如混凝土结构物中的钢筋骨架、金属管道等来自然接地，起到降阻的作用。第五种是采用高效的降阻剂，最常用的降阻剂就是木炭或是食用盐。

（二）本工程降阻方案

1、施工方案

根据对现场地形和地质状况考察和分析，确定如下方案：在110kV变电站四周建立3个深井接地网，深井深度为10m左右，井底面积为4m2左右，且每个深井内部经过土壤置换和防渗处理后，与主网相连（见下图所示）。同时，考虑到屏蔽问题，深井接地体一般应设在主网边缘，且间距应达到接地体长度的2~3倍。

2、施工原则

（1）在有效长度范围内，深井的埋设地点应尽可能选择在土壤电阻率小的地方，且远离热源；

（2）深井接地体的埋设地点应避开强腐蚀性物质，并尽量远离人们经常活动的区域，否则应采取措施防止跨步电压危害；

（3）采用同种耐腐蚀金属材料，以焊接方式确保接地系统埋地部分电气连接牢固可靠；

（4）应采用搭接焊，搭接长度不得小于扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍，且应多边焊接；

（5）建议焊缝长度不小于100mm，不得有虚焊、漏焊现象；

（6）垂直接地体的埋设间距宜在5m以上，水平接地体的埋设间距宜为6～10m；

（7）须仔细清除焊渣，并在焊接部位涂覆沥青或其他防腐材料，作好防腐处理；

（8）以原土或细黏土回填，应保证接地体周围有30～50cm细土，并适量洒水，充分夯实。

（三）现场试验

针对以上采取的综合降阻措施和围墙边缘的均压设计，我们使用工频大电流法和多功能接地参数测试仪进行接地阻抗和地面电位分布试验，对改造效果进行了验证。

1、接地阻抗测量

（1）采用工频大电流法测量接地阻抗，在变电站东北角打下电流极3，然后取0.6d13（d13为电压极1与电流极3间的距离）的距离打下电压极2，电压极4离电压极1为15m远，注入电流47A，分别读取电流表和三个电压表的数值，经过计算，接地阻抗为0.73Ω，符合规程要求。

（2）采用多功能接地参数测试仪测量接地阻抗，多功能接地参数测试仪是一台采用异频电源法对接地阻抗进行测量的仪器，测量结果显示接地阻抗值为0.762Ω，符合规程要求。

从测量结果可以看出，多功能接地参数测试仪测得的阻抗值比使用工频大电流法测得的数值大，这是因为根据公式Z=U/I，在测量的过程中，工频大电流法受到接地体上零序电流等干扰信号的影响，电流回路中叠加了一个工频干扰电流，使电流回路中流过的电流增大了，虽然电压回路也受到了工频信号的干扰，但是电压回路的工频信号干扰作用较小，所以工频大电流法测得的接地阻抗值偏小。

2、地面电位分布试验

使用多功能接地参数测试仪，每隔0.8m对变电站围墙边缘的地面电位分布测量一次，所测得的最大跨步电压为243.12V，小于跨步电压目标值552V的要求。

结语

综上，随着电力系统容量的增大和变电站占地面积的局限，对于一个具体的接地工程，仅仅采用一种降阻措施并不能达到要求，这时就需要认真勘察变电站周围的地形和地质情况，根据这些条件，采取综合降阻措施，完成设计。

参考文献：

[1]赵雪菲.110kV变电站设计技术问题探讨[J].中国电力教育.2011(36)

[2]张建，宋宇卓，李新.变电站接地电阻计算及其降阻方案探讨[J].中国电业(技术版).2011(01)