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1、摘要：本文根據(jù)多個(gè)變電所接地項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)踐，結(jié)合防雷接地技術(shù)與電力系統(tǒng)自身特點(diǎn)，整理了變電所接地設(shè)計(jì)的基本步驟和思路。關(guān)鍵詞：變電所接地  接地設(shè)計(jì)  設(shè)計(jì)思路 引言電力系統(tǒng)中，變電所接地安全至關(guān)重要，其設(shè)計(jì)也十分復(fù)雜。變電站接地包含工作接地、保護(hù)接地、雷電保護(hù)接地。工作接地即為電力系統(tǒng)電氣裝置中，為運(yùn)行需要所設(shè)的接地；保護(hù)接地即為電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架和線路桿塔等，由于絕緣損壞有可能帶電，為防止其危及人身和設(shè)備的安全而設(shè)的接地；雷電保護(hù)接地即為為雷電保護(hù)裝置向大地泄放雷電流而設(shè)的接地。近年來，隨著防雷行業(yè)的不斷發(fā)展，防雷接地科研成果的推陳出新，許多防

2、雷企業(yè)受邀參與電力系統(tǒng)變電所接地項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工，尤其是在高電阻率地區(qū)的變電所，其降阻十分困難，防雷企業(yè)進(jìn)行了深度降阻的研究，形成了一套較科學(xué)的降阻思路，為電力建設(shè)提供了很多幫助。但是，變電所地網(wǎng)安全除了對(duì)接地阻抗有要求外，還對(duì)地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、使用壽命、跨步電位差、接觸電位差、轉(zhuǎn)移電位危害等提出了較高的要求。因此，一個(gè)科學(xué)、完善、系統(tǒng)的變電所接地方案應(yīng)該突破只做降阻設(shè)計(jì)的思路，綜合考慮各方面的要求，形成完整的設(shè)計(jì)方案。一般新建變電所接地設(shè)計(jì)分為以下步驟： 第一步、原始信息的收集及勘察內(nèi)容。接地設(shè)計(jì)中，原始信息的收集尤為重要，原始信息的準(zhǔn)確與全面將直接決定設(shè)計(jì)的質(zhì)量。一般變電所地網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)收

3、集地網(wǎng)的用途、接地電阻值、使用年限、計(jì)算用流經(jīng)接地裝置的入地短路電流、接地短路電流持續(xù)的時(shí)間、地勘報(bào)告、氣候特點(diǎn)等內(nèi)容。對(duì)于土壤電阻率較高的變電所，現(xiàn)場(chǎng)勘察應(yīng)重新測(cè)試土壤電阻率并與地勘報(bào)告相比較，土壤電阻率的準(zhǔn)確與否將直接決定降阻設(shè)計(jì)的成敗。站內(nèi)土壤電阻率獲知后，還需了解變電所周邊情況，了解河流走向，地下水位，周邊植被、土層結(jié)構(gòu)、可利用的接地面積以及周邊典型地點(diǎn)的土壤電阻率。對(duì)于工程設(shè)計(jì)，還需要考慮項(xiàng)目實(shí)施的難度和成本，現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)應(yīng)了解交通、人工、機(jī)械、水電、征地費(fèi)用等多方面情況，達(dá)到設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)且可實(shí)施。 第二步、降阻措施的選擇。變電站地網(wǎng)建設(shè)一般要求在站內(nèi)完成降阻及安全保障設(shè)計(jì)，這對(duì)

4、土壤電阻率較低的地區(qū)是不難的。但是，對(duì)于很多高土壤電阻率地區(qū)的變電站，僅利用站內(nèi)的面積是無(wú)法達(dá)到較高要求的接地電阻值。為此，應(yīng)先根據(jù)公式R：地網(wǎng)接地電阻：土壤電阻率.m S：地網(wǎng)面積m2估算地網(wǎng)大概需要的面積，然后確定需要采用的降阻措施。降阻措施的確定應(yīng)該遵循科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、可實(shí)施的原則?？茖W(xué)的降阻措施一般包括：橫向擴(kuò)大地網(wǎng)面積、大面積換土、網(wǎng)路回填電阻率低的物質(zhì)、縱向延伸地網(wǎng)至土壤電阻率較低的地方、敷設(shè)水下地網(wǎng)、采用高效降阻材料等，但針對(duì)不同變電所接地項(xiàng)目，還需作經(jīng)濟(jì)性能比較和現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)施條件的確定。多個(gè)工程案例初步表明: 1、橫向擴(kuò)大地網(wǎng)面積的措施需要大量的征地，而征地工作是建設(shè)工程中

5、難度很大的一項(xiàng)工作，往往將導(dǎo)致整個(gè)工程成本增加很高甚至無(wú)法實(shí)施；2、大面積換土的措施涉及到買土、運(yùn)輸、回填量大等問題，工程成本也比較高，建設(shè)方一般無(wú)法承受；3、網(wǎng)路回填電阻率低的物質(zhì)目前使用較多的為物理長(zhǎng)效降阻劑；4、縱向延伸地網(wǎng)至土壤電阻率較低的地方的措施使用最多的為深井接地，深井接地的降阻機(jī)理分為兩部分，一是通過深井接觸地下水或地下土壤電阻率較低的地方，從而降低接地電阻；二是通過深井及配套材料，擴(kuò)大及改善接地體周圍土壤的散流效果，從而降低接地電阻；5、敷設(shè)水下地網(wǎng)措施一般用在水源較近且難度很大的接地設(shè)計(jì)中采用，一般用在山區(qū)水電站接地項(xiàng)目中；6、采用高效降阻材料，目前使用的離子接地體等高效接

6、地材料經(jīng)濟(jì)性價(jià)比較高，尤其是在高土壤電阻率地區(qū)的接地設(shè)計(jì)中被廣為采用。 第三步、降阻材料的選擇。采用高效的降阻材料是降阻的最便捷方式。許多高土壤電阻率地區(qū)的變電所最終降阻成功，都得益于材料使用的正確。但是，材料應(yīng)用的原則應(yīng)該在考慮降阻的同時(shí)，考慮其防腐，這關(guān)系到地網(wǎng)的使用年限，如果材料防腐蝕能力差，不能達(dá)到設(shè)計(jì)年限，同樣會(huì)因接地材料的失效而引起變電站運(yùn)行事故。下表對(duì)常用接地材料的降阻效果、防腐蝕能力、成本作大概的比較，以供參考：材料名稱降阻效果耐腐蝕性單個(gè)成本用量總體成本100.m500.m1000.m鍍鋅角鋼2500×50×50×538.37191.8

7、6383.70較差低很大高銅包鋼17×250038.59192.95385.90好較低很大高離子接地體50×30004.1320.6541.30好高少低通過上表可以看出，采用傳統(tǒng)接地材料如角鋼扁鋼，雖然單位材料的價(jià)格便宜，但實(shí)際應(yīng)用于整體項(xiàng)目時(shí)，由于其降阻效果差和使用年限低，一方面必須增加用量，同時(shí)擴(kuò)大征地面積；另一方面腐蝕太快，中間維護(hù)和改造頻繁，最終產(chǎn)生的費(fèi)用很高，同時(shí)容易給變電所運(yùn)行帶來很大的安全隱患；而采用降阻效果好的、防腐蝕能力強(qiáng)的接地材料，雖然單位材料的價(jià)格較高，同樣在應(yīng)用于整體項(xiàng)目時(shí)，由于其降阻效果好和使用年限長(zhǎng)，一方面用量少，不需要大面積征地，另一方面抗腐蝕

8、能力強(qiáng)，中間不需要維護(hù)和改造，最終成本反而很低，同時(shí)保證了地網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。所以，設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)全面綜合比較選擇材料，從而獲得最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。 第四步、接地材料熱校驗(yàn)及壽命。一般校驗(yàn)過程如下：根據(jù)公式：公式：接地線最小截面mm2：流過接地線的短路電流穩(wěn)定值A(chǔ)：短路的等效持續(xù)時(shí)間sC：接地線材料的熱穩(wěn)定系數(shù)。在校驗(yàn)接地線的熱穩(wěn)定時(shí) 、 及c應(yīng)采用下表所列數(shù)值。接地線的初始溫度一般取40ºC。在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，應(yīng)按專用規(guī)定執(zhí)行。系統(tǒng)接地方式cº鋼鋁銅有效接地單（兩）接地短路電流見a）和b）70120210低電阻接地單（兩）接地短路電流2s70120210不接地、消

9、弧線圈接地和高電阻接地異點(diǎn)兩相接地短路電流2s70120210a）發(fā)電廠、變電所的繼電保護(hù)裝置配置有2套速動(dòng)主保護(hù)，近接地后備保護(hù)，斷路器失靈保護(hù)和自動(dòng)重合閘時(shí)， 可按下式取值 式中： 主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間s      斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間s      斷路器開斷時(shí)間sb）配有一套速動(dòng)主保護(hù)、近或遠(yuǎn)（或遠(yuǎn)近結(jié)合的）后備保護(hù)合自動(dòng)重合閘，有或無(wú)斷路器失靈保護(hù)時(shí)， 可按下式取值 式中： 第一級(jí)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間s根據(jù)熱穩(wěn)定條件，未考慮腐蝕時(shí)，接地裝置接地極的截面不宜小于連接至該接地裝置的接地線截面的75

10、。必須說明的是，對(duì)于復(fù)合金屬如銅包鋼，表面的銅層很薄，主要用于防腐蝕，熱校驗(yàn)的時(shí)候應(yīng)該完全按鋼材質(zhì)校驗(yàn)，但防腐應(yīng)采用銅的腐蝕率計(jì)算。     接地材料的壽命關(guān)系到接地網(wǎng)的整體安全，防止一定年限后地網(wǎng)因腐蝕出現(xiàn)斷開、接觸不良等情況，導(dǎo)致安全事故。材料經(jīng)過熱校驗(yàn)后，還應(yīng)采集材料埋設(shè)環(huán)境的腐蝕率，以30年壽命為例，計(jì)算其被腐蝕程度。材料最終尺寸應(yīng)該大于滿足熱校驗(yàn)的尺寸與30年被腐蝕尺寸之和。以陜西府谷縣XX變電站項(xiàng)目水平接地材料選擇過程如下：熱校驗(yàn)得接地線最小截面為469.4mm2最初選擇60 8 熱鍍鋅扁鋼作為設(shè)備引下線，未考慮腐蝕時(shí)，接地裝置接地極的截面：

11、 滿足要求。主接地網(wǎng)腐蝕率：0.065mm/年；考慮壽命：30年主接地網(wǎng)取一根60 8 熱鍍鋅扁鋼 則：60 （80.065 30）363mm2<469.4 mm2      不滿足要求，需要采用更大型號(hào)鋼材或使用銅材，最終確定采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的銅包鋼線。 第五步、地網(wǎng)跨步電位差、接觸電位差校驗(yàn)高接地電阻要求的地網(wǎng)形狀一般包含站內(nèi)均壓地網(wǎng)與站外輔助地網(wǎng)，地網(wǎng)的形狀、范圍、網(wǎng)格尺寸確定后，同時(shí)對(duì)于站內(nèi)網(wǎng)格地網(wǎng)還應(yīng)進(jìn)行地網(wǎng)跨步電位差、接觸電位差校驗(yàn)、避雷器熱擊穿校驗(yàn)等。如陜西府谷縣XX變電站項(xiàng)目校驗(yàn)過程如下：已知條件地網(wǎng)埋深H=1.8

12、m接地極等效直徑d = （-60×8扁鋼）土壤電阻率 = 400.m接地網(wǎng)面積S=32817.4m2水平接地極總長(zhǎng)度L= 6383.9m接地網(wǎng)的外邊緣總長(zhǎng)度L0=783.2m均壓帶計(jì)算根數(shù)n = 計(jì)算用入地短路電流為I23.913A設(shè)計(jì)接地電阻為R0.4接地裝置的電位Ug為：  Ug=IR=23.913×0.4=9.57kV接地網(wǎng)地表面的最大接觸電位差      Utmax=KtmaxUg      Ktmax=KdKLKnKP由于30×30m2<3

13、2817.4m2<500×500m2則Kd=0.841-0.225lg d=0.841-0.225lg0.03=1.18KL=1方孔地網(wǎng)Kn=0.076+0.776/n=0.076+0.776/17=0.122Ks=0.234+0.414lg  =1.169Ktmac= KdKLKnKS=0.168Utmax=KtmaxUg=1607.76V允許接觸電位差則Utmax=1607.76V>Ut=171.1V，不滿足要求。6.3接地網(wǎng)外的地表面最大跨步電位差(T=0.8m跨步距離)Usmax=KsmaxUg      

14、;           0.023                           Usmax=Ksmax Ug=220.11V允許跨步電位差則 Usmax=220.11V< Us=321.0V，滿足要求。根據(jù)以上校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雖然接地電阻降到了要求的0.4，但接觸電壓不能滿足要求，同樣不能滿足安全運(yùn)行的要求，通過校驗(yàn)認(rèn)識(shí)此問題后，設(shè)計(jì)補(bǔ)充措施為在人員經(jīng)常走動(dòng)的維護(hù)通道、操作機(jī)構(gòu)四周鋪設(shè)直徑為50-60mm的礫石，其厚度不小于150-200mm，從而保障值守維護(hù)人員的生命安全。