電力變電站接地系統(tǒng)工程設計模版

1、電力變電站接地系統(tǒng)工程設計模版 一、變電站接地概述 接地網(wǎng)作為變電所交直流設備接地及防雷保護接地，對系統(tǒng)的安全運行起著重要的作用。由于接地網(wǎng)作為隱性工程容易被人忽視，往往只注意最后的接地電阻的測量結(jié)果。隨著電力系統(tǒng)電壓等級的升高及容量的增加，接地不良引起的事故擴大問題屢有發(fā)生。因此，接地問題越來越受到重視。變電所地網(wǎng)因其在安全中的重要地位，一次性建設、維護困難等特點在工程建設中受到重視。另外，在設計及施工時也不易控制，這也是工程建設中的難點之一。因此，為保證電力系統(tǒng)的安全運行，降低接地工程造價，應采用最經(jīng)濟、合理的接地網(wǎng)設計思路。 二、接地電阻降阻方法 為了達到降低接地網(wǎng)接地電阻之目的，首先需

2、要從理論上研究降低接地電阻的方法。由公式 R=/C可以看出，降低接地電阻有以下兩種途徑，一是增大接地體幾何尺寸，以增大接地體的電容C；二是改善地質(zhì)電學性質(zhì)，減小地的電阻率和介電系數(shù)。 接地網(wǎng)是在接地系統(tǒng)的基礎，由接地環(huán)（網(wǎng)）、接地極（體）和引下線組成，以往常有種誤解，把接地環(huán)作為接地的主體，很少使用接地體，在接地要求不高或地質(zhì)條件相當優(yōu)越的情況下，接地環(huán)也能夠起到接地的作用，但是通常的情況下，這是不可行的，接地環(huán)可以起到輔助接地地作用，主導作用是用接地體來完成的。決定接地電阻大小的因素很多，下面先來分析一下計算傳統(tǒng)地網(wǎng)接地電阻的公式（僅以接地環(huán)接地時）。 式中： （ .m）-土壤電阻率； d(

3、m)-鋼材等效直徑； S（m2）-地網(wǎng)面積； H(m)-埋設深度； L(m)-接地極長度(m) ； A-形狀系數(shù)。 式（ 1）表明，傳統(tǒng)的接地方式在土壤電阻率已經(jīng)確定的情況下，要想達到設計要求的電阻必須有足夠的接地面積，要降低接地電阻只有擴大接地面積，每擴大4倍的接地面積，接地電阻會降低一倍。 式（ 2）、（3）表明，在上述的接地網(wǎng)中，要降低接地電阻的另一個方法是加大接地材料的尺寸，但是耗材太大而且效果并不理想。以下降低接地電阻的一些常用的合理的方法。 1、增大接地網(wǎng)面積 由上面接地電阻的物理概念，大地電阻率 和介電系數(shù)不容易改變，而接地電阻R與接地網(wǎng)電容C成反比：從理論上分析，接地網(wǎng)電容C主

4、要由它的面積尺寸決定，與面積成正比，所以接地網(wǎng)面積與接地電阻成反比。減小接地網(wǎng)接地電阻，增大接地網(wǎng)面積是可行途徑。一個有多根水平接地體組成的接地網(wǎng)可以近似地看成一塊孤立的平板，借用平板接地體接地電阻計算公式，當平板面積增大一倍時，接地電阻減小29.3%。 2、增加垂直接地體 依據(jù)電容概念，增加垂直接地體可以增大接地網(wǎng)電容。當增加的垂直接地體長度和接地網(wǎng)長、寬尺寸可比擬時，接地網(wǎng)由原來的近似于平板接地體趨近于一個半球接地體，電容會有較大增加，接地電阻會有較大減小。由埋深為零半徑為的圓盤和半徑為的半球電容之比 rr可得，接地電阻將減小。但是對于大型接地網(wǎng)，其電容主要是由它的面積尺寸決定，附加于接地

5、網(wǎng)上有限長度（）的垂直接地體，不足以改變決定電容大小的幾何尺寸，因而電容增加不大，亦接地電阻減小不多。所以大型接地網(wǎng)不應加以增加垂直接地體作為減小接地電阻的主要方法，垂直接地體僅作為加強集中接地散泄雷電流之用。唯一有效的途徑是采用深井接地。 3、人工改善地電阻率 在高電阻率地區(qū)采用人工改善地電阻率的方法，對減小接地電阻具有一定效果。例如，對于一個半徑為的半圓球接地體而言，其接地電阻的 50%集中在自接地體表面至距球心2的半圓球內(nèi)，如果將至2間的土壤電阻率降低，可使接地電阻大大減小。 設原地電阻率為 2，將至2范圍內(nèi)的電阻率為2的土壤用低電阻率的材料1置換，則半圓球接地體的接地電阻為：X=(1+

6、2)/4r 置換前的接地電阻 RX為： RX=2/2r R與RX之比為： R/RX=(1+2)/22 當 1<<2，上式改寫為： R=RX/2=2/4r 故接地電阻減小的百分數(shù)為 %。另外由上式可以看出，用低電阻率的材料置換半球附近高電阻率的土壤，相當于將半球接地體的半徑由增大到，由于接地體幾何尺寸的增加，而使接地電阻減小。 4、深埋接地體 在地電阻率隨地層深度增加而減小較快的地方，可以采用深埋接地體的方法減小接地電阻。地的電阻率隨深度而減小的規(guī)律，往往在達到一定深度后，地電阻率會突然減小很多。因此利用大地性質(zhì)，深埋接地體后，使接地體深入到地電阻率低的地層中，通過小的地電阻率來達到

7、減小接地電阻的目的。 對于地電阻率隨地層深度的增加而減小不大的地方，由于地電阻率變化不大，增加接地網(wǎng)的埋深只是增大接地網(wǎng)的電容。利用電容的概念，電容具有儲藏電場能量的本領，它所儲藏的能量，不是儲藏在極板上，而是儲藏在整個介電質(zhì)中，即整個電廠中：介電質(zhì)中的能量密度，既與介電系數(shù)有關，又與電場的分布有關，因此，比起接地網(wǎng)的幾何尺寸小得多的有限埋深，所增加的儲藏能量的介質(zhì)空間極為有限；在有限空間中的能量密度又小，儲藏的總能量也就增加不多，即電容增加不大，所以對減小接地電阻作用不大，不宜采用深埋接地體的方法減小接地電阻。深埋接地體和敷設水下接地網(wǎng)可以大大降低直流電阻，但對降低交流電阻作用不大，故國軍標

8、不推薦使用該法。但結(jié)合基地航天測試實際情況，主要是低頻信號，此法簡單，效果明顯，可以使用。 5、敷設水下接地網(wǎng) 在有適宜水源的地方敷設水下接地網(wǎng)，由于水的電阻率比地電阻率小的多，可以取得比較明顯的減小接地電阻的效果。而且敷設水下接地網(wǎng)施工比較簡便，接地電阻比較穩(wěn)定，運行可靠，但應注意水下接地網(wǎng)距接地對象的距離一般不大于。 6、利用自然接地體 充分利用混凝土結(jié)構物中的鋼筋骨架、金屬結(jié)購物，以及上下水金屬管道等自然接地體，是減小接地電阻的有效措施，而且還可以起引流、分流、均壓作用，并使專門敷設的接地帶的連接作用得到加強。 三、 接地網(wǎng)的設計與施工 接地工程本身的特點就決定了周圍環(huán)境對工程效果的決定

9、性的影響，脫離了工程所在地的具體情況來設計接地工程是不可行的。設計的優(yōu)劣取決于對當?shù)赝寥拉h(huán)境的諸多因數(shù)的綜合考慮。土壤電阻率、土層結(jié)構、含水情況、季節(jié)因數(shù)、氣候以及可施工面積等等因數(shù)決定了接地網(wǎng)形狀、大小、工藝材料的選擇。 o 接地材料的選擇 現(xiàn)在廣泛使用的接地工程材料有各種金屬材料（最常用的如扁鋼）、接地體、降阻劑和離子接地系統(tǒng)等。金屬材料如扁鋼，也常用銅材替代，主要用于接地環(huán)的建設，這是大多接地工程都選用的；接地體有金屬接地體（角鋼、銅棒和銅板）這類接地體壽命較短，接地電阻上升快，地網(wǎng)改造頻繁（有的地區(qū)每年都需要改造），維護費用比較高，但是從傳統(tǒng)金屬接地極（體）中派生出類特殊結(jié)構的接地體（

10、帶電解質(zhì)材料），使用效果比較好，一般稱為離子或中空）接地系統(tǒng)；另外就是非金屬接地體，使用比較方便，幾乎沒有壽命的約束，各方面比較認可。降阻劑分為化學將阻劑和物理降阻劑，化學降阻劑自從發(fā)現(xiàn)有污染水源事故和腐蝕地網(wǎng)的缺陷以后基本上沒有使用了，現(xiàn)在廣泛接受的是物理降阻劑（也稱為長效型降阻劑）。在以下的討論中以非金屬接地塊、物理降阻劑和離子接地系統(tǒng)為代表進行探討。下面將設計中考慮的主要因素進行簡要的說明。 物理降阻劑（也稱為長效型降阻劑）。物理降阻劑是接地工程廣泛接受的材料，屬于材料學中的不定性復合材料，可以根據(jù)使用環(huán)境形成不同形狀的包裹體，所以使用范圍廣，可以和接地環(huán)或接地體同時運用，包裹在接地環(huán)和

11、接地體周圍，達到降低接觸電阻的作用。并且，降阻劑有可擴散成分，可以改善周邊土壤的導電屬性。現(xiàn)在的較先進降阻劑都有一定的防腐能力，可以加長地網(wǎng)的使用壽命，其防腐原理一般來說有幾種：犧牲陽極保護（電化學防護），致密覆蓋金屬隔絕空氣，加入改善界面腐蝕電位的外加劑成分等方法。物理降阻劑有超過二十年的工程運用歷史，經(jīng)過不斷的實踐和改進，現(xiàn)在無論是性能還是使用施工工藝都已經(jīng)是相當成熟的產(chǎn)品了。 非金屬接地體有是在通訊、廣電等部門廣泛使用的工程材料?；境煞质菍щ娔芰?yōu)越的非金屬材料復合加工成型的，加工方法有澆注成型和機械壓模成型的，一般來說澆注成型的產(chǎn)品結(jié)構松散、強度低、導電性能差，而且質(zhì)量不穩(wěn)定，一些小

12、型廠家少量生產(chǎn)使用這樣的辦法；機械壓模法，是使用設備在幾到十幾噸的壓力下成型的，不僅尺寸精度較高、外觀較好，更重要的是材料結(jié)構致密、電學性能好、抗大電流沖擊能力強，質(zhì)量也相當穩(wěn)定，但是生產(chǎn)成本較高，批量生產(chǎn)多采用。選型時，盡量采用后者，特別是接地體有抗大電流或大沖擊電流的要求（如電力工作地、防雷接地）時，不宜采用澆注成型的非金屬接地體。非金屬接地體的特點是穩(wěn)定性優(yōu)越，其氣候、季節(jié)、壽命都是現(xiàn)有接地材料中最好的，是不受腐蝕的接地體，所以，不需要地網(wǎng)維護，也不需要定期改造，但是，非金屬接地體施工需要的地網(wǎng)面積比傳統(tǒng)接地面積小很多，但是在不同地質(zhì)條件下也需要的保證足夠接地面積才可以達到良好的效果。

13、離子（中空）接地系統(tǒng)是傳統(tǒng)的金屬接地改進而來，從工作原理到材料選用都脫胎換骨的變化，形成各種形狀的結(jié)構。這些接地系統(tǒng)的共同點是結(jié)構部分采用防腐性更好的金屬，內(nèi)填充電解物質(zhì)及其載體組分的內(nèi)填料，外包裹導點性能良好的不定性導電復合材料，一般稱為外填料。接地系統(tǒng)的金屬材料已經(jīng)出現(xiàn)的有不銹鋼、銅包鋼和純銅材的。不銹鋼的防腐較鋼材好，但是在埋地環(huán)境中依然會多多少少的銹蝕，以不銹鋼為主體的接地系統(tǒng)不宜在腐蝕性嚴重的環(huán)境中使用。表面處理過的銅是很好的抗銹蝕材料，銅包鋼是銅 -鋼復合材料，鋼材表面覆蓋銅，可以節(jié)約大量的貴金屬-銅材。套管法或電鍍法生產(chǎn)，表面銅層的厚度從0.01mm到0.50mm，厚度越厚防腐效

14、果越好。純銅材料防腐性能最好，但是要耗用大量的貴金屬，在性能要求較高的工程中使用。由于接地系統(tǒng)大多向垂直方向伸展，所以接地面積大多要求很小，可以滿足地形嚴重局限的工程需要。特別是，補償類型的接地系統(tǒng)有加長的設計，筆者曾使用過加長至24米的接地系統(tǒng)，輔以深井法施工，可以達到非常好的效果。介紹的接地材料各有優(yōu)勢，但是都有自身的局限。我們提倡各取所長，選擇適當?shù)牟牧蠞M足不同的工程情況。 降阻劑 非金屬接地體 中空接地棒 傳統(tǒng)接地 類型 地網(wǎng)與接地極 接地極 接地極 地網(wǎng)與接地極 新建地網(wǎng)施工 簡單 簡單 較簡單 簡單 改造地網(wǎng)施工 復雜 簡單 較簡單 復雜 適用環(huán)境 普通地網(wǎng)通用 惡劣地質(zhì)條件 腐蝕

15、環(huán)境較高要求地網(wǎng) 地網(wǎng)面積小的城市或復雜山巖環(huán)境 通用 價格比較 低 較高 較高 地好要求低便宜，地壞要求高較貴或很貴 抗腐蝕 有防腐作用 不被腐蝕 較好抗腐能力 低 氣候穩(wěn)定性 普通 優(yōu)異 較好 不好 使用壽命 較長 最長 長 短，常需要改造 2、地網(wǎng)形式 地網(wǎng)的形狀直接影響接地達到的效果和達到設計要求所需要的地網(wǎng)站地積。首先應建立接地環(huán)（或接地面），提倡使用水平接地極（常用的是外部接地環(huán)）和水平垂直接地體配合使用。在很容易達到接地目的，要求低的接地中可以選用平面的接地方法（接地環(huán)接地）；一般應用接地體和接地環(huán)配合使用，形成三維的結(jié)構三維的接地有三種不同類型：等長接地、非等長接地和法拉第籠式

16、接地。 A、等長接地用相同的接地體，這種方式接地體的埋設深度基本一致，施工方便同時可以取得較好的效果。B、非等長接地是更科學的接地方式，采用不同的接地體相互配合，由于接地體長度和埋設深度不同，大大的加大了等勢面積，突破地網(wǎng)面積局限。要求設計人員對多種接地工藝有一定認識，本身施工并不困難，使用得當可以完成相當難度的接地工程。這種方法夜叫"半法拉第籠"接地工藝。C、法拉第籠式接地是多層水平接地網(wǎng)，用垂直接地體相互連接形成籠式結(jié)構。由于施工量大，并不常用。在設計中還應考慮地網(wǎng)集膚效應、跨步電壓等因數(shù)。 3、復雜巖土條件的設計施工 A、巖土類型 巖土直接關系接地的難度，設計中最重要

17、的參數(shù)之一就是的是巖土的土壤電阻率，但僅僅考慮土壤這個參數(shù)是不夠的，還要考慮開挖（鉆進）難度、破碎還是整體巖石、持水能力等因數(shù)。有的巖土電阻率高，但是在整體巖石之間常有較好的土壤間隙層，在這樣的環(huán)境中，避開整體巖石，在間隙中開挖灌降阻劑效果很好。 B、地形制約 施工環(huán)境常常是受到各種情況的制約，按照理想的模式考慮大面積的地網(wǎng)是不現(xiàn)實的。有專家認為，接地面積一定后，如果接地極長度不超過地網(wǎng) 1/20，要想突破局限是不可能的，即使做成整塊銅板也沒有用的。實踐中也應證了這一理論。所以，當?shù)匦尉窒迺r，我們可以考慮地網(wǎng)的縱深方向，使用離子接地系統(tǒng)或深井施工工藝。西昌某航天觀測站，土壤電阻率1100.m，

18、設備需要4信號-屏蔽獨立地，考慮季節(jié)因數(shù)，應作到2.75，而可供施工的面積只有8平方的狹長位置，采用加長（20m）離子接地系統(tǒng)3套安裝后，達到2.5的接地電阻。 C、含水情況 一般來說，濕潤的土壤導電性較好，但是，實際工程中我們發(fā)現(xiàn)，當含水量超過飽以后，接地效果反而不好。當?shù)氐紫掠谐睗?，接地體深入到這一層時，降阻效果會好得多。例如，云尾移動通訊站，土壤電阻率測量值 1200歐，使用接地塊240塊，接地電阻達到1歐以下；同樣的，湖南柯壺口變電所也是1200歐的從土壤電阻率，地表破碎沙石層，但是開挖150mm發(fā)現(xiàn)潮濕土層，埋設接地塊80只，原預計達到4歐的地網(wǎng)，結(jié)果達到了1.2歐。 D、施工工藝

19、準確的施工工藝才能達到良好的設計的實施效果，看起來不重要的實施細節(jié)常常導致嚴重的后果。因為接地工程是隱蔽工程，當施工完成后，錯誤不一定馬上可以檢測到，即使發(fā)現(xiàn)問題補救也是很麻煩的，尤其是防腐細節(jié)。 使用接地模塊時，埋設應盡量選擇適合的土層進行，預先開挖 80-100cm的土坑（平埋），底部盡量平整，使埋設的接地塊受力均勻。接地塊水平設置，用連接線使連接頭與接地網(wǎng)連接，用螺栓連接后熱焊接或熱融接，焊接完成以后應去處焊渣等，再用防腐瀝青或防銹漆進行焊接表面的防銹處理，回填需要分層夯實，保證土壤的密實和接地塊與土壤的接觸緊密，底部回填40-50cm后，應適量加水，保證土壤的濕潤，令接地塊充分吸濕。

20、使用降阻劑時，為了防腐，包裹厚度應在 30mm以上。接地用的鋼材一般有50mm×50mm×4mm或50mm×50mm×5mm角鋼；40mm×4mm或40mm×5mm的扁鋼； 50mm、h>3mm的鋼管。角鋼對角線長的約為70mm，短的約為56.6mm。若包裹厚度為30mm，地網(wǎng)開挖直徑尺寸應在130mm。對水平扁鋼來說，由于地面開挖高低不平，扁鋼本身彎曲不直，在施工中許多部位剛剛被降阻劑蓋住。這樣，鋼材實際上處在兩個介質(zhì)的交界處，大大地加快了腐蝕程度，因此地網(wǎng)開挖尺寸也應該加大。我們認為垂直極灌降阻劑直徑以130-200mm為好

21、，水平溝以150mm×100mm為好（扁鋼豎放）。這樣做的開挖工程量和降阻劑用量都會增加，但從整體降阻、防腐效果看是合理的。 離子接地系統(tǒng)埋深一般為 3000-4000mm，當加長時相應加深，有條件的用鉆機施工?？讖奖ＷC100-250mm（根據(jù)接地系統(tǒng)的形式選擇）。施工中應保證導電為輔料包裹密實，消除空管和氣泡。 四、接地網(wǎng)設計方案 、引用標準 GBJ65-83 工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規(guī)范 GB50059-92 35-110KV變電所設計規(guī)范 GB50057-94 建筑物防雷設計規(guī)范 DL/T621-97 交流電氣裝置的接地 2、環(huán)境概況 A、變電站總占地面積為00000平方米

22、。 B、工程所在地土層平均厚度估算約為0米； C、工程為000kv變電站； D、土壤電阻率000·m設計； E、變電站接地要求應為0.5； 3、設計分析 ： 根據(jù) GBJ65-83 工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規(guī)范附表 1.1 接地電阻的計算公式計算，在不重新征地的情況下，僅靠普通環(huán)型地網(wǎng)即使設置普通垂直接地極（ 2.5m角鋼）也達不到設計要求，必須采用其他辦法大量地降低接地電阻，下降到常規(guī)地網(wǎng)方式接地電阻的17.3%，及降阻率82.3%。根據(jù)施工經(jīng)驗，要達到一定的降阻率，需要采用的施工方式為（在電力地網(wǎng)中，采用大地網(wǎng)接地電阻率測試儀測量的情況下）： 序號 降阻率 采用的施工方案 材

23、料型號及要求 1 1020% 多設置垂直接地角鋼（鋼管） o 接地環(huán) 40*4扁鋼 o 垂直接地角鋼 50*50*4 o 垂直接地鋼管 50*4 2 2030% 多設置垂直接地角鋼（鋼管）使用降阻劑 o 40*4扁鋼 o 垂直接地角鋼 50*50*4 o 直接地鋼管 50*4 o 長效物理降阻劑 3 5080% 換土、深井法、中空離子接地體并使用降阻劑 o 40*4扁鋼 o 中空離子接地體 o 長效物理降阻劑 4 4060% 換土、深井法、非金屬接地體、降阻劑組成的非等長接地系統(tǒng)，并要求，深井至少 30%穿越水層； o 40*4扁鋼 2、接地鋼管50*4 3、長效物理降阻劑 4、非金屬接地體150*800 綜上所述，基本方案中應選用的材料為 ： 1）、接地環(huán)采用50×5mm熱鍍鋅扁鋼； 2）、地極采取兩種： o 深井接地體采用 50×5mm螺紋探管，機鉆開孔； o 淺層接地體采用非金屬接地體； 3）、使用降阻劑作為降阻輔助材料；