本科畢業(yè)設(shè)計(jì)_某山區(qū)110kV變電站防雷接地系統(tǒng)的改造

1、nding resistance;step voltage ;tough voltage ;enlarging grid目 錄 1緒論11.1 本課題研究背景及意義11.2 國內(nèi)外研究狀況11.3 變電站的防雷與接地11.4 變電站接地網(wǎng)存在的問題21.5 論文章節(jié)安排以及相關(guān)內(nèi)容32電力系統(tǒng)防雷接地42.1.接地系統(tǒng)及其特性參數(shù)42.2 接地電阻的測量方法以及優(yōu)缺點(diǎn)42.3土壤電阻率的測量方法以及優(yōu)缺點(diǎn)52.3.1文納四極法62.3.2模擬法73 電力系統(tǒng)降阻措施103.1.利用自然接地體103.2增大接地網(wǎng)面積103.3增加垂直接地體103.4人工改善地電阻率103.5深埋接地體113.6

2、敷設(shè)水下接地網(wǎng)113.7利用接地電阻降阻劑123.8其他方法124 某山區(qū)110kV變電站接地網(wǎng)的改造134.1 110kV變電站接地網(wǎng)概況134.2 改造前變電站接地網(wǎng)詳細(xì)參數(shù)134.3 接地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)目的與參照標(biāo)準(zhǔn)144.3.1改造目的144.3.2 設(shè)計(jì)遵循的主要標(biāo)準(zhǔn)144.4 改造方案144.5 接地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)及計(jì)算154.5.1 竹林接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)與改造154.5.2木材加工廠接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)與改造164.5.3廢棄茶園接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)與改造184.5.4 總的改造方案194.6接觸電壓和跨步電壓的校驗(yàn)204.6.1跨步電壓的計(jì)算204.6.2接觸電壓235 總結(jié)與改進(jìn)26參考文獻(xiàn)27致謝29

3、 1 緒論1.1 本課題研究背景及意義 隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模也在不斷的擴(kuò)大，電壓等級及電網(wǎng)容量也越來越大，尤其是在國家電網(wǎng)“三集五大”的號召下，特高壓超高壓線路的建設(shè)也緊鑼密鼓的開始了。而隨著近些年來現(xiàn)代化大電網(wǎng)向著超高壓和大容量的發(fā)展，變電站的入地短路電流也越來越高，對于變電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了威脅1，生產(chǎn)運(yùn)行部門對于降低地網(wǎng)接地電阻、設(shè)備接觸電壓和地面跨步電壓,保障電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的要求越來越高。要確保人身和設(shè)備的安全,維護(hù)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,需主要考慮如何降低地網(wǎng)接地電阻以及設(shè)備接觸電壓和地面跨步電壓所帶來的危害，因而電力系統(tǒng)的接地研究問題也成為了電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重

4、中之重。而接地問題是一個(gè)比較復(fù)雜的東西，接地裝置的效果和接地裝置接地電阻的大小，地網(wǎng)是否均壓良好，電氣設(shè)備是否有效接地，接地線是否符合熱穩(wěn)定的要求以及接地裝置的腐蝕均有關(guān)系。1.2 國內(nèi)外研究狀況 國外變電站的接地系統(tǒng)大多采用銅導(dǎo)體或者鍍錫銅導(dǎo)體，銅材料抗腐蝕性好，腐蝕斷裂的情況不太嚴(yán)重，因此國外研究接地網(wǎng)故障診斷的文獻(xiàn)較少。近年來，由于，銅材料的價(jià)格上漲，北美，歐洲等一些國家也開始采用鍍鋅鋼導(dǎo)體作為接地網(wǎng)的主要材料。因在建運(yùn)行時(shí)間較短，所暴露出的問題還不明顯，對此方面的文獻(xiàn)研究較少。 而在我國國內(nèi)，接地網(wǎng)普遍采用5×60或6×50mm的扁鋼或者直徑為20mm的圓鋼水平鋪設(shè)

5、，排列成長孔行或者方孔行，埋入地下0.6-1米深處，其面積大概與變電站的面積相同，兩條水平接地地帶的間距為3-10米，有時(shí)為了要加強(qiáng)沖擊電流的擴(kuò)散或者接地電阻不滿足施工需求，通常在接地網(wǎng)上裝設(shè)集中的垂直接地極，垂直接地極一般為長度2.5米的角鋼或者鋼管2。 1.3 變電站的防雷與接地 接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷，感應(yīng)雷或其它形式的雷，都將通過接地裝置導(dǎo)入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置，就不能有效地防雷。從避雷的角度講，把接閃器與大地做良好的電氣連接的裝置稱為接地裝置。接地裝置的作用是把雷電對接閃器閃擊的電荷盡快地泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和。變電站的接地網(wǎng)上連接著全

6、站的高低壓電氣設(shè)備的接地線、低壓用電系統(tǒng)接地、電纜屏蔽接線、通信、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備接地，以及變電站維護(hù)檢修時(shí)的一些臨時(shí)接地。如果接地電阻較大，在發(fā)生電力系統(tǒng)接地故障或其他大電流入地時(shí)，可能造成地電位異常升高3。如果接地網(wǎng)的網(wǎng)格設(shè)計(jì)不合理，則可能造成接地系統(tǒng)電位分布不均，局部電位超過規(guī)定的安全值，這會(huì)給出運(yùn)行人員的安全帶來威脅，還可能因反擊對低壓或二次設(shè)備以及電纜絕緣造成損壞，使高壓竄入控制保護(hù)系統(tǒng)、變電站監(jiān)控和保護(hù)設(shè)備會(huì)發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)，釀成事故，甚至是擴(kuò)大事故，由此帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。1.4 變電站接地網(wǎng)存在的問題 通過對變電站接地網(wǎng)的測試和查閱資料得知，變電站接地網(wǎng)存在的問題主要

7、有如下幾種: (1）接地網(wǎng)的均壓問題。經(jīng)過對若干所變電站接地網(wǎng)的電位分布測試，發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)均壓大多不符合要求，特別是橫向電位分布，電位梯度大，跨步電壓超標(biāo)。這是由于在接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)中把接地電阻作為了主要的技術(shù)指標(biāo)，從而忽略了電網(wǎng)的均壓和散流，或者只用長孔地網(wǎng)而很少用方孔地網(wǎng)計(jì)算。由于地網(wǎng)的均壓不好，在短路電流或者沖擊電流入地的時(shí)候就會(huì)造成電網(wǎng)的局部電位升高，高壓向低壓反擊燒壞設(shè)備。 （2）設(shè)備接地與地網(wǎng)之間的聯(lián)通問題。對于運(yùn)行中的若干座變電所進(jìn)行全面檢查和試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)存在的最大問題不是接地網(wǎng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),而是變電所的內(nèi)電氣設(shè)備與接地網(wǎng)的連接問題，設(shè)備的接地引下線與地網(wǎng)焊接不良，從焊口處開路。接地網(wǎng)

8、水平接地體的接頭處焊接不符合要求，經(jīng)過長時(shí)間的腐蝕形成電氣上的開路15。設(shè)備接地引下線的截面小，經(jīng)過長時(shí)間的銹蝕，從地下銹斷。有些設(shè)備接地引下線與設(shè)備外殼用螺絲連接，經(jīng)過長時(shí)間會(huì)銹蝕，在連接處由于生銹形成開路。 （3）接地引下線及接地體的截面偏小滿足不了短路電流的熱穩(wěn)定。由于接地體或設(shè)備的接地引下線不能滿足短路電流熱穩(wěn)定的要求，在發(fā)生接地短路時(shí)，接地引下線往往被燒斷，使設(shè)備外殼上有較高的過電壓，有時(shí)會(huì)反擊到低壓二次回路，使事故擴(kuò)大。有的用戶就是因?yàn)樵O(shè)備的接地引下線截面不夠，在設(shè)備發(fā)生接地短路時(shí)，高壓竄入低壓回路，燒壞二次保護(hù)、控制電纜，使事故擴(kuò)大。 （4）接地裝置的腐蝕問題。接地裝置的腐蝕是一

9、個(gè)普遍存在的問題，變電所接地網(wǎng)最容易發(fā)生腐蝕的是接地引下線。由于腐蝕，接地線不能滿足接地短路電流熱穩(wěn)定的要求，或者形成電氣上的開路，使設(shè)備失去接地。還有電纜溝內(nèi)的接地帶也容易發(fā)生腐蝕，尤其是各焊接頭。 （5）水平接地體的埋深不夠。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水平接地體要埋深0.6m以下，可是通過開挖檢查發(fā)現(xiàn)許多水平接地體埋深不足0.3m，有的甚至浮在地表遙由于水平接地體埋深不夠，接地電阻受季節(jié)影響，尤其受土壤干濕度影響較大，由于表層土壤容易干燥，所以造成接地裝置的接地電阻不穩(wěn)定。由于水平接地體的埋深不夠，就影響接地網(wǎng)的均壓，在發(fā)生接地短路時(shí)，地面的跨步電壓較大，對巡視人員構(gòu)成威脅。上層土壤的含氧濃度高，容易發(fā)生腐

10、蝕，這也是水平接地體容易損壞的主要原因。 （6）接地電阻超標(biāo)問題。一是由于各種條件的限制，在變電所建成時(shí)接地電阻就超標(biāo)，這些情況一般發(fā)生在山區(qū)變電所等土壤電阻率較高的地方；二是由于腐蝕使接地網(wǎng)部分和主地網(wǎng)斷開，由于腐蝕使接地體的電阻變大。1.5 論文章節(jié)安排以及相關(guān)內(nèi)容 本文分為如下部分： 第一章為緒論部分，主要介紹變電站防雷接地網(wǎng)改造的研究背景和現(xiàn)實(shí)意義，國內(nèi)外的研究狀況，變電站的防雷與接地以及接地網(wǎng)的現(xiàn)有問題等。 第二章介紹了接地技術(shù)的理論以及相關(guān)的基礎(chǔ)知識。 第三章主要介紹了降低接地電阻的幾種方法。 第四章針對山區(qū)某110kV變電站的防雷接地系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的改造、計(jì)算以及相關(guān)測試。 第五章

11、對全文進(jìn)行簡要的總結(jié)，說明了本文改造的優(yōu)缺點(diǎn)，改進(jìn)與創(chuàng)新方法，所參考的書籍等。 2 電力系統(tǒng)防雷接地2.1.接地系統(tǒng)及其特性參數(shù) 接地是為防止觸電或保護(hù)設(shè)備的安全而把電力電訊等設(shè)備的金屬底盤或外殼接上地線，利用大地作電流回路接地線的安全措施。在電力系統(tǒng)中，往往表現(xiàn)為將設(shè)備和用電裝置的中性點(diǎn)、外殼或支架與接地裝置用導(dǎo)體作良好的電氣。接地的功用除了將一些無用的電流或是噪聲干擾導(dǎo)入大地外，最大功用為保護(hù)使用者不被電擊。接地的種類包括保護(hù)接地，工作接地，防雷接地，屏蔽接地，防靜電接地等。接地線,電氣設(shè)備、桿塔的接地端子與接地體或零線連接用的正常情況下不載流的金屬導(dǎo)體;接地體,埋入土中并直接與大地接觸的

12、金屬導(dǎo)體,稱為接地體11。分為垂直接地體和水平接地體;接地裝置 ,接地線和接地體的總稱 ;接地網(wǎng),由垂直和水平接地體組成的具有泄流和均壓作用的網(wǎng)狀接地裝置;接地電阻,接地體或自然接地體的對地電阻的總和,稱為接地裝置的接地電阻,其數(shù)值等于接地裝置對地電壓與通過接地體流入地中電流的比值。土壤電阻率是單位長度土壤電阻的平均值。土壤電阻率是接地工程計(jì)算中一個(gè)常用的參數(shù)，直接影響接地裝置接地電阻的大小、地網(wǎng)地面電位分布、接觸電壓和跨步電壓。接地電阻是直接反映出接地情況是否符合規(guī)范要求的一個(gè)重要指標(biāo)。對于接地裝置而言，要求其接地電阻越小越好，因?yàn)榻拥仉娮柙叫?，散流越快，跨步電壓、接觸電壓也越小。而影響接地

13、電阻的主要因素有土壤電阻率，接地體的尺寸、形狀及埋入深度，接地線與接地體的連接等。2.2 接地電阻的測量方法以及優(yōu)缺點(diǎn) 接地電阻是電流I經(jīng)接地電極流入大地時(shí)接地電極的電位U和I的比值。接地電阻也可定義為由接地電極到無窮遠(yuǎn)處的土壤的總電阻。當(dāng)入地電流為交流時(shí),接地極上的電位不僅有與電流同相的分量,還有與入地電流正交的分量。但在地網(wǎng)面積不大(小于400 m×400 m)、土壤電阻率不是非常低的地區(qū)(大于10·m),阻抗中的感性分量很小,可以忽略。 接地電阻的測量方法，按角度的不同,大致可分為:按測試極位置來分,可分為遠(yuǎn)離法、補(bǔ)償法和電位降法。補(bǔ)償法又分為直線、三角布置。按測試極

14、數(shù)量,可分為三極法、四極法、多極法。按測試電流,可分為大電流法和小電流法。大電流法包括三極法、四極法、瓦特表法等。小電流法包括儀表法、異頻法、白噪聲(功率譜高階譜)法10。 其中儀表法的接地電阻測試儀體積小巧,電源方便,操作簡單,適用于電線桿塔、微波塔、避雷針等小型接地裝置。研究表明,由于輸出功率小或測試原理等方面的原因,接地電阻測試儀不適合大地網(wǎng)的測試。因此導(dǎo)則推薦,當(dāng)接地裝置的最大對角線較小,且工頻接地電阻值大于0.5時(shí),也可以用接地電阻測量儀測量,但其電壓極和電流極應(yīng)按遠(yuǎn)離法和補(bǔ)償法的要求布置。 異頻法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備輕小、電流引線細(xì)、操作方便,且能比較有效消除地網(wǎng)中的工頻及高頻干擾。瓦特表

15、(包括功率因數(shù)表)法的優(yōu)點(diǎn)是測量原理簡單明了、試驗(yàn)操作簡單、測量數(shù)據(jù)少、計(jì)算方便。能消除測量引線間互感的影響,結(jié)合倒相法,能有效消除地網(wǎng)中各頻率成分(包括直流)的干擾電壓。同時(shí)測量電源容量可適當(dāng)降低(根據(jù)干擾的大小),且不受電源波形或非工頻干擾成分的影響。但瓦特表法的缺點(diǎn)也非常明顯,一是瓦特表的內(nèi)阻不能比電壓極的接地電阻大許多(如50,),以致實(shí)際需要修正。多極法優(yōu)點(diǎn)多電極布置為入地電流提供了多個(gè)通道。地中電流的分布范圍更廣,與真實(shí)的電流場分布更加接近,因而測量的電阻更接近真實(shí)性。并且測量的接地電阻誤差更小。電位降法是正確且原始的方法。雖然不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，但工作量很大。直流法的測試電源用的是電池

16、,所以引線間根本不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。但需要用專門研制的儀器和電極以消除電解和極化等因素所致的誤差,因此提出后未見推廣。 補(bǔ)償法可按直線或三角布置,優(yōu)點(diǎn)是測量準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是直線型布置時(shí).0618點(diǎn)難以確定;在某些特殊情況下,如山區(qū)、地面建筑物、地下金屬管道,直線和三角布置都難以應(yīng)用;全部測量過程中只有一個(gè)電阻讀數(shù),常無法判斷測量結(jié)果正確與否,使測量結(jié)果的可信度降低。遠(yuǎn)離法的優(yōu)點(diǎn)是在測量過程中多次移動(dòng)電壓極,這樣即可確信電壓極被置于零電位區(qū)內(nèi),使測量的可信度大為增加。其缺點(diǎn)是測量誤差比較大8。 三極法結(jié)合倒相法能在信噪比較大的情況下,消除地網(wǎng)不平衡電流，而四極法在信噪比較大時(shí)能消除電流、電壓引線間的互

17、感；四極法結(jié)合倒相法在信噪比較大時(shí)能消除地網(wǎng)不平衡電流的影響,并能進(jìn)行相互驗(yàn)證并且能夠在信噪比較大時(shí)能消除電壓線上短時(shí)比較穩(wěn)定的干擾電壓。2.3土壤電阻率的測量方法以及優(yōu)缺點(diǎn) 土壤電阻率的測量方法主要有地質(zhì)判定法、雙回路互感法、自感法、線圈法、偶極法文納四極法以及模擬法等。通常我們采用文納四極法和模擬法來測量土壤電阻率。 2.3.1文納四極法當(dāng)被測接地裝置的最大對角線D 較大，或在某些地區(qū)(山區(qū)或城區(qū))按要求布置電流極和電壓極有困難時(shí)，可以利用變電所的一回輸電線的兩相導(dǎo)線作為電流線和電壓線。四極是指被測接地裝置G、測量用的電流極C 和電壓極P 以及輔助電極S。輔助電極S 離被測接地裝置邊緣的距

18、離dGS=30100m。圖2.3.1 是測量土壤電阻率的四極法的原理接線圖，兩電極之間的距離a 應(yīng)等于或大于電極埋設(shè)深度h 的20 倍，即a20h。由接地電阻測量儀的測量值R，得到被測場地的視在土壤電阻率 =2a R (2-1)測量電極建議用直徑不小于1.5cm 的圓鋼或25×25×4 的角鋼，其長度均不小于40cm。被測場地土壤中的電流場的深度，即被測土壤的深度，與極間距離a 有密切關(guān)系。當(dāng)被測場地的面積較大時(shí)，極間距離a 應(yīng)相應(yīng)地增大6。為了得到較合理的土壤電阻率的數(shù)據(jù)，最好改變極間距離a，求得視在土壤電阻率與極間距離a 之間的關(guān)系曲線=f(a)，極間距離的取值可為5、

19、10、15、20、30、40m、，最大的極間距離amax 可取擬建接地裝置最大對角線的三分之二。 圖2.1 文納四極法測量土壤電阻率原理接線圖C1和C2測量用電流極 P1和P2測量用電壓極M接地電阻測量儀 h測量電極埋設(shè)深度 a測量電極之間距離文納四極法測試后經(jīng)得出的土壤電阻率計(jì)算值應(yīng)根據(jù)測量時(shí)的情況進(jìn)行季節(jié)系數(shù)修正。計(jì)算接地裝置的土壤電阻率時(shí)，應(yīng)取雷雨季節(jié)中無雨水時(shí)最大的土壤電阻率，一般按下式計(jì)算： （2-2） 式中：季節(jié)系數(shù)；為其實(shí)測值；為其計(jì)算值在計(jì)算接地電阻時(shí)，實(shí)測的土壤電阻率，要乘以表2-1中所列季節(jié)系數(shù)、或進(jìn)行修正。表2-1 各種性質(zhì)土壤的季節(jié)系數(shù)土壤性質(zhì)深度/m粘土0.50.80

20、.80.33221.51.51.4陶土022.41.41.2砂礫蓋陶土021.81.21.1園地031.31.2黃沙022.41.61.2雜以黃沙的砂礫021.51.31.2泥炭021.41.11.0石灰石022.51.51.2注：測量前數(shù)天下過較長時(shí)間的雨，土壤很潮濕時(shí)用之; 測量時(shí)土壤較潮濕，具有中等含水量時(shí)用之； 測量時(shí)土壤干燥或測量前降雨不大時(shí)用之。2.3.2模擬法模擬法又叫三極法，其中的三極是指圖2.2 上的被測接地裝置G，測量用的電壓極P 和電流極C。圖中測量用的電流極C和電壓極P離被測接地裝置G邊緣的距離為dGC=(45)D 和dGP=(0.50.6)dGC， D 為被測接地裝置

21、的最大對角線長度，點(diǎn)P 可以認(rèn)為是處在實(shí)際的零電位區(qū)內(nèi)。如果想較準(zhǔn)確地找到實(shí)際零電位區(qū)，可以把電壓極沿測量用電流極與被測接地裝置之間連接線方向移動(dòng)三次，每次移動(dòng)的距離約為dGC 的5%，測量電壓極P 與接地裝置G 之間的電壓。如果電壓表的三次指示值之間的相對誤差不超過5%，則可以把中間位置作為測量用電壓極的位置。用電壓表指示值UG除以電流表的指示值I，得到被測接地裝置的工頻接地電阻RG。如果在測量工頻接地電阻時(shí)，dGC 取(45)D 值有困難，那么當(dāng)接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻時(shí)，dGC 可以取2D 值，而dGP 取D 值；當(dāng)接地裝置周圍的土壤電阻率不均勻時(shí)， dGC 可以取3D 值，dGP

22、 取1.7D 值。如果接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻，也可以用三角形布置電極的方式測量工頻接地電阻。電壓極和接地裝置等效中心的連接線與電流極和接地裝置等效中心的連接線之間的夾角，一般取dGPdGC=2D，30°。當(dāng)接地裝置的最大對角線較小，且工頻接地電阻值大于0.5時(shí)，也可以用接地電阻測量儀測量接地電阻，但其電壓極和電流極應(yīng)按前面提到的要求布置。測量土壤電阻率的模擬法是在被測場地打入一垂直接地體，用接地電阻測量儀測量得到該接地體的接地電阻值R，然后由下式得到等效土壤電阻率 （2-3）接地極的直徑d 應(yīng)不小于1.5cm，長度 h應(yīng)不小于1m。 圖2.2 模擬法測量土壤電阻率原理接線圖C

23、測量用電流極 P測量用電壓極 G被測接地裝置M接地電阻測量儀 h測量電極長度 模擬法只適用于土壤電阻率較均勻的場地。因?yàn)橥寥澜Y(jié)構(gòu)的不均勻性，測量電極應(yīng)盡量避開有明顯巖石、裂縫和邊坡等不均勻土壤上布置。為了得到較可信的測量結(jié)果，通常采用九點(diǎn)法（即把被測場地分為九片，進(jìn)行多處測量，土壤電阻率列表取測量結(jié)果的平均值）。九點(diǎn)法測量土壤電阻率通常采用的是在以設(shè)計(jì)接地網(wǎng)的四個(gè)角、四個(gè)外邊緣的中點(diǎn)及接地網(wǎng)的中心點(diǎn)共九點(diǎn)進(jìn)行測量。模擬法測試后經(jīng)得出的土壤電阻率計(jì)算值應(yīng)根據(jù)測量時(shí)的情況進(jìn)行季節(jié)系數(shù)修正。計(jì)算接地裝置的土壤電阻率時(shí)，應(yīng)取雷雨季節(jié)中無雨水時(shí)最大的土壤電阻率，一般按下式計(jì)算： （2-4） 式中：季節(jié)系

24、數(shù)；為其實(shí)測值；為其計(jì)算值在計(jì)算接地電阻時(shí)，實(shí)測的土壤電阻率，要乘以表2-2中所列季節(jié)系數(shù)、或進(jìn)行修正。表2-2 各種性質(zhì)土壤的季節(jié)系數(shù)土壤性質(zhì)深度/m粘土0.50.80.80.33221.51.51.4陶土022.41.41.2砂礫蓋陶土021.81.21.1園地031.31.2黃沙022.41.61.2雜以黃沙的砂礫021.51.31.2泥炭021.41.11.0石灰石022.51.51.2注：測量前數(shù)天下過較長時(shí)間的雨，土壤很潮濕時(shí)用之; 測量時(shí)土壤較潮濕，具有中等含水量時(shí)用之； 測量時(shí)土壤干燥或測量前降雨不大時(shí)用之。3 電力系統(tǒng)降阻措施3.1.利用自然接地體 充分利用混凝土結(jié)構(gòu)物中的鋼

25、筋骨架、金屬結(jié)構(gòu)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(shè)的接地帶的連接作用得到加強(qiáng)5。3.2增大接地網(wǎng)面積 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(gè)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(jì)算公式，當(dāng)平板面積增大一倍時(shí)，接地電阻減小29.3%。 3.3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(dāng)增

26、加的垂直接地體長度和接地網(wǎng)長、寬尺寸可比擬時(shí)，接地網(wǎng)由原來的近似于平板接地體趨近于一個(gè)半球接地體，電容會(huì)有較大增加，接地電阻會(huì)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4 r2r可得，接地電阻將減小36%。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，附加于接地網(wǎng)上有限長度（23m）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(yīng)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(qiáng)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12。 3.4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，

27、對減小接地電阻具有一定效果。例如，對于一個(gè)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2r的半圓球內(nèi)，如果將r至2r間的土壤電阻率降低，可使接地電阻大大減小。 設(shè)原地電阻率為2，將r至2r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：RX=(+)/4r (3-1)置換前的接地電阻 RX為： RX=/2r (3-2) R與RX之比為： R/RX=(+)/2 (3-3)當(dāng)<<，上式改寫為： R=RX/2=/4r (3-4)故接地電阻減小的百分?jǐn)?shù)為50%。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(dāng)于將半球

28、接地體的半徑由R增大到2R，由于接地體幾何尺寸的增加，而使接地電阻減小17。 3.5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(dá)到一定深度后，地電阻率會(huì)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(dá)到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(lǐng)，它所儲藏的能量，不是儲藏在極板上，而是儲藏在整個(gè)介電質(zhì)中，即整個(gè)電廠中：介電質(zhì)中的能量密

29、度，既與介電系數(shù)有關(guān)，又與電場的分布有關(guān)，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(shè)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11。 3.6敷設(shè)水下接地網(wǎng) 在有適宜水源的地方敷設(shè)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(shè)水下接地網(wǎng)施工比較簡便，接地電阻比較穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，但應(yīng)注意水下接地網(wǎng)距接地對象的距離一般不大于1000m。3.7利用接地電阻降

30、阻劑在接地極周圍敷設(shè)了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻的作用。降阻劑是由幾種物質(zhì)配制而成的化學(xué)降阻劑，是具有導(dǎo)電性能良好的強(qiáng)電解質(zhì)和水分。這些強(qiáng)電解質(zhì)和水分被網(wǎng)狀膠體所包圍，網(wǎng)狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不致于隨地下水和雨水而流失，因而能長期保持良好的導(dǎo)電作用。而降低阻劑的主要作用是降低與地網(wǎng)接觸的局部土壤電阻率,換句話說,是降低地網(wǎng)與土壤的接觸電阻,而不是降低地網(wǎng)本身的接地電阻。這是目前采用的一種較新和積極推廣普及的方法。降阻劑已有超過二十年的工程運(yùn)用歷史，經(jīng)過不斷的實(shí)踐和改進(jìn)，現(xiàn)在無論是性能還是使用施工工藝都已經(jīng)是相當(dāng)成熟的產(chǎn)品了。3.8其他方法如何降低接地

31、電阻目前已成為工程建設(shè)的難點(diǎn)之一，除了以上方法外，增加地網(wǎng)的埋設(shè)深度、利用深孔爆破接地技術(shù)、自然接地體、局部換土、深井接地、擴(kuò)大接地面積和采用兩層水平接地網(wǎng)等等也都有一定的可行性。根據(jù)各個(gè)工程的不同情況可以選擇適合的降阻措施，而各種方法也不是孤立的，可以相互配合，以取得更好的實(shí)際效果。 4 某山區(qū)110kV變電站接地網(wǎng)的改造4.1 110kV變電站接地網(wǎng)概況 該110kV變電站位于福建省福清市某縣，1972年2月破土動(dòng)工，1973年3月安裝運(yùn)行2011年對該站接地網(wǎng)進(jìn)行了普查。經(jīng)開挖檢查接地極及接地引下線銹蝕嚴(yán)重，斷電較多，多處出現(xiàn)銹蝕的情況，后經(jīng)測量該站平均接地電阻已達(dá)到1.2，但個(gè)別點(diǎn)的接

32、地點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到6，根據(jù)DL/T6211997交流電氣裝置的接地中所表述，有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電所電氣裝置保護(hù)接地的接地電阻宜符合下列要求： 1) 一般情況下，接地裝置的接地電阻應(yīng)符合下式 (4-1) 式中： R考慮到季節(jié)變化的最大接地電阻，； I計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，A。 公式(5)中計(jì)算用流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，采用在接地裝置內(nèi)、外短路時(shí)，經(jīng)接地裝置流入地中的最大短路電流對稱分量最大值，該電流應(yīng)按510年發(fā)展后的系統(tǒng)最大運(yùn)行方式確定，并應(yīng)考慮系統(tǒng)中各接地中性點(diǎn)間的短路電流分配，以及避雷線中分走的接地短路電流。 2) 當(dāng)接地裝置的接地電阻不符合式(4-1)要求時(shí)

33、，可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較增大接地電阻，但不得大于5，且應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)6.2.2的要求1.部分地方接地電阻過高，已經(jīng)嚴(yán)重影響該站的安全運(yùn)行，對設(shè)備及運(yùn)行人員構(gòu)成威脅，為此，為消除安全隱患，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，根據(jù)福建省電力公司技術(shù)改造計(jì)劃，確定對該110kV變電站接地網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)改造。4.2 改造前變電站接地網(wǎng)詳細(xì)參數(shù) 根據(jù)實(shí)測，變電站平均接地電阻為1.2，最大短路電流為I短Max =5kA，保護(hù)裝置速動(dòng)時(shí)間為0.9s。變電站及周圍10kM土壤地質(zhì)情況為；頂層為少部分為土壤，厚度約為0.6m至0.8m；中層塊沙石層，厚度約為4米；底部仍為土壤；表層土壤電阻率實(shí)測為605·m，取值：600

34、3;m；中層砂石電阻率實(shí)測為1072·m，取值：1000·m；下層土壤電阻率約為1500·m，土壤季節(jié)變化系數(shù)較小，綜合考慮土壤分布以及接地網(wǎng)的埋深，取中層土壤電阻率為平均土壤電阻即1000·m；4.3 接地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)目的與參照標(biāo)準(zhǔn) 4.3.1改造目的 （1）根據(jù)DL/T6211997交流電氣裝置的接地中所表述，變電站接地電阻應(yīng)符合以下要求： （4-2） 式中：R考慮到季節(jié)變化的最大接地電阻，； I計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，A。 （2）改造后的接地裝置應(yīng)有良好的均壓措施，其地面跨步電壓和設(shè)備接觸電壓應(yīng)滿足下式3： （4-3） （4-4）式中為地

35、面跨步電壓，V；為設(shè)備接觸電壓，V；為地面土壤電阻率。 （3）改造后的接地裝置應(yīng)有較好的熱穩(wěn)定系數(shù)，滿足DL/T6211997交流電氣裝置的接地中相關(guān)規(guī)定。 （4）地網(wǎng)內(nèi)發(fā)生5kA工頻接地電流入地時(shí)，地網(wǎng)內(nèi)下應(yīng)有明顯的局部電位升高，不應(yīng)向低壓設(shè)備和二次電纜反擊； （5）改造后的接地網(wǎng)應(yīng)有10年以上的設(shè)計(jì)使用壽命和再改造空間，并且一年四季不會(huì)因季節(jié)變化對接地網(wǎng)主要參數(shù)產(chǎn)生影響。 4.3.2 設(shè)計(jì)遵循的主要標(biāo)準(zhǔn) (1） DLT 621 交流電氣裝置的接地 (2） GB50169 電氣裝置安裝工程接地裝置施工與驗(yàn)收規(guī)范 (3） DL475 接地裝置工頻特性參數(shù)的測量導(dǎo)則 (4） DLT596 電力設(shè)

36、備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程 (5） DLT 5161.6 接地裝置施工質(zhì)量檢驗(yàn) (6） DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合4.4 改造方案 經(jīng)現(xiàn)場勘查，該變電站北部有一個(gè)面積約200m×200m竹林可設(shè)計(jì)外延接地網(wǎng)，在距其不遠(yuǎn)有一個(gè)面積為185m×300m木材加工廠可設(shè)計(jì)外延接地網(wǎng)，南部有一個(gè)面積約為150m×250m廢棄茶園可作為外延接地體。設(shè)計(jì)采用埋深1米，規(guī)格為16的圓鋼，并采用多張外延接地網(wǎng)并聯(lián)，若再不符合要求則施加降阻劑以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。4.5 接地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)及計(jì)算 4.5.1 竹林接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)與改造 通過對竹林地區(qū)的勘查，我們根據(jù)現(xiàn)場條件

37、設(shè)計(jì)一個(gè)面積為200m×200m的水平外延接地體，考慮到降阻以及電網(wǎng)均壓問題，內(nèi)部網(wǎng)格規(guī)劃為20×20的網(wǎng)格。如圖4.1所示 圖4.1竹林接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)示意圖 竹林土壤電阻率為1000，此外延接地體長度為200m，寬度為200m，面積為40000m2，接地體材料為16的圓鋼，埋深為1m。外延接地網(wǎng)接地電阻為：S=200×200=40000，L=4400m，=800m，h=1m，d=0.016m，=1000B= (4-5)Re=2.3826 ( 4-6)0.9897 (4-7)Rn1=2.3581式中：S外延接地網(wǎng)面積；L接地網(wǎng)中水平接地體總長度 m；接地網(wǎng)中水平

38、接地體周長 m；h電阻率為的地層深度 m；土壤電阻率 ；d水平接地體的直徑。 經(jīng)計(jì)算得知，竹林接地網(wǎng)的接地電阻為2.3581，主接地網(wǎng)接地電阻為1.2，則并聯(lián)后的接地網(wǎng)的接地電阻為0.7953，達(dá)不到0.4的技術(shù)要求，故選擇木材加工廠做第二接地體進(jìn)行擴(kuò)網(wǎng)。 4.5.2木材加工廠接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)與改造 通過對木材加工廠地區(qū)的勘查，由于正方形電網(wǎng)及方形網(wǎng)孔有利于電網(wǎng)均壓及降阻，我們根據(jù)現(xiàn)場條件設(shè)計(jì)一個(gè)面積為180m×180m的水平外延接地體，內(nèi)部網(wǎng)格規(guī)劃為20×20的網(wǎng)格。如圖4.2所示圖4.2木材加工廠接地網(wǎng)示意圖木材加工廠土壤電阻率為1000，此外延接地體長度為180m，寬度為

39、180m，面積為32400m2，接地體材料為16的圓鋼，埋深為1m。外延接地網(wǎng)接地電阻為： S=1800×180=32400，L=3600m，=720m，h=1m，d=0.016m，=1000 (4-8)Re=2.6663 (4-9)0.9897 (4-10) Rn2=2.6388式中：S外延接地網(wǎng)面積；L接地網(wǎng)中水平接地體總長度 m；接地網(wǎng)中水平接地體周長 m；h電阻率為的地層深度 m；土壤電阻率 ；d水平接地體的直徑。 經(jīng)計(jì)算得知，木材加工廠接地網(wǎng)的接地電阻為2.6388，與竹林接地網(wǎng)并網(wǎng)后接地電阻為0.7953，則并聯(lián)后的接地網(wǎng)的接地電阻為0.6111，達(dá)不到0.4的技術(shù)要求，

40、故選擇廢棄茶園做第三接地體進(jìn)行擴(kuò)網(wǎng)。 4.5.3廢棄茶園接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)與改造 經(jīng)過對廢棄茶園的勘查，得知其土質(zhì)為土壤以及腐蝕沉積物，含水率高，有較好的導(dǎo)電性，實(shí)測得土壤電阻率為578，取近似值為600，根據(jù)現(xiàn)場條件設(shè)計(jì)一個(gè)面積為150m×150m的水平外延接地體，內(nèi)部網(wǎng)格規(guī)劃為30×30的網(wǎng)格。如圖4.3所示圖4.3廢棄茶園接地網(wǎng)示意圖 廢棄茶園土壤電阻率為600，此外延接地體長度為150m，寬度為150m，面積為22500m2，接地體材料為16的圓鋼，埋深為1m。外延接地體接地接地電阻值計(jì)算：S=150×150=22500，L=1800m，=600m，h=1m，d

41、=0.016m，=600 (4-11)Re=2.0559 (4-12)0.9897 (4-13)Rn3=2.0347式中：S外延接地網(wǎng)面積；L接地網(wǎng)中水平接地體總長度 m；接地網(wǎng)中水平接地體周長 m；h電阻率為的地層深度 m；土壤電阻率 ；d水平接地體的直徑。經(jīng)計(jì)算得知，廢棄茶園接地網(wǎng)的接地電阻為2.0347，擴(kuò)網(wǎng)并網(wǎng)后接地電阻為0.6111，則并聯(lián)后的接地網(wǎng)的接地電阻為0.4700，達(dá)不到0.4的技術(shù)要求，故采用施加降阻劑以降低接地電阻。經(jīng)過現(xiàn)場考察，木材加工廠接地網(wǎng)較適合施加降阻劑。 4.5.4 總的改造方案 綜合考察后，我們決定采用HTJ-03型物理降阻劑對木材加工廠接地網(wǎng)進(jìn)行二次改造。

42、改造后的接地網(wǎng)如圖4.6.2所示 查閱HTJ-03型物理降阻劑的相關(guān)資料后，我們得到其降阻計(jì)算公式： 閉合均勻水平接地網(wǎng)（設(shè)施居于網(wǎng)內(nèi)），當(dāng)網(wǎng)面積S100m2時(shí)，則： ( 4-14) 式中：R地網(wǎng)接地電阻（）； 校正后的土壤電阻率（m）； S地網(wǎng)面積（m2）； K降阻系數(shù)取2.5 。則木材加工廠接地網(wǎng)的接地電阻為 經(jīng)過測量，施加降阻劑后木材加工廠的土壤電阻率已達(dá)到450·m，則最終改造后的接地網(wǎng)的接地電阻為主接地網(wǎng)與其他三張外延接地網(wǎng)的并聯(lián)電阻，R=0.3768，達(dá)到了0.4的技術(shù)要求。經(jīng)過現(xiàn)場測試， 變電站接地電阻已降到0.37，已經(jīng)遠(yuǎn)超過預(yù)期，方案可行有效。另外，還需考校接地體引

43、下線的截面大小是否符合接地短路電流熱穩(wěn)定的要求和地面跨步電壓和接觸電壓是否符合規(guī)章要求，分別計(jì)算如下：熱穩(wěn)定系數(shù)： =142.8171（m） （4-15）因此，選用的16的圓鋼截面積為201m，完全符合短路電流的熱穩(wěn)定需要。 式中：接地線的最小截面積，m 流過接地線的短路電流穩(wěn)定值，A t接地短路電流持續(xù)時(shí)間，s C接地線的熱穩(wěn)定系數(shù)，鋼取704.6接觸電壓和跨步電壓的校驗(yàn) 根據(jù)DL/T6211997交流電氣裝置的接地的有關(guān)要求，跨步電壓和接觸電壓要滿足以下要求：在發(fā)生單相接地或同點(diǎn)兩相接地時(shí)，變電站站及電力設(shè)備接地裝置的最大跨步電壓和最大接觸電壓不可以超過如下允許值： Us （4-16） U

44、t （4-17） 式中 Us跨步電壓 V； Ut接觸電壓 V； 4.6.1跨步電壓的計(jì)算 竹林跨步電壓目標(biāo)值： =921.26V （4-18） 式中：地面土壤電阻率，取1000·m，t接地短路電流持續(xù)時(shí)間，取0.9s；最大跨步電壓計(jì)算：S=200×200=40000，L=4400m，=800m，h=1m，d=0.016m 最大跨步電壓為： 式中：為最大跨步電壓，為最大跨步系數(shù) n值按方形地網(wǎng)計(jì)算 n=11 （4-19） B=0.1=0.3317 （4-20） =0.5224 （4-21） d=0.016m =0.0428 （4-22） =1884v （4-23） =0.04

45、28×1884=80.64v921.26v （4-24） 滿足跨步電壓要求。木材加工廠跨步電壓目標(biāo)值： =515.5V （4-25） 式中：地面土壤電阻率，取450·m，t接地短路電流持續(xù)時(shí)間，取0.9s；最大跨步電壓計(jì)算：S=1800×180=32400，L=3600m，=720m，h=1m，d=0.016m，=450 最大跨步電壓為： 式中：為最大跨步電壓，為最大跨步系數(shù) n值按方形地網(wǎng)計(jì)算 n=10 （4-26） B=0.1=0.3162 （4-27） =0.4782 （4-28） d=0.016m =0.0453 (4-29) =1884v （4-30）

46、=0.0453×1884=85.35v515.5v （4-31） 滿足跨步電壓要求。 廢棄茶園跨步電壓目標(biāo)值： =626.2V （4-32） 式中：地面土壤電阻率，取600·m，t接地短路電流持續(xù)時(shí)間，取0.9s；最大跨步電壓計(jì)算：S=150×150=22500，L=1800m，=600m，h=1m，d=0.016m，=600 最大跨步電壓為： 式中：為最大跨步電壓，為最大跨步系數(shù) n值按方形地網(wǎng)計(jì)算 n=6 （4-33） B=0.1=0.2449 （4-34） =0.3270 （4-35） d=0.016m =0.0531 (4-36) =1987.5v （4-37） =0.0531×1884=100.04v626.2v （4-38） 滿足跨步電壓要求。 4.6.2接觸電壓 竹林最大接觸電壓計(jì)算： 均壓帶等間距布置時(shí)，接地網(wǎng)地表面的最大接觸電位差，即網(wǎng)孔中心對接地網(wǎng)接地極的最大電位差，可按下式計(jì)算： （4-39） 其中：最大接觸電位差 最大接觸電位差系數(shù) 計(jì)算公式如下： = （4-40） 公式中：Kd=0.8410.225lgd=1.24507 （4-41） 在方孔接地網(wǎng)中KL=1 Kn=0.076+0.076/n=0.0