惠黎變電站接地方案

220kV安徽惠黎變電站

一次接地系統(tǒng)設(shè)計計算書

XXXXXXX企業(yè)

1概述

變電站的接地系統(tǒng)是維護(hù)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行、呆障運(yùn)行人員和電氣

設(shè)備安全的主線保證和重要措施，其最重要8勺功能就是將故障電流安全地引

入地下，限制地電位上升，控制地表電位梯度以限制跨步電位差和接觸電位

差在安全值內(nèi)。

在既有B勺設(shè)計方案中，安徽惠黎220kV變電站（如下簡稱惠黎站）接地

系統(tǒng)擬采用鍍銅材料。作為國家電網(wǎng)企業(yè)基建推廣新技術(shù)，銅覆鋼（電鍍鍍

銅材料包括在該類產(chǎn)品中）材料目前開始積極應(yīng)用于國內(nèi)工程。

本助目一次接地系統(tǒng)設(shè)計、分析及計算如下：

2惠黎站站址水文地質(zhì)條件（巖勘匯報無，有關(guān)資料缺乏）

2.1地質(zhì)條件

2.2水文條件

2.2.1地下水腐蝕性評價

一、地下水對混凝土構(gòu)造的腐蝕性鑒定

1、根據(jù)環(huán)境類型鑒別

根據(jù)（GB50021-2023）（2023年版）規(guī)范附錄G,工程場地8勺環(huán)境類型屬

于II類.根據(jù)水中硫酸鹽S042-、鎂鹽Mg2+含量.按(GB50021-2023)表12.2.1

鑒定。表中數(shù)值按干濕交替考慮，地下水對混凝土構(gòu)造的腐蝕性鑒定成果列

于表2.2-1中。

表2.2-1根據(jù)環(huán)境類型鑒定地下水對混凝土構(gòu)造的腐蝕性

GB50021-2023規(guī)范指標(biāo)本項鑒定成果

試驗

蝕

腐蝕介質(zhì)指標(biāo)值

干濕交替按干濕交替考慮

(mg/L)

級

<300

硫酸鹽

含量300—1500

S042-1500-3000

(mg/L)>3000

<2023

鎂鹽

含量2023—3000

Mg2+3000-4000

(mg/L)>4000

2、根據(jù)地層滲透性鑒別

擬建站址場地地下水為弱透水層中B勺地下水，根據(jù)地下水的PH值，按照

(GB50021-2023)(2023年版)規(guī)范表12.2.2,鑒定地下水對混凝土構(gòu)造B勺

腐蝕性的成果列于表2.2-2中。

表2.2-2根據(jù)地層滲透性鑒定地下水對混凝土構(gòu)造的腐蝕性

腐蝕pH值試驗指標(biāo)值

鑒定成果

等級GB50021-2023規(guī)范值(pH值)

微>5.0

弱5.0—4.0

中4.0—3.5

強(qiáng)<3.5

二、ftU下水對混凝土構(gòu)造中鋼筋B勺腐蝕性鑒定

根據(jù)水中氯鹽C1-含量，按(GB50021-2023)(2023年版)表12.2.4,

鑒定地下水對混凝土構(gòu)造中鋼筋的腐蝕性，鑒別成果列于表2.2-3o

表2.2-3根據(jù)水中C1-含量鑒定地下水對混凝土構(gòu)造中鋼筋的腐蝕性

(GB50021-2023)規(guī)

試驗本項鑒定成果

蝕腐蝕范指標(biāo)

指標(biāo)值

介質(zhì)

干濕交替(mg/L)按干濕交替考慮

級

<100

—氯鹽

100—500

含量

500—5000

Cl-(mg/L)

>5000

根據(jù)上述水質(zhì)腐蝕性鑒定成果，擬建場地的地下水對混凝土構(gòu)造具弱腐

蝕性；對鋼筋混凝土構(gòu)造中的鋼筋具強(qiáng)腐蝕性。

3入地故障電流計算

3.1惠黎站規(guī)模

惠黎站建設(shè)規(guī)模規(guī)劃如下：

3.2入地故障電流及持續(xù)時間

3.2.1入地故障電流的)計算

入地故障電流是分析接地系統(tǒng)安全指標(biāo)的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障

時，只有一部分短路電流經(jīng)接地網(wǎng)流入大地，其他部分經(jīng)變壓器中性點、與

地網(wǎng)相連B勺架空地線、電力電纜的屏蔽層流回系統(tǒng)。

入地故障電流為：

【G=DfXS/xCpXlf(3-1)

式中：

Sf——分流系數(shù)，需要根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)造計算得到；

CP一一考慮到系統(tǒng)未來的發(fā)展的規(guī)劃系數(shù)，惠黎站的短路電流已給出，

暫按常規(guī)取1;

Df一一衰減系數(shù)，與故障時延有關(guān);

If一一接地故障對稱電流.kA。

下表提供了對于不同樣的故障時延和X/R比值8勺衰減系數(shù)經(jīng)典值。

表3-1經(jīng)典8勺衰減系數(shù)值

衰減系數(shù)

故障時延tf(s)50Hz對應(yīng)B勺周期

X/R=10X/R=20X/R=30X/R=40

0.052.51.26851.41721.49651.5445

0.1051.14791.26851.35551.4172

0.20101.07661.14791.21251.2685

0.30151.05171.10101.14791.1919

0.40201.03901.07661.11301.1479

0.50251.03131.06181.09131.1201

0.7537.51.02101.04161.06181.0816

1.00501.01581.03131.04671.0618

綜合變電站實際狀況，Df取L2在大多數(shù)狀況下已經(jīng)有足夠裕度，因此

取12

變電站內(nèi)、外發(fā)生接地短路時，經(jīng)接地網(wǎng)入地的電流可分別按下二式計

算：

I=(，max-，“島(3-2)

人=/?2(3-3)

式中：

Imax——發(fā)電廠和變電站內(nèi)發(fā)生接地短路時的最大接地短路電流.kA;

In一一發(fā)電廠和變電站內(nèi)發(fā)生接地短路時流經(jīng)其設(shè)備中性點8勺電流，

kA;

Sfl、Sf2——分別為廠站內(nèi)、外發(fā)生接地短路時B勺分流系數(shù)。

經(jīng)計算，并結(jié)合《國家電網(wǎng)企業(yè)十八項電網(wǎng)重大反事故措施》第14.1.1.3

條B勺規(guī)定：“在新建工程設(shè)「中，校驗接地引下線熱穩(wěn)定所用電流應(yīng)不不不

小于遠(yuǎn)期也許出現(xiàn)8勺最大值，有條件地區(qū)可按照斷路器額定開斷電流考核”，

遠(yuǎn)景惠黎站站內(nèi)最大入地故障電流按29.53kA考慮。

3.2.2人地故障電流的持續(xù)時間

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，變電站B勺繼電保護(hù)裝置配置有2套速動主保護(hù)、近接地

后備保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)和自動重疊閘時，t可按式(3-4)取值。

，之+%(3-4)

式中：tm---主保護(hù)動作時間，s;

tf一一斷路器失靈保護(hù)動作時間，s;

tO---斷路器開斷時間，So

根據(jù)本站設(shè)備容量配置，綜合考慮遠(yuǎn)期擴(kuò)建需求，經(jīng)計算，接地設(shè)計中

故障電流持續(xù)時間按0.4s考慮。

3.3熱穩(wěn)定校驗

按GB50065-2023《交流習(xí)氣裝置的接地》，未考慮，腐蝕時，接地線8勺最

小載面應(yīng)符合下式規(guī)定：

SgN亡R

式中：Sg--接地線B勺最小截面，mm2;

Ig一一流過接地線的短路電流穩(wěn)定值，A;

te——短路8勺等效持續(xù)時間，s;

c一一接地線材料B勺熱穩(wěn)定系數(shù)，鋼取70,鍍銅圓鋼鋼取128,銅取210。

注：有關(guān)有穩(wěn)定系數(shù)C的取值.技術(shù)闡明如下:

材料的C值取決于材料的導(dǎo)電率和最大容許溫度。銅覆鋼材料伴隨銅層

B勺腐蝕導(dǎo)電率有所下降，材料B勺C值也對應(yīng)減小，但伴隨系統(tǒng)規(guī)模及傳播功

率B勺增長，變電站短路電流水平卻會增長。因此，結(jié)合近遠(yuǎn)期，確定合理B勺

c值成為銅覆鋼材料截面選擇中B勺重要問題。

1)IEEE規(guī)定的JC值

IEEEstd80-2023列出了多種材料的熱穩(wěn)定系數(shù)值，其中鍍銅鋼材料(新

國標(biāo)GB50065-2023中定義為銅覆鋼材料，如下統(tǒng)一為銅覆鋼)的最大容許溫

度為1084C,其熱穩(wěn)定系數(shù)參照值為135mm2/(Aesl/2);鋼B勺最大容許溫

度1510c.其熱穩(wěn)定系數(shù)參照值為123mm2/(A?sl/2)0

11.3.1.2Formulasimplification

TheformulamEnglishunitscanbesi叫hfiedtothefollowing:

AMUL1Kf及

where

如nlistheareaofconductorinkcmil

IisthermsfaultcurrentinkA

isthecurrentdurationins

istheconstantfromTable2forthemateiialatvariousvaluesofTm(fusingtemperatureor

limitedconductortemperaturebasedon11.33)andusingambienttemperature(J)of40eC

Table2—Materialconstants

MatmalConductivity<%iV。J

Copper,annealedsoft-dia^-n100.010837.00

Copper,commercialhard-drawn97.010847.06

Copper,commercialhard-drawn97.025011.78

Copper-cladsteelwire40.0108410.45

Copper-cladsteelwire30.0108412.06

Copper-cladsteelrod20.0108414.64

AluminumECGrade61.065712.12

Aluminum5005Alloy53.565212.41

Aluminum6201Alloy52.565412.47

Aluminum-cladsteelwire20.365717.20

Steel102010.8151015.95

Stainlesscladsteelrod9.8140014.72

Zinc-coatedsteelrod8.641928.96

Stainlesssteel3042.4140050.05

*See11.3.3forcommentsconcerningmaterialselection.

經(jīng)計算，C值如下表所示:

表3.3-1IEEE規(guī)定的銅覆鋼C值

(mm2/A?si

材料材料導(dǎo)電率(%)Tm(℃)

/2)

銅鍍鋼絞線40108410.45189

銅鍍鋼絞線30108412.06164

銅鍍圓鋼20108414.64135

鍍鋅鋼8.641928.9668

2）國標(biāo)規(guī)定的C值

GB50065-2023充足考慮到我國土壤類型的多樣性和腐蝕成因8勺復(fù)雜性,

為保證銅覆鋼材料的合用性，采用設(shè)計冗余量前置B勺方式，通過減少導(dǎo)體最

大容許溫度，減小熱穩(wěn)定系數(shù)取值，為導(dǎo)體截面積計算留出安全有效的1設(shè)計

冗余量，并最終確定了700C、800C、900c的分檔對應(yīng)規(guī)定，如表3.3-2

所示。對照表3.3-1和表3.3-2可見：GB50065-2023規(guī)定B勺C值與IEEE相

比已留有一定B勺裕度。

表3.3-2GB50065-2023規(guī)定的銅覆鋼C值

最大容許溫度C導(dǎo)電率40%導(dǎo)電率30%導(dǎo)電率20%

銅鍍視絞線銅鍍鋼絞線銅鍍鋼棒

700167144119

800173150124

900179155128

3）設(shè)計取值

綜合考慮惠黎站土壤地質(zhì)條仁狀況及地下水對金屬導(dǎo)體的腐蝕狀況，提議按

照GB50065-2023的）列表取值，即導(dǎo)電率20%銅鍍圓鋼的）C值取128。

3.4土壤腐蝕性及鍍銅層厚度規(guī)定

3.4.1按GB50065-2023《交流電氣裝置B勺接地》，接地裝置B勺防腐蝕

設(shè)計，應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)計及腐蝕影響后，接地裝置的)設(shè)計使用年限，應(yīng)與地面工程的設(shè)計

使用年限相稱；

(2)接地裝置的防腐蝕設(shè)計，宜按當(dāng)?shù)氐母g數(shù)據(jù)進(jìn)行；

(3)在腐蝕嚴(yán)重地區(qū)，敷設(shè)在電纜溝中的)接地線和敷設(shè)在屋內(nèi)或地面上

B勺接地線宜采用熱鍍鋅，對埋入地下R勺接地體宜采用適合當(dāng)?shù)貤l件8勺防腐蝕

措施。接地線與接地極或接地極之間8勺焊接點，應(yīng)涂防腐材料。

根據(jù)我國在20世紀(jì)50-60年代提出“以鋼代銅，以鋁代銅”的技術(shù)原

則，與其他地區(qū)相似，西北電網(wǎng)系統(tǒng)330kV變電站接地網(wǎng)同樣采用鍍鋅扁鋼,

因運(yùn)行日久，產(chǎn)生不同樣產(chǎn)重程度B勺銹蝕，伴隨電網(wǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，短路電

流不停升高，原有接地網(wǎng)逐漸不滿足運(yùn)行規(guī)定，尤其是在雷電或變電站近區(qū)

短路電流的沖擊下，電位抬升對二次系統(tǒng)干擾嚴(yán)重，影響電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)

行。

西北地區(qū)某站鍍鋅扁鋼地網(wǎng)腐飩圖

根據(jù)場站所處區(qū)域，綜合考慮變電站不低于40年使用壽命原因，因此有

必要考慮金屬在土壤中8勺腐蝕問題。

3.4.2鍍銅層厚度的選擇

GB50065-2023第4.3.6條規(guī)定：計及腐蝕影響后，接地裝置的)設(shè)計使

用年限，應(yīng)與地面工程的)設(shè)亡使用年限相稱。本項目變電站接地裝置的設(shè)計

使用年限暫按40年考慮。因此，需根據(jù)防腐蝕規(guī)定，確定銅覆鋼的銅層厚度。

(1)有關(guān)原則及規(guī)定規(guī)定的鍍銅層厚度

GB50065-2023第4.3.4條規(guī)定：銅層厚度不應(yīng)不不小于0.25mm。

(2)根據(jù)土壤條件確定B勺鍍銅層厚度

如6.1節(jié)所述，參照國內(nèi)外研究成果，結(jié)合黃河站站址水文地質(zhì)條件，

銅言腐蝕率可取為。.002mm/ao按國標(biāo)規(guī)定8勺最小鍍銅層厚度0.25mm校驗,

即通過40年的全壽命有效期腐蝕.鍍銅層厚度剩余量為:0.25-0.002*40=

0.13mm,滿足使用規(guī)定。

3.5接地體截面選擇

接地導(dǎo)體應(yīng)具有良好的防腐能力并能反復(fù)通過大的故障電流，接地系統(tǒng)

8勺壽命應(yīng)不不不小于地面重要設(shè)備的壽命。一般至少規(guī)定30年以上使用壽

命，惠黎變電站接地系統(tǒng)B勺使用壽命按40年考慮。

電氣設(shè)備接地線的截面，應(yīng)按接地短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗。鋼接地線

H勺短時溫度不應(yīng)超過400C,銅接地線不應(yīng)超過450C。根據(jù)熱穩(wěn)定條件，在

沒有考慮腐蝕時，接地裝置接地導(dǎo)體B勺截面不合適不不小于連接至該接地裝

置B勺接地引下線截面的75%。

接地材料采用鍍銅圓鋼，其接地引下線的最小截面為：

其中：Ig取值29.53KA

te取值0.4s

C取值128

計算可知，引下線最小截面積為145.91mm2,計及40年全壽命周期8勺腐

蝕損耗，選直徑16、截面積201mm2鍍銅圓鋼。

由于接地裝置接地導(dǎo)體的截面不合適不不小于連接至該接地裝置的接地

引下線截面的)75吼因此，主地網(wǎng)水平接地體的最小截面為：

S=145.91mm2x0.75=109.43mm2

主地網(wǎng)水平接地體選直徑13.2、截面積136.84nlm2鍍銅圓鋼。

3.6接地體連接方式

變電站的)接地網(wǎng)金屬導(dǎo)體存在著大量的連接，只有可靠的)、牢固的連接

才能保證接地網(wǎng)B勺運(yùn)行可靠性。

(1)老式B勺鋼接地體連接

鋼接地體之間B勺連接均為老式的電弧焊接方式，高溫電弧會破壞接地體

接頭部位B勺鍍鋅層，有也許導(dǎo)致點腐蝕B勺出現(xiàn)，嚴(yán)重影響接地體的壽命。此

外，電弧焊接連接不是真正的分子性連接，焊接點對于要地體的I導(dǎo)電性能也

有影響。

并且焊接都只是表面搭接，內(nèi)部并沒有熔合，接頭不致密，性能只比壓

接和螺栓連接略好，焊接接頭B勺性能還要取決于操作技術(shù)工B勺純熟程度，

(2)銅接地體連接

銅接地體重要有如下兩種種連接方式：

方式一：銅銀焊接法

扁銅條與扁銅條之間、扁銅條與裸銅絞線之間、裸銅絞線與裸銅絞線之

間R勺連接都可以使用銅銀焊連接法，常用8勺銅銀焊接有乙快焊、電弧焊等，

但焊接都只是表面搭接，內(nèi)部并沒有熔合，接頭不致密，性能只比壓接和螺

栓連接略好，焊接接頭的性能還要取決于操作技術(shù)工B勺純熟程度，尤其是銅

焊，雖然是持有特殊工種上崗證，也比較輕易出現(xiàn)某些厚接缺陷，無法從表

面觀測合格與否。使用銅焊時，尤其是大截面導(dǎo)體8勺銅岸，對于現(xiàn)場的操作

和施工環(huán)境有比較高8勺規(guī)定，不過電力工程接地系統(tǒng)都是在野外，施工環(huán)境

惡劣，無法滿足銅焊所需的焊接環(huán)境?；谝陨显颍~銀焊連接法在電力

工程接地系統(tǒng)實際施工中很少應(yīng)用。

方式二：放熱焊接法

放熱焊接運(yùn)用活性較強(qiáng)的鋁把氧化銅還原,整個過程需時很短（僅數(shù)秒），

反應(yīng)所產(chǎn)生H勺熱量足以使被焊接的）導(dǎo)線端部融化形成永久性的I分子合成。銅

基放熱反應(yīng)的公式是：

3Cu20+2Al-A1203+6Cu+熱量（2-4）

放熱焊接接頭B勺特性：外形美觀一致；連接點為分子結(jié)合，沒有接觸面,

更沒有機(jī)械壓力，因此，不會松弛和腐蝕；具有較大的散熱面積，通電流能

力與原導(dǎo)體相似；接頭電阻低，能承受故障大電流沖擊，不至熔斷。

放熱焊接可以完畢多種導(dǎo)線間不同樣方式的連接，如直通型、丁字型、

十字型等：還可以完畢不同欄材質(zhì)導(dǎo)線B勺連接。這種焊賽方式操作簡樸、焊

接速度快，并且接頭的耐腐蝕性好、電阻低、連接可靠，在國際上獲得了大

規(guī)模的應(yīng)用。

放熱焊接B勺長處：焊接措施簡樸，輕易掌握；無需外接電源或熱源；供

焊接用B勺材料、工具很輕、搬動以便；焊接速度快捷，節(jié)省人工；從焊接頭

B勺外觀上便能鑒定焊接的質(zhì)量；可用于焊接銅、銅合金、鍍銅鋼、多種合金

鋼，包括不銹鋼及高阻加熱熱源材料。因此，在國外放熱焊接己通過UL原則

嚴(yán)格論證，并被IEEEStd80大綱等規(guī)程中指定為接地導(dǎo)體8勺連接方式。

4方案描述闡明及計算：

綜合考慮地網(wǎng)的使用年限、地網(wǎng)材料、接地電阻、地質(zhì)狀況、濕度溫度

等引然原因B勺影響

1、變電站主地網(wǎng)使用直徑13.2、截面積136.84mm2鍍銅0鋼制成5米*5

米B勺均壓網(wǎng)格地網(wǎng)；接地網(wǎng)的外緣閉合，埋設(shè)深度為0.8m。主地網(wǎng)外緣閉環(huán)

水平導(dǎo)線敷設(shè)GEM25長期有效物理性柔性模塊，以增強(qiáng)降阻效果。

2、在水平地網(wǎng)外緣閉合環(huán)上笈8mB勺水平間隔設(shè)置36組單組深度為6.1m8勺

鍍銅鋼棒垂直地極，每組垂直接地極由5根014.2mm,L=l.22m的鍍銅鋼棒

棒構(gòu)成，整個外緣閉合環(huán)垂直接地系統(tǒng)使用鍍銅鋼棒180根；垂直地極與水

平地網(wǎng)采用放熱焊接連接：

3、水平網(wǎng)內(nèi)部分，根據(jù)設(shè)備設(shè)施H勺詳細(xì)布置位置另設(shè)置了24組深度

3.24m（水平地網(wǎng)導(dǎo)線0.8m埋深+2*1.22m棒深）的接地泄流垂直地極，合計

使用鍍銅鋼棒垂直地極48根。

4、設(shè)計資料不全，臨時笈這個方案計算。

采用水平復(fù)合主地網(wǎng)方案B勺有關(guān)計算如下：

1水平均壓環(huán)接地電阻：

凡力0.5隼

（根據(jù)GB50065-2023）

其中：p---土壤電阻率500Q.m

A---接地網(wǎng)面積81X68=5508m2

Rsx3.369Q

均壓網(wǎng)外緣閉合環(huán)敷設(shè)GEM25柔性模塊輔助降阻后，接地電阻值減少為

2.357Q

2地網(wǎng)最外緣閉合環(huán)上布設(shè)B勺單組6.1m深垂直接地極接地電阻：

2萬*八d）（根據(jù)GB50065-2023）

其中：p---土壤電阻率5000.m

1一一單組垂直接地極深度6.1m

d——單根垂直接地極等效直徑1.42cm

Rv=93.174Q

3總計36組9.76m深垂直接地極并聯(lián)后，其接地電阻為:

（根據(jù)BS7430-1991）

=4.329Q

4均壓閉合環(huán)網(wǎng)與垂直接地網(wǎng)并聯(lián)后的）復(fù)合地網(wǎng)總電阻:

總一"凡+此、

其中：n一一并聯(lián)屏蔽系數(shù)，取L25

R總=1.9080

附件:

表1美國純銅土壤埋置試驗成果

土壤編號埋置時間（年）平均腐蝕速度（mm/a）

3113.70.00030

27160.00043

36160.00068

213.50.0069

5140.0011

7140.0011

913.40.0012

260.00044

13.4

300.00031

13.4

410.00099

13.4

470.0011

13.4

613.30.00036

1013.20.0030

2413.20.00066

18.10.0022

208.10.0014

380.0010

880.00076

1280.010

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