高电阻率土壤220kV变电站接地网N

高电阻率土壤220kV变电站接地网设计方案的研究和应用

曾育新1，武安庆2，李小东2

（1.新疆神火煤电有限公司新疆乌鲁木齐；2.沁阳沁澳铝业有限公司，河南焦作沁阳）

摘要：结合在建的工程220 kV神火变电站的接地网设计，探讨了目前高土壤电阻率降阻措施及分析接地设计参数对地电位、接触电位差、跨步电位差的影响程度，阐释了接地网设计方案、施工方法及其合理性。

关键词：高电阻率降阻，不等间距，接触电压，跨步电压

1.引言

随着电力系统电网容量的不断增加，流经接地网的短路电流也越来越大，因此要确保人身和设备的安全，维护供电系统的可靠运行，电力行业标准DL/T621197规定，接地装置的接地电阻应满足R≤2000/I，即IR < 2000V。特别是现在普遍采用微机保护，其对接地电阻值的要求很高，即R < 1ρ，2000V难以满足要求，在高电阻率土壤（如火烧岩、卵石、戈壁滩等）建设的220kV变电站接地网设计方案的研究和应用显得尤为必要。本文结合在建的工程220 kV神火变电站的工程数据，重点探讨目前高土壤电阻率地区发电厂、变电站的接地设计问题。在设计施工过程中如何合理确定接地装置的设计方案，降低接地电阻，这是变电站设计施工的重点之一[2]。

随着电力系统的发展，输电线路的电压等级越来越高，入地短路电流越来越大，采用自然水平复合接地网设计，接地电阻、跨步电势、接地电势往往达不到要求，危及操作人员和电气设备安全。为了降低接地电阻，现在在工程设计中采取了增大地网面积、增设接地体、采用降阻剂或局部换土、深孔爆破制烈压灌、电解离子接地系统、并联集中式接地体等许多方法[1,2]。

2. 变电站接地系统设计方案

合理的设计一个安全地网，使得变电站有较低的足够安全的接触电位差、跨步电位差、地电位是设计安全地网的目的。

2.1设计要求

220kV神火变（室内变电站）地处戈壁滩火烧岩层上，土壤电阻率在700Ω.m，且干旱少雨，设计接地网面积为173 m×27m的220kV神火变电站接地网，设计要求混合接地电阻≤0.4Ω，室内变电站一周接地网设计79根3米长的∠70×70×7热镀锌角铁接地极。

2.2接地系统施工方案

设计时考虑设施作用、设施设计寿命、土壤电阻率、土壤的自然腐蚀性、场地面积和形状、目前的建筑物和接地系统、季节因素和环境因素、道路和公共设施、临近设施和电力系统、远期增加设备因素等。

2.2.1施工方案一

施工方案一见图1所示。具体说明如下：

①接地主干线和分支线在冻土层下采用电阻降阻剂后并更换周围的土壤方法。这种方法是采用电阻降阻剂和电阻率较低的土壤(如粘土、黑土及砂质粘土等)替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.8m以内。

②接地接采用电阻降阻剂后并更换周围的土壤方法。

图1 施工方案一

这种方法是在接地极处冻土层下开挖一个直径1米、深3.5米的坑，放入3米长的∠70×70×7的热镀锌角铁，采用电阻降阻剂和电阻率较低的土壤(如粘土、黑土及砂质粘土等)替换原有电阻率较高的土壤然后再夯实盖土。

2.2.2施工方案二

施工方案二见图2所示。具体说明如下：

①接地主干线和分支线在冻土层下采用电阻降阻剂后并更换周围的土壤方法。这种方法是采用电阻降阻剂和电阻率较低的土壤混合物，混合物由黄土、粉煤灰（或炭渣）、石灰、食盐混合，混合物体积比4.5:4.5:0.5:0.5，夯实盖土，替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.8m以内。

②接地接采用电阻降阻剂后并更换周围的土壤方法。

这种方法是在接地极处冻土层下开挖一个直径1米、深3.5米的坑，放入3米长的∠70×70×7的热镀锌角铁，采用电阻降阻剂和电阻率较低的土壤混合物，混合物由黄土、

粉煤灰（或炭渣）、石灰、食盐的混合物，混合物体积比4.5:4.5:0.5:0.5，替换原有电阻率较高的土壤然后再夯实盖土。地表上面覆盖0.8米厚混合物[4,5]。

图2 施工方案一

2.2.3降阻剂主要技术参数及性能指标

①降阻率：50%-95%（土壤电阻率越高，降阻效果越显著）；

②稳定性及长效性：物理降阻剂的理论有效期为20年以上；

③产品的优点：降阻效果明显；减少工作量，可少打接地体，尤其可用水平接地体代替难以施工的垂直接地体（在山区及岩石地区等）；施工方便，可解决施工场地受局限的困难；可大量节约金属材料；具有长效性和稳定性；防腐性能好。

④降阻剂施工方法：按接地设计要求，挖好水平接地沟和垂直接地孔。

ⅰ、降阻剂与水按３：２的比例在容器内搅拌成糊状；

ⅱ、将搅拌好的降阻剂敷设于水平接地沟（或垂直接地孔）内，再填满细土；

ⅲ、降阻剂敷设16-24小时后封土，再浇水并夯实。

ⅳ、在缺水地区施工时，可将粉状降阻剂直接置于接地体及四周（其用量大于一般用量的30%左右），再填满细土并夯实。

图3 ……

⑤注意事项

ⅰ、搅拌降阻剂时要戴乳胶手套，如粉末溅到手、脸、眼上时可用清水洗净；

ⅱ、降阻剂要严防受潮，须储存在不受雨淋的干燥处。

⑥根据220kV神火变电站所处位置电阻率是700Ω.m，结合下表采用

在接地体上的敷设厚度为8-25cm之间，用量20kg/米。

表1……

土壤电阻率Ω.mρ ≤ 500500 <ρ ≤

1000

1000 <ρ ≤

2000

ρ > 2000

降阻剂的用量（kg/m）

水平

接地体

10 - 1515 - 3030 - 45>45垂直

接地体

12 - 1616 - 3232 - 47>47

3.两个方案比较

方案一：（1）采用粘土、黑土及砂质粘土替换接地极、主干线和分支线周围土壤，降低了接地网周围的电阻率，增大了短路电流散流面积，从而提高了变电站的安全水平。

（2）降阻剂是一种良好的导电体，将它使用于接地体和土壤之间，一方面能够与金属接地体紧密接触形成足够大的电流流通面；另一方面，它能向周围土壤渗透，降低周围土壤电阻率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域。同时降阻剂有较强的吸水性和保湿性能，使用降阻剂后，能使接地体周围的土壤长期保持湿润状态。凝固后的降阻剂呈弱碱性，结构紧密，对接地体有防腐蚀保护作用。除此之外，降阻剂还具有良好的均压作用，改善电位分布，从而降低跨步电压和接触电压。

（3）在同样安全水平下，优化设计的接地网施工方案较常规布置的接地网，一般能节省相应的接地工程投资30%以上，在技术上、经济上较为合理。