变电站接地网电阻偏高原因分析及降低接地电阻的措施

变电站接地网电阻偏高原因分析及降低接地电阻的措施

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0 引言

变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生系统接地故障或其他大电流人地时，可能造成地电位异常升高，造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，轻则导致监测或控制设备发生误动作或拒动，重则破坏监测设备而扩大事故，带来经济损失和社会影响。

接地电阻对接地网的安全起着非常重要的作用，接地电阻的大小是安全接地的重要技术指标。最近几年建设的变电站工程中，多次出现了接地电阻不能满足设计要求的问题，造成接地网需要重复返工，影响了变电站正常的施工进度。采取各种辅助降阻措施，降低接地电阻，使接地网达到安全运行的要求，是变电站接地问题中—个重要的环节。1 变电站接地网电阻偏高的原因

1.1 土壤电阻率偏高

特别是山区，由于土壤电阻率偏高，对系统接地电阻影响较大。干旱地区、沙石土层等相当干燥，而大地导电基本是靠离子导电，干燥的土壤电阻率偏高。

1.2 没有具体勘探测量

有的在设计接地时，根据地质资料查找设计手册所对应的土壤电阻率。但是场地不同点土壤电阻率的偏差，同种土壤的电阻率会存在一定的差异，特别是南北方同种土壤之间差别很大，会造成很大的误差，也不应再使用。

1.3 测量值不可信

设计人员一般现场采用四极法测量原土层的土壤电阻率。这种方法虽然符合设计规范要求，比较科学而且准确的，但是四极法是属于在场地中抽样测量，在接地网埋设处地质经常出现断层，地电阻率是不均匀的，山坡地形还需要在不同的方位、不同的方向进行测量，找出沿横向、纵向和不同深层的土壤电阻率。最好的提高土壤电阻率测量精度的处理方案是在今后的变电站初步设计阶段，在地质勘察中增加土壤电阻率测量的内容。由于地质勘察要求的站址勘探孔通常有几十个，勘测的岩芯有几十米深，根据多根岩芯的土壤进行的测量值是十分精确和可信的。

1.4 施工不细致

对于不同地区变电站的接地来说，不仅精心设计重要，严格施工更重要。因为对于地形复杂，特别是位于岩石区的变电站，接地网水平接地沟槽的开挖和垂直接地极的打入都十分困难。而接地工程又属于隐蔽工程，如施工过程中不能实行全过程的技术监督和必要的监理，就可能出现问题。

(1) 没有在原土层上施工，而是回填了一部分回填土后再施工。

(2) 下层地网引出至上层地网的连接点没有全部引出，或者是引出后没有作好标记，导致下层地网没有与上层地网有效连接，失去下层地网应有的作用。

(3) 回填使用了部分建筑垃圾、大块的沙石等材料。没有用细土回填，分层进行夯实。

(4) 接地网在土建施工过程中遭遇比较严重的破坏，导致全站接地网各处的接地电阻值测量值有巨大的差异。

1.5 运行过程中产生变化

有些接地装置在建成初期是合格的，但经一定的运行周期后，接地电阻就会变大，除了前面介绍的由于施工时留下的隐患外，以下一些问题也值得注意。一是由于接地体的腐蚀，使接地体与周围土壤的接触电阻变大，特别是在山区酸性土壤中，接地体的腐蚀速度相当快，会造成一部分接地体脱离接地装置。二是在接地引下线与接地装置的连接部分，因锈蚀而使电阻变大或形成开路。三是接地引下线、接地极受外力破坏而损坏等。2 接地电阻降阻方法当主接地网的接地电阻不满足要求时，通常需要采取降阻措施。目前，常用的降阻措施有引外接地、人工降阻、深井接地、电解接地、爆破接地等，各种降阻措施分析比较如下。

2.1 引外接地

在高土壤电阻率地区高，当变电站主接地网的接地电阻难以满足要求时，且附近有可设置人工接地装置的低土壤电阻率地区或水源，可以采取引外接地措施以降低接地电阻，但应考虑占地面积和农田恢复的难度。

在埋设地点选择时，应考虑：选择地下水较丰富及地下水位较高的地方；接地网附近如有金属矿体，可将接地体插入矿体，利用矿体来延长或扩大人工接地体的几何尺寸。

2.2 深井接地

由变电站外延接地线(40×4的镀锌扁钢)，在进线塔下端打有一口约200m超深接地井，用钻机钻孔，把直径100mm的镀锌钢管接地极打入井孔内，并向钢管内和井内灌注泥浆。此法经过工程实际测量，系统接地电阻为0.442Ω，符合设计要求，效果很好。

和其它辅助降阻措施相比，深井接地法有以下优点：大大降低了接地电阻；减少了变电站占用地表面积，是改造优化的最好方法；设计寿命可以非常长，设计裕度非常大；深层的土壤电阻率不受气候、季节影响，数值稳定。因此，接地电阻值也不会随气候、季节变化，这是深井接地最大的优点。

2.3 放置电解地极(与电解接地可能相同)

对于高土壤电阻率地区，降低变电站地网的接地电阻是比较困难的。在设计或改造地网以降低其接地电阻时常常会遇到的问题。在眉山某变电站的地网设计及工程施工中也遇到了这个问题。在该变电站地网改造工程实践中，采用钻8口斜井共1800m在其中放置DK-AG 电解地极8O套，这—做法使得接地电阻值降低了80.8％且满足了设计要求。因此，当变电站的土壤电阻率较高，用于接地网的面积不能将接地电阻降低至设计要求值时，可采用DK-AG电解地极来实现降阻。

2.4 换土

在土壤电阻率高的地区进行换土，是普遍采用的有效办法，且施工简单。例如某变电站位于山区，地质报告显示站区耕植土厚度为0.2～0.6m，部分地方有基岩露出，土层以下为砂岩和灰岩。接地设计采用换土，在土层厚度不能满足要求的地方，沿水平接地体挖接地槽，深度为1m，垂直接地极坑深度3m，底部直径1m，施工时在接地槽和接地坑内先铺设20cm 厚的黏土并夯实，再放接地体，回填土层层夯实。施工完成后实测接地电阻完全满足设计要求。

2.5 使用降阻剂

目前降阻剂主要有两种类型：化学和物理降阻剂。化学降阻剂由高分子材料、电解质和水组成，注入土壤可迅速在土壤中凝成电阻率低的根须状连续胶体，从而增大接地体的有效接地面积，提高接地体散流效果化学降阻剂存在一定的环境污染问题，对于青藏高原脆弱的生态环境易造成影响。且随时间推移，降阻效果也会降低，推荐采用物理降阻剂。物理降阻剂由导电的非电解质固体粉末及起固化作用的水泥组成，其电阻率低，主要靠导电粉末起到降阻作用，降阻性能不受环境pH值、温度及湿度的影响。

在接地极周围敷设降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降阻剂的主要作用是降低与接地网接触的局部土壤电阻率，换句话说，是降低接地网与土壤的接触电阻，而不是降低接地网本身的接地电阻。

降阻剂已有超过20年的工程运用历史，经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是施工工艺都已经相当成熟。多个使用降阻剂的工程，接地完工后测量接地电阻情况都不错，但由于缺乏长期的跟踪监测，对降阻剂性能的长效性和对接地极材料的腐蚀性的信息返回少。确实也有质量差的降阻剂，降阻效果不能持久，对接地网造成腐蚀，引起各地对降阻剂使用意见分岐。

2.6 电解接地

电解接地系统是我国近年出现的接地降阻方式，在国内外已有应用经验，电解接地的原理是在地中水平敷设或垂直敷设金属管道，在管道中加入电解化学物质，利用空气或土壤的潮气，与管道中的化学物质反应产生电解溶液，电解溶液通过管道过滤孔向周围土壤渗透，提高土壤的导电率，降低电极与土壤的接触电阻，在金属管道外部采用降阻材料回填，增大电解地极，具有良好膨胀性、吸水性、渗透性和防腐性，可以深入岩土形成树根网状，增大泄流面积，降低散流电阻，同时保护电解地极免遭腐蚀，从而降低变电站的接地电阻。

2.7 斜井降阻

通过非开挖技术(类似敷设电缆的外顶管技术)，将接地极从站内的主接地网边缘，沿着变电站的进站道路和线路的终端塔(建筑的保护距离区间内)外引至站外电阻率较低的地区，达到理想的扩网效果。由于斜井里的接地极是埋设在道路或架空线行(属于永久性设施)地下几米深的土壤中，不会遭遇外部破坏和产生危险的跨步电压。斜井的具体实施过程中，要根据周围的地质情况，确定斜井的数目及延伸的方向、敷设的长度。钻头入土的角度、埋设深度，使其可以避开地下管网到达预定地点。

2.8 爆破接地

爆破接地技术是近年来提出的降低高土壤电阻率地区接地系统接地电阻十分有效的方法。其基本原理是：采用钻孔机在地中垂直钻直径为100mm、深度为几十米(在发变电站接地工程中，垂直接地极深度可能达100m以上)，在孔中布置接地电极，然后沿孔整个深度隔一定距离安放一定量的炸药进行爆破，将岩石爆裂、爆松，接着用压力机将调成浆状的降阻剂压人深孔及爆破制裂产生的缝隙中，以达到通过降阻剂将地下大范围的土壤内部沟通，加强接地电极与土壤、岩石的接触，从而达到较大幅度降低接地电阻的目的。已有试验和模拟计算表明，一般爆破致裂产生的裂纹可达几米到几十米远。目前爆破接地技术已经在我国多项发、变电站和输电线路接地等工程实践中采用，并已取得了十分满意的效果。