关于变电站接地网设计及问题探讨 王笠

关于变电站接地网设计及问题探讨王笠

发表时间：2018-03-13T15:24:43.117Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者： 1王笠 2苏双燕

[导读] 摘要：变电站接地网是一项系统工程，随着电力系统的飞速发展，系统容量不断增大，变电站接地网面积逐渐减少，变电站接地网的设计变得越来越困难。

（1安徽省电力公司经济技术研究院；2惠而浦(中国)股份有限公司安徽省 230000）

摘要：变电站接地网是一项系统工程，随着电力系统的飞速发展，系统容量不断增大，变电站接地网面积逐渐减少，变电站接地网的设计变得越来越困难。本文从土壤电阻率的测量、接地电阻规定的执行、接触电位差、跨步电位差和接地电位允许值的计算、高土壤电阻率变电站的降阻措施及应注意的问题和工程实践等方面论述了变电站接地网的设计，得出因地制宜是接地工程的重要措施。

关键词：电力系统；接地设计；接地电阻；降阻措施

变电站接地问题是一个看似简单、而实际上是非常复杂又至关重要的问题。一方面，随着电力系统的飞速发展，电网规划不断扩大，系统容量不断增大，接地短路电流越来越大，对接地要求越来越高；另一方面，变电站用地日益紧张，大部分站址仅能选择在高土壤电阻率地区，且用地面积受到限制，造成变电站在接地设计方面的突出问题是接地面积小、土壤电阻率高和无可敷设外接地等。因此在设计变电站接地网时需要根据现场情况采取多种措施才能使接地电阻满足规程要求。

1. 变电站接地网的型式和布置要求

（1）110kV及以上有效接地系统和6kV-35kV低电阻接地系统发生单相接地或同点两相接地时，变电站接地网的接触电位差和跨步电位差不应超过下列公式所得的数值：

接触电位差允许值（V）跨步电位差允许值（V）

地表层电阻率（m）表层衰减系数

接地故障电流持续时间（s）

（2）6kV-66kV不接地、谐振接地和高电阻接地的系统，发生单相接地故障后，当不迅速切除故障时，变电站接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列公式所得的数值：

2. 接地网导体材料及截面的选择

2.1导体材料选择

选择导体材料时应考虑导体的热稳定性、在土壤中的腐蚀速度、导电性、材料成本及来源等。目前普遍采用的接地材料是铜和钢两种。

（1）热稳定性

在大接地短路电流系统中，入地故障电流一般在几千安到几十千安，将在导体中产生很高的热量，入地故障电流持续时间取决于系统主保护动作时间和断路器的分闸时间，在极短时间内导体产生的热量来不及向周围土壤扩散，几乎全部热量都用来使导体温度升高。当温度超过一定值及经土壤自然冷却后，导体的机械强度会剧烈下降，特别是在导体之间的连接处遇到短路电流电动力的作用，导体就会遭到破坏。同时，导体温度升高，达到金属材料的熔点时，导体将会熔化。这两种原因都会使接地引线和地网导体断裂接地，地网失去作用而使系统故障扩大，造成巨大经济损失。每种导体材料都有最高允许温度和熔点。钢的热稳定性比铜好。

（2）土壤对金属导体的腐蚀性

土壤对导体的腐蚀程度可以用腐蚀速度来表示。导体的平均腐蚀速度可以用导体单位时间内单位面积上所失去的重量来表示，也可以用单位时间内金属表面的腐蚀深度来表示。通常用腐蚀深度表示更确切。建议在进行土壤电阻率测量的同时，还应当测量站区内土壤对铜或钢的腐蚀速度，为导体材料和截面的选择提供可靠的数据。

（3）导体的导电性

在大型地网中，当强大的入地故障电流经地网流散时，因导体电阻的存在，会造成地网导体上各部分的电位不相等。地网尺寸越小，土壤电阻率越高；导体导电性越差，各部分的电位差也越大。

（4）材料的成本和来源

钢的成本比铜低得多，且矿藏量也比铜多。铜和钢的地网各有优缺点，钢的热稳定性比铜好，且经济。铜的导电性和耐腐蚀性比钢强，镀锌钢的耐腐蚀性又比不镀锌钢好。若采用一些防腐蚀措施还能进一步提高耐腐蚀性。接地网附近可能有其他的金属管道，若接地网导体采用铜，将会和与之相近的其他金属材料构成原电池，反而加速钢铁构件的腐蚀。因此，我国选用镀锌钢作为接地材料是比较合适的。

2.2导体截面的选择

导体截面的选择一般可根据热稳定性要求来确定导体的最小截面，然后根据对接地网运行寿命的要求以及实测得到的土壤对接地网导体的腐蚀速度计算得到导体截面积，将两者进行比较取大者，再考虑一定的裕度，最后确定应该选择的导体截面积。

3.变电站水平接地网优化设计时的要求

3.1水平接地网应利用直接埋入地中或水中的自然接地极，此外，还应敷设人工接地极。

3.2当利用自然接地极和引外接地装置时，应采用不少于2根导线在不同地点与水平接地网相连接。

3.3变电站接地网应与110kV及以上架空线路的地线直接相连，并有便于分开的连接点，6kV-66kV架空线路的地线不得直接和变电站配电装置架构相连。变电站接地网应在地下与架空线路地线的接地装置相连接，连接线埋在地中的长度不应小于15m。

3.4在高土壤电阻率地区，可采用下列措施降低接地电阻：

（1）在变电站2000m以内有较低土壤电阻率区时，可以考虑在这些低电阻率区域扩网与站内地网连接，这是降阻常用的措施之一。当地下较深处电阻率较低时，可采用井式、深钻式接地极或采用爆破式接地技术。

（2）填充电阻率较低的物质或降阻剂，但应确保填充材料不会加速接地极的腐蚀和自身的热稳定。

4.接地装置设计要点

（1）虽然接地装置的电阻主要与接地装置的面积有关，加在地网上的2～3m 的垂直接地极，因对减小接地电阻的作用不大，一般仅

在避雷器、避雷针（线）等处作加强集中接地散泄雷电流用，或为稳定地网在中间或外缘设置几个垂直接地极。

（2）接地装置的网孔大于16个（均压要求除外），接地电阻减小很慢；对大型接地网，网孔个数也不宜大于32个。过分增加均压带根数并不能无限制地减小最大接触系数，实验研究最大接触系数最多只能减小到0.1～0.15。所以应采用不等间距风格法设计的接地装置。

（3）接地网埋深达一定时，一般深度不宜小于0.8m，接地电阻减小缓慢。

（4）在小面积地网内，采用置换或化学方法改善接地体附近的高土壤电阻率，对减小接触电阻有效果，对减小接地电阻作用不大。

5.防腐蚀要点

接地网的防腐处理是直接影响地网接地效果和有效接地寿命的关键，接地网的防腐主要取决于以下几个因素：接地体材料选择；地质条件因素；采用的防腐措施。从安全经济方面考虑，接地网应根据不同部位腐蚀特点采用必要的防腐措施，新敷设的接地网要特别注意接地体的防腐能力。接地网的防腐处理可以从以下几个方面入手：

（1）钢材本身要做防腐处理，接地体引出线的地面以下部分及接地装置的焊接处都要用沥青防腐，在做防腐之前，表面必须除锈并去除焊接处残留的焊药。经调查，地下的焊接部位若不进行特别防腐处理，其腐蚀速度远大于其它部分；接地体引出线的地面以下部分，尤其是0.3m左右深度处，由于含氧量大，其腐蚀速度也高于水平部分。

（2）水平地线回填土要结实，从地网开挖发现腐蚀严重处大都是与地线有空洞或不紧密的地方，而土块紧粘在扁铁外的腐蚀就比较少。

此外，电缆沟相对湿度较大，构成电化学腐蚀条件，故电缆沟内的扁铁除采用镀锌材料外，还应从降低电缆沟湿度出发减缓腐蚀，例如在电缆沟增设排水和吸湿设备。

6.结束语

电力系统在我国的经济发展和人民日常生活中将发挥越来越重要的作用，变电站的接地技术对于电力系统的安全、可靠运行具有重要的影响，加强接地网的优化设计是非常有必要的。因此，我们要根据变电站周围环境、地理位置、土质条件以及设备性能和用途采取相应改进措施，才能最大程度的提高地网的可靠性，降低事故率，从而保证变电站设备的安全稳定运行。

参考文献

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