高土壤电阻率地区变电站接地处理

高土壤电阻率地区变电站接地处理

GroundingTreatmenl in SubStation in High Soil Resistivity Area

唐世宇，莫文强，周艳玲

(重庆市电力公司，重庆400014)

摘 要：通过一个高土壤电阻率变电站接地的处理过程，介绍了部分接地技术的正确应用及其效果，指出采用换土、深孔等降低接地电阻值方法的局限性，提出在高土壤电阻率地区不必片面追求低的接地电阻值，在防止电位转移、验算：接触电压和跨步电压并采取均压措施后，可取一个适当的数值。

关键词：土壤电阻率；接地；换土；深孔

中图分类号：TM63 文献标识码：B 文章编号：1003—6520（2006）03-0121-02

重庆电网某新建110 kV 变电站地处喀斯特砂岩地质基础上的垂直40m 深度岩层无裂

缝、无泥土、无渗水的整体石头山峦上，可供接地网用地面积S 小(约3500 m 2)，土壤电

阻率P >2000Ωm ，对该站接地电阻R 而言，整个地质情况非常恶劣。对此设计人员处理地网时，将水平接地体(深约0.6m)和垂直接地体(深约5m)周围岩石更换为P 约50Ωm 的泥土，并以此设计出R ≯0.5Ω的方案。施工后实测R ＝14.2Ω，比设计值高约30倍，使整个输变电工程不能投运。囚经验不足，经3次处理后R 才基本合格。现介绍地网处理情况，供同行借鉴。

1 前两次接地处理

第1次处理：开挖所有水平接地极，清理所有石块并重新回填P 约50Ωm 的泥土；主

地网原垂直接地极不变，增设76个Φ0.2m 、深6～7 m 的垂直孔，用50mm ×50mm 的角钢作接地极。处理后测得R ＝11.6Ω，比14.2Ω下降了22％。

第2次处理：在站内#1主变一侧增设1个Φ0.2m 、深约45 m 的深孔接地极并灌注导电

混凝土；在站外1m 靠挡墙一侧增设4个Φ0.2m 、深约6m 的深孔接地极并灌注导电混凝土；再次开挖所有水平接地极并全部重新换土。处理后测得R ＝9.6Ω，比11.6Ω下降了13％。实测表明上两次处理均未实现设计目的。

2 问题分析

设计与施工队伍用换土方式来降低R ，但在方式上存在认识误区：用P 约50Ωm 的

土壤更换接地体周围高P 土壤后计算出

下面分析其错误。

计算R 时将接地网等效为半径 r 1 的接地金属半球体，其表面至半径r x 的半球体的扩散电阻为:

应注意，这里P 是指自>r 1 外至地中流散电流密度→0的区域内的P ，而非金属接地体周围的P ,将金属接地体周围的泥土更换为低P 的泥土或采用降阻剂对降低地网只无太大意义，仅仅将接地极半径扩大而已。本变电站实际设计的R 应为

:

R 0.5200016.9=⨯=Ω，而非0.42Ω理论计算值16.9Ω与施工后实测值0.42Ω相差无几。若要用换土方法来降低R ，则需在大于几倍r l 以外的几何体积进行大范围换土或加降阻剂。

第1次处理时换土无意义，而增设76个垂直接地极则有一定意义。单根垂直接地极

接地电阻[1]为

当垂直接地极长度L=6～7 m 取

6.5m,接地极等效直径(即0．84倍角钢边长

)

时，计算出。

但因屏蔽作用，R 不是简单的76个R ，并联，故第1次处理后R 由14.2Ω降为11.6Ω

，效

[1]R 0.5p 0.5500.420.5≈=⨯=Ω<Ω

()()()1x 1

x 1x [2]r R=p /2x dr p /21/r 1/r ,r r R=p/2r -πππ=→∞⎰时。

果不理想。

第2次处理时换土仍无意义；在站外增设4个深孔接地极相当于扩大了地网面积，在站内增设1个Φ0.2没、深约45 m的深孔接地极并灌注导电混凝土，这本身很好，遗憾的是接地极太少，且未强调孔要钻到一定深度且有水渗透的泥层上，故不能保证地中电流顺利扩散。

当L＝45m，P ＝ 2000Ωm，d＝0.042m时，由上述R，公式计算出单根深孔接地极的R V＝57Ω。第2次处理后R由11.06Ω降为9.6Ω，效果仍不理想，末达到规程要求。

3 第3次接地处理

实际上在P高达2000Ωm、S仅为3000m2的土地上要做到R <0．5Ω很难。为此，标准[1]规定一般情况下R≤2000／I，其中I为计算用流经接地装置的入地短路电流，A。当不能满足此规定时，可增大R≯5Ω，但应防止电位转移，并验算接触电压U t和跨步电压U s。据此制定了满足规程要求的第3次接地处理方案。

(1)对接地电阻值的处理

在站外附近钻7个Φ0.2m、深过40m的外引深孔接地极并钻至渗水层，孔距>1／2孔深。完成后将7个深孔电极(其工频接地电阻R v，值见表1)与主地网连接，测得R＝3Ω，满足规程要求。

(a)接触电压U t，和跨步电压U s，的公式：

，，

其中P f为人脚站立处地表面的土壤电阻率，t为接地短路电流的持续时间。当P I＝2000Ωm，t＝1s时，验算得允许值U t＝514 V，U s＝l574V。

(b)接地网最大跨步电压U smax。的公式[1]为:U smax=K smax U g=K smax IR,，

其中K smax＝1.28×(((L一L1)／L)×0.41／S0.25+(L1／L)×0.476／ln(9.02／d))，为跨步系数[3]；U g为接地装置的电位，V;L为接地网的接地体总长，m;L1为接地网的外缘边线总长，m；S为接地网的面积，m2；d为接地网水平均压带的直径，m。当I＝2360 A(根据系统参数所得的计算值)，R＝3Ω (实测值)，L＝l750m，L l＝450m，S＝5000m2(采取引外接地措施后)，d=0.0195 m(50 mm×6mm接地扁钢等效直径)时，验算得U smax＝420V

(3)防止电位升高危及安全的措施

为保证人员安全，独立避雷针5 m范围内及站内人行通道均采用碎石、沥青混凝土作均压处理。

独立避雷针与主网地中距离≮0.3倍独立避雷针接地电阻，与电气设备接地部分、架构接地部分的距离应﹥0.2倍独立避雷针接地电阻与0.1倍避雷针校验点高度之和，且≮5[4]。

为防止电位转移引起危害，站内所有水管、气管都用塑料绝缘管，通信设施的电源加装隔离变压器。

4 结论

a)地网处理是一系统工程，不能只盯住接地电阻，误以为只要降低接地电阻就万事大吉。有时硬要把接地电阻降到﹤0.5Ω非常困难，从技术经济的角度看也极不合理。设计、处理地网时要正常理解和运用规程，合理制定设计方案。

b)对变电站主地网采用换土方式来改变土壤电阻率，工作量太大，不易实施；在接地极附近局部换土，实质是加大了接地极的截面积，效果很差。

c)深孔接地可降低接地电阻，但要注意，孔一定要钻到渗水层或泥层(即“打穿”)，因未到深层低土壤电阻率土壤时，深孔接地效果不明显。需特别指出，深孔上下层土壤电阻率相差越大，效果越明显。

d)不要硬性要求接地电阻﹤2000／I 或0.5Ω，在做好防止电位转移工作、验算接触电压和跨步电压并采取均压措施后，接地电阻可取一适当值。

参考文献