变电站接地网设计探讨

变电站接地网设计探讨

发表时间：2018-08-09T16:24:23.510Z 来源：《科技新时代》2018年6期作者：龚志辉[导读] 随着我国经济的高速发展，全社会用电量剧增，变电站尤其是智能变电站的建设得到了大力推广。广东南海电力设计院工程有限公司，广东佛山 528000 摘要：本文探讨在均匀土壤及非均匀土壤条件下接地网的设计问题，计算了在不同条件下变电站接地电阻、跨步电势及接触电势，为接地网的设计及优化提供一定的参考。

关键词：变电站；接地网；均匀土壤；非均匀土壤引言：近几年来，随着我国经济的高速发展，全社会用电量剧增，变电站尤其是智能变电站的建设得到了大力推广。变电站基于其自身的重要性，在建设过程中必须做到安全、稳定与可靠。接地网作为变电站重要组成部分之一，当发生雷击或者短路事故时，能有效的将雷击电流或短路电流引入地下，从而有效的保护设备及人生的安全。但是，仍存在由于接地引起的事故[1]。接地网的接地电阻与站址处的土壤特

性、接地网面积等都有很密切的关系[2]。而目前变电站建设大都电压等级较高（一般在110kV以上）、土壤电阻率偏大、征地难、建设面积小，这些因素都会导致最终的接地电阻、跨步电势、接触电势等难以满足标准要求。

1. 接地网约束条件

在变电站及发电厂的设计工程中，接地网的接地电阻必须符合国家及电力行业标准，接地网的约束条件主要可以从接地电阻、跨步电势、接触电势等三个方面来看。按照《交流电力装置的接地规范》（GB/T 50056）的要求，不同接地条件的接地系统，有不同的接地电阻要求值。对于中性点有效接地（含直接接地及经小电阻接地）的系统，最大接地电阻为：R≤2000/IG，IG为经接地网入地的最大接地故障不对称电流的有效值。对于非有效接地（含不接地、谐振接地、高电阻接地）的系统，接地电阻需满足：R≤120/Ig，Ig为接地网入地对称电流的有效值，同时不应大于4Ω。

跨步电势、接触电势的大小与人身安全有密切联系，土壤表层电阻率越高，则允许的跨步电势、接触电势越大，同时人体与地面的接触电阻越大，人身越安全。对于不同性质的接地系统，跨步电势、接触电势要求不同。对于有效接地系统，跨步电势、接触电势允许值为:

式中含义同上。

2 均匀土壤中的接地网设计

均匀土壤介质是较为理想的情况，不存在土壤分层。假定某变电站土壤电阻率为500.m，流经变电所中性点的最大接地短路电流为5kA，接地网尺寸分别为20m×100m，30m×90m，40m×80m，50m×70m等四种情形，水平接地体材料使用20热镀锌圆钢，埋深0.8m，水平接地体总长保持不变。根据《电气工程设计手册》电气一次部分接地电阻的计算，可以得出四种情形下的地网电阻为：4.31Ω，3.96Ω，3.74Ω，3.44Ω。可以看出，当水平接地网的外边缘总长度及水平接地网总长度保持不变的情况下，地网水平接地电阻的改变会随着地网面积的改变而改变，地网面积越大，接地电阻越小。

在实际工程中，如果电网公司准备建设一座变电站以解决周边供电紧张问题，当规划部门确定征地红线后，变电站配套接地网的面积也就大致确定了。但基于上述讨论，当地网接地电阻无法满足要求时，可以采用扩大地网或者建设辅助地网的方式，增加接地网的面积以及外边缘总长度，以降低地网的接地电阻。同时，接地网边缘可采用蛇形敷设方式，增加其外边缘总长，降低地网接地电阻。

3.非均匀土壤中接地网设计

理想情况下，土壤是均匀的，但是也存在非均匀土壤的情形。对于非均匀土壤中地网设计，所需考虑的因素较多。对于非均匀土壤，可以采用成水平接地极不等间距的设计理念，设计出满足接地电阻、跨步电势极接触电势要求的接地网，对于非均匀土壤中，更加关注的问题是接触电势和跨步电势能否满足国家规范要求。

具体而言，不等间距的接地网是接地网四周的水平接地体敷设密集，越往站区中间位置，水平接地体间距越大，越稀疏。比如指数分布的接地网，它是根据最优压缩比确定地网间距。一方面它可以满足接地网电阻的要求，降低地网的电势梯度，降低跨步电势；另一方面，它也是相对比较经济的措施。在变电站征地范围确认后，接地网的面积也随之确定。在给定接地网面积及接地网边缘长度时，水平接地体的总长变化可以在一定范围内降低接地电阻，但降低的效果不是很明显。而水平接地网的布置疏密却对接触电势和跨步电势有较大影响。

假定接地网面积为100 m×100m，土壤及电阻率情况同前，水平接地网敷设间距为2m，5m，10m，20m等四种情形，对应的地网总长度分别为：10200m，4200m，2200m，1200m，四种情形下对应的最大接触电势及最大跨步电势为：1130.2V/395.4V，1445.6V/551.4V，1968.1V/655V，2984.2V/786.5V。可以看出，随着水平接地网间距增大，最大接触电势及跨步电势都随之增大。总体而言，水平地网的间距越小，可以有效的改善地网接地参数。但是，结合地网总长的降低率与接触电势、跨步电势的降低率来看，其优化的效果是迅速减弱的，如果一直加密地网敷设的话，虽然降低了接触电势及跨步电势，但是不经济的。另外，如果仅使用指数非分布的基地

网，在站区中间位置，地网较为稀疏，其接触电势和跨步电势较高，而常规的户外站主变设备一般设置在站区中心区域，方便各电压等级出线，但变电站较严重事故一般也都发生在变压器部分。

基于此，笔者认为可以在此基础上进行优化，可以对边角处的地网进行优化设计。具体而言，在不改变水平接地体等间距布置的情况下，对于边角处网格进行密集敷设处理。主要方式是将边角处的矩形网格辐射成4个三角形形状，即在原矩形网格的对角线区域敷设接地体。这一方面可以降低施工难度，另一方面可以防止因站区中心区域网孔过大而导致其接地参数无法满足要求。通过这种方式处理后，可以很好的降低地网的接触电势及跨步电势。同时，这种方式对接地材料的使用量较优。

4．结语

综合考虑以上因素，我们得出如下结论：

1. 当水平接地网的外边缘总长度及水平接地网总长度保持不变的情况下，地网面积越大，接地电阻越小；接地网面积保持不变的情况下，水平接地网的外边缘总长度越长，其接地电阻越小，当确定变电站建设面积之后，如果现有站区内的接地电阻不能满足要求时，可以采用外延地网的方式，人为的增加接地网的面积。同时，接地网外边缘可以采用蛇形敷设形式，以此增加接地网外边缘的长度，降低接地电阻。

2.非均匀土壤中可以采用指数型分布间距的地网敷设方案，随着水平接地网间距的增大，最大接触电势及跨步电势都会增大，但在站区易发生事故的主变区域，其地网间距较大，接地参数不是最优。因此，可以在边角处的地网及主变区域地网网格进行密集敷设，优化接地网的接地参数；

参考文献：

[1] 常美生.变电站接地不当引起的两起事故及防止对策[J].电力学报,2005(02):142-143+153.

[2] 王金炜,余力行.降低高土壤电阻率变电站接地电阻的研究[J].电力安全技术,2018,20(02):55-57.