淺談高土壤電阻率區(qū)變電站防雷接地網(wǎng)的改造

沈志斌

福建省南靖縣供電有限公司,福建漳州 363600

變電站地網(wǎng)安全除了對(duì)接地阻抗有要求外，還對(duì)地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、使用壽命、跨步電位差、接觸電位差、轉(zhuǎn)移電位危害等有較高的要求。

1 技術(shù)參數(shù)要求

1）變電站接地網(wǎng)的工頻接地電阻不大于0.5Ω，獨(dú)立避雷針的沖擊接地電阻不大于10Ω；

2）變電站接地裝置的使用壽命50 年。

環(huán)境條件（以XX 變電站為例）：歷年極端最高氣溫為+39.9℃，歷年極端最低氣溫為-6.4℃，年均氣溫為18.8℃；雷暴日：60 日每年，屬于多雷區(qū)；土質(zhì)：砂質(zhì)風(fēng)化石，土層較薄；變電站左側(cè)是魚塘、右側(cè)及后面是山坡地、水田。

擬解決的關(guān)鍵問題：直擊雷的防護(hù)問題、高土壤電阻率區(qū)降低接地電阻問題、地網(wǎng)均壓?jiǎn)栴}、接地線的熱穩(wěn)定問題和接地體的防腐問題，接地工程的施工。為了保證工程質(zhì)量并降低工程造價(jià)，必須做好工程的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收和使用四個(gè)階段的全過程管理。

2 采用的方法和手段

第一步：原始信息的收集及勘察內(nèi)容。

收集地網(wǎng)的用途、接地電阻值、使用年限、計(jì)算用流經(jīng)接地裝置的入地短路電流、接地短路電流持續(xù)的時(shí)間、《地勘報(bào)告》、氣候特點(diǎn)等內(nèi)容。土壤電阻率和接地電阻值的準(zhǔn)確測(cè)量。了解變電站周邊情況，了解河流走向，地下水位，周邊植被、土層結(jié)構(gòu)、可利用的接地面積以及周邊典型地點(diǎn)的土壤電阻率。

第二步：存在問題分析。

1）直擊雷的防護(hù)問題：

（1）防止雷電直擊的主要設(shè)備是避雷針，避雷針位置的確定，是變電站防雷設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。

（2）110kV、 35kV 及10kV 母線防雷設(shè)備的選擇，變電站的每組母線上，都應(yīng)安裝避雷器，作為防止高壓雷電波沿架空線路、設(shè)備侵入變電站的最主要措施。

2）接地網(wǎng)的接地電阻問題，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到工頻接地短路和雷電流入地時(shí)地電位的升高。

3）地網(wǎng)均壓?jiǎn)栴}，特別是接地網(wǎng)的局部容易向電纜溝內(nèi)的電纜產(chǎn)生反擊造成控制保護(hù)設(shè)備的損壞引發(fā)惡性事故。

4）設(shè)備接地問題，特別嚴(yán)重的是有的防雷設(shè)備，如避雷線、避雷器的接地不好，會(huì)產(chǎn)生很高的殘壓和反擊過電壓。

5）接地線的熱穩(wěn)定，如果接地線的熱穩(wěn)定達(dá)不到要求，在接地短路電流流過時(shí)，就會(huì)把接地線燒斷，造成設(shè)備外殼帶電，還容易發(fā)生高壓向保護(hù)和控制線反擊。

6）接地網(wǎng)的腐蝕問題，由于接地裝置在地下運(yùn)行，故運(yùn)行條件惡劣，特別是在一些潮濕和有害氣體存在的地方，或土壤呈酸性的地方最容易發(fā)生腐蝕。腐蝕接地網(wǎng)的電氣參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，甚至?xí)斐呻姎庠O(shè)備的接地與地網(wǎng)之間，地網(wǎng)各部分之間形成電氣上的開路，因而應(yīng)受到特別的重視。

第三步：方案比較與選擇。

1）降阻措施的選擇。

降阻措施一般包括：橫向擴(kuò)大地網(wǎng)面積、大面積換土、網(wǎng)路回填電阻率低的物質(zhì)、縱向延伸地網(wǎng)至土壤電阻率較低的地方、敷設(shè)水下地網(wǎng)、采用高效降阻材料等，針對(duì)不同設(shè)計(jì)方案，需作經(jīng)濟(jì)性能比較和現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)施條件的確定。

2）降阻材料的選擇。

采用高效的降阻材料是降阻的最便捷方式。材料應(yīng)用的原則應(yīng)該在考慮降阻的同時(shí)，考慮其防腐，這關(guān)系到地網(wǎng)的使用年限，如果材料防腐蝕能力差，不能達(dá)到設(shè)計(jì)年限，同樣會(huì)因接地材料的失效而引起變電站運(yùn)行事故。所以，設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)全面綜合比較選擇材料，從而獲得最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

3）接地材料熱校驗(yàn)及壽命。

（1）在有效接地系統(tǒng)中，變電站電氣設(shè)備接地線的截面，應(yīng)按接地短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定效驗(yàn)。鋼接地線的短時(shí)溫度不應(yīng)超過℃400℃，銅接地線不應(yīng)超過450℃，鋁接地線不應(yīng)超過300℃。

（2）效驗(yàn)不接地、消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)中電氣設(shè)備接地線的熱穩(wěn)定時(shí)，敷設(shè)在地上的接地線長(zhǎng)時(shí)間溫度不應(yīng)大于150℃，敷設(shè)在地下的接地線長(zhǎng)時(shí)間溫度不應(yīng)大于100℃。

（3）與架空送、配電線路相連的6kV～66kV 高壓電氣設(shè)備接地線，還應(yīng)按兩相異地短路效驗(yàn)熱穩(wěn)定，接地線的短時(shí)溫度同（1）。

（4）接地裝置的設(shè)計(jì)使用年限，應(yīng)與地面工程設(shè)計(jì)使用年限相當(dāng)。

4）地網(wǎng)跨步電位差、接觸電位差校驗(yàn)

（1）在110kV 及以上有效接地系統(tǒng)和6kV～35kV 低電阻接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地或異點(diǎn)兩相接地時(shí)，變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過下列數(shù)值

式中Ut為接觸電位差，V；

US為跨步電位差，V；

ρf為人腳戰(zhàn)立處地表面的土壤電阻率，Ω·m；

t 為接地短路（故障）電流持續(xù)時(shí)間，s。

（2）3 kV～66kV 不接地、經(jīng)消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障后，當(dāng)不迅速切除故障時(shí)，發(fā)電廠、變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過下列數(shù)值

（3）在條件特別惡劣的場(chǎng)所，例如水田中，接觸電位差和跨步電位差的允許值宜適當(dāng)降低。

第四步，接地裝置的施工。

1）改造舊地網(wǎng)；

2）引外接地——新擴(kuò)地網(wǎng)100m×100m；

3）新舊地網(wǎng)加截面尺寸為0.4m×0.4m 的GPF-94 高效膨潤(rùn)土降阻防腐劑；

4）對(duì)站內(nèi)避雷針進(jìn)行改造；

5）對(duì)站內(nèi)構(gòu)架、設(shè)備、10kV 高壓室、控制室等接地進(jìn)行改造或增設(shè)。

6）用與初測(cè)相同的方法測(cè)量接地電阻值，校驗(yàn)接觸電位差和跨步電位差。

綜上所述，一個(gè)科學(xué)、完善、系統(tǒng)的變電站防雷接地方案，首先應(yīng)在理論上進(jìn)行接地電阻計(jì)算和跨步電位差、接觸電位差校驗(yàn)，在保證設(shè)備和人身安全的前提下，對(duì)接地裝置的相關(guān)參數(shù)合理的進(jìn)行取值和控制，使設(shè)計(jì)方案符合相關(guān)規(guī)范要求。其次高土壤電阻率區(qū)的變電站，應(yīng)根據(jù)變電站的地質(zhì)和環(huán)境條件，采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的方法，因地制宜，綜合治理來降低接地電阻。關(guān)鍵是合理地采用降阻措施，以達(dá)到既滿足接地電阻的要求，又經(jīng)濟(jì)合理，便于施工，以較低的工程造價(jià)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的。