對離子接地極在變電站接地網改造中的應用探討

摘 要：介紹離子接地極的構造功能和工作原理，根據廣西某110kV變電站和寧波某110KV變電站采用離子接地棒改造接地網的實例，計算這兩個變電站在使用離子接地極進行接地網改造后應能取得的理論結果。對比分析兩個變電站的土壤條件，接地網改造后的實際效果及其原因，及對離子接地極在其他110kV變電站接地網改造中的應用分析后，得出以下結論：離子接地極的使用效果與土壤的土質和土壤的含水量有很大關系，離子接地極更適用于巖石、凍土、沙漠、干燥地質類惡劣土壤環境；變電站地網改造設計時要結合實際情況對接地電阻進行計算。

關鍵詞：變電站;接地網;離子接地極

中圖分類號： TM631 文獻標識碼：A

1 引 言

離子接地極是一種高新科技防雷接地產品，以占地面積小、施工難度低、降阻效果持久穩定等為技術突破點。其獨特的離子緩釋技術與抗腐蝕性能，使接地降阻效果不斷提升并在最佳值趨于穩定，適用于不同的地質條件，尤其適用于各類較高接地要求，接地工程難度較大的場所，具有優越的性能價格比。它廣泛應用于通訊行業、電力系統、建筑系統、軍事設施、交通系統、銀行系統、計算機系統、廣電系統等行業領域的設備地、交、直流工作地、安全保護接地。2009年年初，寧波某110KV變電站在進行接地網改造時，采用了15根納米離子接地棒，但地網改造后發現離子接地棒并沒有發揮出其應有的效果。

2 離子接地極構造功能及工作原理

2.1 離子接地極的構造功能

離子接地系統由先進的由緩釋接地極（內含可逆性緩釋填充劑）、引發劑和增效電解離子填充劑組成，其具體實物圖見圖1。電極外表是紫銅合金，以確保最高導電性能及較長使用壽命，并配以內外兩大種類填充劑，填充劑為無毒化合物，對環境無污染。經實驗證明，土壤電阻率過高的直接原因是因為缺乏自由離子的輔助導電作用。接地導體外部的填充劑是以具有強吸水力，強吸附力和陽離子交換性能高的材料為主體，配以長效、降阻、防腐功能強、膨脹系數高不受溫度變化影響、耐高電壓沖擊的多種化學材料為輔料。主要用于解決接地導體周圍的濕度、離子生成含量、防腐保護等問題，使導體與大地緊密結合，從而降低了電極與土壤的接觸電阻，改善了周邊土壤的電阻率，有效地增強了雷電導通釋放能力。導體內部填充材料含有特制的電離子化合物，能充分吸收空氣中的水分。通過潮解作用，將活性電離子有效釋放到土壤中，與土壤及空氣中的水分作用，更加促進導體外部緩釋降阻，且保持阻值長期穩定。導體內部的化合物，隨時間的延長逐步化合成膠質透明狀態。利用膠質化合物的導電性能，使整個系統能夠長期處于離子交換的狀態中，從而構成了理想的電解離子接地系統［1］。

2.2 離子接地極工作原理

1）緩釋（離子）接地極的工作原理

土壤中活性離子的含量是影響接地電阻的因素之一，許多土壤中含有活性電解離子的化合物較為稀少，單純的接地體不會達到接地要求。經過實驗比較，在接地極中加入可逆性緩釋填充劑。這種填充劑具有吸水、放水、可逆的特點。這種可逆的反應，有效的保證了殼層內環境的有效溫度，保證了接地電阻的穩定。該填充劑無毒副作用，在與金屬電極長期配合作用中，在離子生成及對銅合金防止腐蝕兩方面都達到了較好的效果。通過這種方式產生的離子吸收大地水分后，可以通過潮解作用，將活性電解離子有效釋放到周圍的土壤中，使接地極成為一個離子發生裝置，從而改善周邊土質使之達到接地要求。圖2為離子接地極結構示意圖。

2）引發劑與增效電解離子填充劑的工作原理

通過引發劑與增效電解離子填充劑的相互作用產生針對殼層土壤的化學處理，降低殼層土壤的電阻率。同時在緩釋接地極與大地土壤之間，形成一個過渡帶，通過緩釋接地極與增效電解離子填充劑的共同作用，形成了一個殼層內環境，這一內環境內外融合漸向四周擴散，共同完成了殼層土壤化學處理作用。

3 離子接地極在廣西某110kV變電站接地

網改造中的應用3.1 廣西某110kV變電站接地網狀況

變電站面積為102×84 =8568平方米；工程所在地含土層平均厚度大約為3.1米；工程為變電站系統接地，設計工頻接地電阻目標值為1.0Ω［2］，改造前工頻接地電阻為3.4Ω；土壤地質情況主要為沉積巖結構，分層清晰，地質結構隸屬華南地層大區，表層0～3.5米為第四紀含沙粉塵膨脹土，上層3.5～6.0米為老第三紀黃色石灰巖，中層3.0～10.0米為三疊紀紅色礫巖、粉砂巖混合沉積巖，下層10.0～∞米為三疊紀紅色頁巖類沉積巖；表層土壤電阻率實測為1254Ω#8226;m，中層土壤電阻率實測為1210Ω#8226;m，其膨脹土地形土壤季節和濕度變化系數較大；變電站位于丘陵溶巖地帶，變電站周圍有3～7米沙石擋土墻，站內為回填土，原接地網水平接地體使用-50×5mm熱鍍鋅扁鋼［3］，埋深0.8米，垂直接地體使用L50×50×5mm×2.5m熱鍍鋅角鋼，埋深0.8米，現場工頻接地電阻實測為3.23～3.28

3.2 變電站接地網改造的設計計算

2008年該110kV變電站接地網改造時，使用了20根離子接地棒，離子接地棒長度為20m，土壤電阻率取1200Ω#8226;m，設計工頻接地電阻目標值為1.0。電解離子接地系統的工頻接地電阻計算公式［4］如下：