變電所接地設計問題分析

摘要：變電所接地網作為隱蔽工程具有一次性建設、維護困難等特點，在設計過程中，要從接地電阻與短路電流的關系、接地裝置的比選、地網防腐措施、接觸電勢與跨步電壓驗算及合適的埋設深度等方面全面認識和把握接地問題。

關鍵詞：短路電流 布置方式

1 正確分析短路電流

《交流電氣裝置的接地》(DL/T621-1997)中對接地電阻值有具體的規定，一般情況下規定通常不大于0.5Ω。在高土壤電阻率地區，當要求接地裝置做到規定的接地電阻在技術經濟上很不合理時，大接地短路電流系統接地電阻可以為R≤5Ω，但應采取相應措施，如防止高電位外引、均壓設計、驗算接觸電勢、跨步電壓等。根據規程規定，主要是以發生接地故障時，接地電位的升高不超過2kV進行控制，其次以接地電阻不大于0.5Ω和5Ω進行設計。實際中，人們往往認為，接地電阻測量值小于0.5Ω即為合格，大于0.5Ω就是不合格，而沒有認清其背后的機理，忽視短路電流的大小，這是不恰當的。接地的實質是控制變電所發生接地短路時，故障點地電位的升高，因此接地主要是為了設備及人身的安全，起作用的是電位而不是電阻。接地電阻是衡量地網合格的一個重要參數，但不是唯一的參數。隨著電力系統容量的不斷增大，一般情況下單相短路電流值較大，從安全運行的角度出發，不管在什么情況下，都應該驗算地網的接觸電勢和跨步電壓，必要時應采取防止高電位外引的隔離措施。

當系統發生接地故障時，產生的接地短路電流經三種途徑流入系統接地中性點。①經架空地線-桿塔系統；②經設備接地引下線、地網流入本站內變壓器中性點；③經地網入地后通過大地流回系統中性點。而對地網接地電阻起決定性作用的只是入地短路電流，所以，正確地考慮和計算各部分短路電流值，對合理地設計地網有著很大的影響。

對于有效接地系統110kV以上變電所，線路架空地線都直接與變電站出線架構相連。當發生接地短路時，很大一部分短路電流經架空地線系統分流，在計算時，應考慮該部分分流作用。發生接地故障時，總的短路電流是一定的，增大架空地線的分流電流，入地短路電流就相應減小，因此，降低架空地線的阻抗也是接地設計需要考慮的重要方面。架空地線采用優良導體，正確利用架空地線系統分流，將使地網的設計條件更為有利。

經分析可知，入地短路電流是總的接地短路電流減去架空地線的分流，再減去流經變壓器中性點的電流。如此計算，實際入地短路電流值就相對比較小，根據R≤2000/I的要求，接地電阻相應的允許值就比較大，此時按規定值控制，設計自然就容易滿足。

2 接地裝置布置方式的比選

在接地設計中，采用的土壤電阻率要準確，否則會造成設計的誤差。土壤電阻率的測量是工程接地設計重要的第一手資料，由于受到測量設備、方法等條件的限制，土壤電阻率的測量往往不夠準確，尤其是地質結構復雜或有不均勻地質結構的地區。為保證電阻率準確性，勘測時可以采用兩種以上方法(如接地搖表法和電流電壓法等)，對所測結果相互對照，提高精度，減小誤差。

根據地網接地電阻的估算公式：

R≈0.5ρ/s

式中:ρ為土壤電阻率，Ω·m；s為接地網面積，m2；R為地網接地電阻，Ω。

ρ一定時，接地電阻基本上由接地網面積決定，地網面積一旦確定，其接地電阻也就基本確定。因此，在地網布置設計時，應充分利用變電所的全部可利用面積，如果地網面積過小，其接地電阻是很難降低的。

在35kV及以上變電所中，一般采用水平接地線為主，帶有垂直接地極的復合型地網。垂直接地極對地網的接地電阻值影響并不大，據實驗驗證，水平地網中附加長2.5m、直徑40mm的垂直接地極若干，其接地電阻僅下降2.8%～8%。但是，垂直接地極對沖擊電流、雷電流散流作用較好。因此，在地網及獨立避雷針、線路避雷線、避雷器的引下線處應敷設垂直接地極，以加強集中接地和散泄雷電流。

接地網布置方式有長孔與方孔兩種，當包括地網外周4根在內的均壓帶總根數在18根及以下時，常采用長孔接地網，如圖1(a)所示。110kV變電所占地面積一般不超過100×100m2，考慮均壓線間屏蔽作用，均壓線總根數通常為8～12根左右，較多采用長孔方式布置，但與方孔布置相比，存在以下問題。

①長孔地網某一條均壓線斷開時，均壓帶的分流作用明顯降低。方孔地網縱、橫向均壓帶相互交錯，當某條均壓線斷開時，對分流效果影響不大，優于長孔地網。

②長孔地網均壓線距離較長，發生接地故障時，沿均壓線電壓降較大，易造成二次控制電纜和設備損壞。而方孔網均壓效果較好且可靠性高，如圖1(b)所示。

因此，在變電所地網設計時，條件允許時采用方孔均壓網設計更為可靠，利于提高接地安全性，但工程造價及施工難度也相對提高。實際在農網改造、老站改建等工程項目中大多還是采用長孔布置，運行亦較為正常，但不可因此而忽視接地形式比選，尤其是特別重要的變電所如中心樞紐站、220kV及以上站等設計時仍應注重地網布置方案比選。