110kV變電所接地網(wǎng)設(shè)計(jì)研究

王德君 葛天奇

余杭供電局，浙江 杭州 311100

引言

接地網(wǎng)作為變電所防雷保護(hù)接地及交直流設(shè)備接地,對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到重要作用。如果變電所接地設(shè)計(jì)不合理，可能造成接地系統(tǒng)局部電位超過(guò)安全值規(guī)定，嚴(yán)重影響到人員和設(shè)備的安全,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)電網(wǎng)事故。然而變電所接地網(wǎng)在設(shè)計(jì)和施工時(shí)，往往面臨各種困難，接地網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)難以達(dá)到目標(biāo)值，因此，在實(shí)際操作中，接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)需要綜合考慮具體變電所的各方面實(shí)際情況，選取一種適合該變電所實(shí)際的合適方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能夠確保接地網(wǎng)能滿足變電所安全運(yùn)行的要求，確保設(shè)備和人身安全。

1 接地網(wǎng)的主要性能參數(shù)

1.1 接地電阻

接地極或自然接地極的對(duì)地電阻和接地線電阻的總和，稱為接地裝置的接地電阻。接地電阻的數(shù)值等于接地裝置對(duì)地電壓與通過(guò)接地極流入地中電流的比值，除另外注明外，一般指工頻接地電阻。

1.2 跨步電壓差

接地短路(故障)電流流過(guò)接地裝置時(shí)，地面上水平距離為0.8m的兩點(diǎn)間的電位差，稱為跨步電壓差。DL/T 621-1997給出最大跨步電壓允許值的計(jì)算公式[1]，同時(shí)設(shè)計(jì)手冊(cè)給出[2]。

2 接地網(wǎng)安全評(píng)價(jià)

DL/T 621-1997《交流電氣裝置的接地》給出計(jì)算公式，一般情況下，接地裝置的接地電阻應(yīng)符合R≤2000/I。不符合要求時(shí)，可通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較增大接地電阻，但不得大于5Ω，且應(yīng)符合隔離、反擊、校驗(yàn)的要求。設(shè)計(jì)手冊(cè)一次手冊(cè)給出計(jì)算公式R<0.5Ω，(當(dāng)I>4000A時(shí))[2]，一般電力工程都大于4000A，因此均可以按照0.5Ω來(lái)控制，便于操作，接地是否合格判斷起來(lái)簡(jiǎn)單明了，接觸或跨步允許值校驗(yàn)也比較寬松。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，往往會(huì)兼顧兩個(gè)公式綜合評(píng)價(jià)。

3 影響接地電阻和跨步電壓的因素

4 110kV變電所接地網(wǎng)常用型式

常用的接地網(wǎng)型式有方格式復(fù)合接地網(wǎng)和不等間距網(wǎng)格，110kV變電所接地網(wǎng)，接地網(wǎng)的網(wǎng)格布置大多數(shù)采用方格網(wǎng)，水平接地帶間距通常為5m～8m。除了在避雷針(線)和避雷器需加強(qiáng)分流處裝設(shè)垂直接地極外，在地網(wǎng)周邊和水平接地帶交叉點(diǎn)設(shè)置2m～3m的垂直接地極，進(jìn)所大門(mén)口設(shè)帽檐式均壓帶，接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)是水平地網(wǎng)與垂直接地極相結(jié)合的復(fù)合式地網(wǎng)[3]。

5 常用接地電阻措施[4-6]

（1）利用地質(zhì)鉆孔埋設(shè)長(zhǎng)接地極。

（2）水平接地帶換土。

（3）使用降阻劑，使用較多的是膨潤(rùn)土降阻劑和碳基類降阻劑。由于降阻劑對(duì)接地扁鋼有腐蝕性，最近幾年使用降阻劑的變電工程很少。

（4）利用地下水的降阻作用。

（5）超深井接地。由于施工費(fèi)用高，效果的可預(yù)見(jiàn)性差，應(yīng)用不普遍。

（6）引外接地。但引外接地需注意，距離不能太遠(yuǎn)，接地體要深埋，要作好安全保護(hù)措施，防止因跨步電位差引起人身觸電事故的發(fā)生。

（7）擴(kuò)大接地網(wǎng)面積。

6 接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題

在實(shí)際的110kV變電所接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中，由于要對(duì)安全、經(jīng)濟(jì)等諸多因素均衡考慮，所以接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程。本人在余杭供電局從事變電所的變電設(shè)計(jì)工作，近年來(lái)余杭電網(wǎng)飛速發(fā)展，截至2011年底，余杭電網(wǎng)共有110kV變電站31座,在變電所接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常遇到各種問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)歸結(jié)為如下幾點(diǎn)：

第一，電力系統(tǒng)的接地短路電流越來(lái)越大，導(dǎo)致接地電阻允許值R≤2000/I越來(lái)越小，給接地網(wǎng)設(shè)計(jì)增加了難度。

第二，隨著設(shè)備的小型化，以及土地價(jià)值的提高，變電所的占地面積越來(lái)越小，現(xiàn)在余杭地區(qū)新建的變電所，均采用通用設(shè)計(jì)ZB-1方案，占地面積一般在2400～2700平方米。面積小導(dǎo)致設(shè)備布置緊湊，接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，各設(shè)備引至接地網(wǎng)的引下線間難以保證規(guī)程要求的距離。

第三，隨著城市化建設(shè)的加強(qiáng)，變電所各級(jí)進(jìn)出線經(jīng)常均為電纜線路，無(wú)法通過(guò)架空線的避雷線往所外的線路終端塔的接地網(wǎng)進(jìn)行分流。同時(shí)，變電所外無(wú)空地，也無(wú)法通過(guò)接地網(wǎng)延伸至所外進(jìn)行分流。

第四，部分變電所選址在偏僻地區(qū)，地質(zhì)條件差，土壤電阻率很高，根據(jù)DLT 621-1997標(biāo)準(zhǔn)中人工復(fù)合接地網(wǎng)的簡(jiǎn)易計(jì)算式，導(dǎo)致R值增大，難以達(dá)到目標(biāo)允許值要求，需要采取降阻措施。

第五，由于變電所的建設(shè)周期短，且資金受到嚴(yán)格控制，一些施工周期長(zhǎng)，資金投入大的降阻措施難以得到實(shí)際的廣泛應(yīng)用，如開(kāi)挖深井、大面積換土、填充降阻材料、采用銅質(zhì)接地材料等，只能采取其他相對(duì)方便快捷的措施來(lái)進(jìn)行降阻處理。

7 幾種有效的降阻方法及接地網(wǎng)設(shè)計(jì)常用方法

在本人近年設(shè)計(jì)的幾個(gè)余杭地區(qū)110kV變電所接地網(wǎng)過(guò)程中，多次遇到了接地電阻偏大，超過(guò)目標(biāo)值的情況。有幾個(gè)較為方便可行的降阻方法可供借鑒：一、利用110kV架空進(jìn)線的避雷線，將變電所接地網(wǎng)與所外110kV線路鐵塔的接地網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)短路電流的分流；二、在變電樓基礎(chǔ)樁的表面沿長(zhǎng)度方向預(yù)埋一根80X8的熱鍍鋅扁鋼，樁基礎(chǔ)施工時(shí)將每段樁的預(yù)埋扁鐵焊接連通，并引至主接地網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)接地極深埋。該種方法成本低，施工簡(jiǎn)便，從110kV漳河變等工程的實(shí)測(cè)電阻值來(lái)看，降阻效果很明顯。

我們?cè)?10kV變電所接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用如下方法與步驟。

（1）資料的搜集，包括變電所面積、土壤的電阻率、單相最大短路電流、變電所平面布置和建筑樓各層主平面圖等。

（2）相關(guān)參數(shù)計(jì)算，包括根據(jù)R≤2000/I計(jì)算接地電阻允許值；根據(jù)得出接地電阻計(jì)算值；驗(yàn)算跨步電勢(shì)；選取接地材料最小截面等。

（3）主接地網(wǎng)設(shè)計(jì)，一般采用包括水平接地網(wǎng)和垂直接地極的復(fù)合接地網(wǎng)，水平接地均壓帶采用60X8的熱鍍鋅扁鋼，間距10米左右，垂直接地極采用長(zhǎng)度為2.5米的規(guī)格63×63×8熱鍍鋅角鋼。

（4）各層各一、二次電氣設(shè)備及預(yù)埋基礎(chǔ)與主接地網(wǎng)的有效連接。

（5）避雷針的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)或屋頂避雷帶與主接地網(wǎng)的連接，并做好散流。

（6）各類降阻措施的考慮。

（7）接地網(wǎng)的安全校驗(yàn)。

[1]DL/T 621-1997交流電氣裝置的接地.中國(guó)電力出版社，1997

[2]電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].西北電力設(shè)計(jì)院，水利電力出版社，1989

[3]DL/T 5149-2001 220kV-550kV變電所計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程.中國(guó)電力出版社，2001

[4]吳波.淺談高土壤電阻率地區(qū)牽引變電所接地設(shè)計(jì)[J].科技交流，2005年第3期：65～64.

[5]宋春燕.110kV變電所接地設(shè)計(jì)問(wèn)題的探討[J].浙江電力，2001年第5期：34～37.

[6]俞曉東.高土壤電阻率地區(qū)變電站接地設(shè)計(jì)與降阻技術(shù)研究[D].重慶大學(xué), 2009