220 kV變電站接地設計

于光遠 ，邰能靈

（1.上海交通大學電氣工程系，上海 200240；2.濟南供電公司，山東 濟南 250012）

0 引言

變電站接地是保證變電站正常工作非常重要的技術措施，不僅為變電站內各種電氣設備提供公共參考地，而且還能在系統故障時將故障電流迅速分流，防止變電站地電位升高，保證人身和設備安全[1]。

1 變電站銅接地網與鋼接地網的比較

隨著電力系統的發展，對變電站接地設計的要求也越來越高。長期、可靠、穩定的接地系統，是維持設備穩定運行、保證設備和人員安全的根本保障，接地系統長期安全可靠運行的關鍵在于品質好的接地材料和可靠地連接。

我國傳統接地體均采用鋼材質，在國外，銅作為接地材料已有超過100年的歷史，而且是唯一的選擇，銅接地網與鋼接地網相比有明顯優點[2]。

1）銅接地網導電性能優、熱穩定性能好、耐腐蝕能力強、施工方便、壽命長、投運后檢驗維護工作量少、無污染。

2）采用銅接地網，較采用鍍鋅扁鋼的接地網，接地體的截面大為減小。由于接地材質截面減小，接地網接地電阻值略有增加，約為1%～2%，對接地網整體性能的影響可忽略不計。

3）銅接地網采用放熱焊接，確保連接點為分子結合、無腐蝕、無松弛，放熱焊接操作簡單快捷，焊點美觀。雖然價格較高，但是相對鋼接地網連接更可靠、牢固。

4）選用銅接地網時多數設備可采用單點接地，與鋼接地網的雙接地點相比，不僅能夠滿足接地可靠性的要求，而且減少投資。

2 變電站接地設計

2.1 變電站接地設計執行規程

DL/T 621-1997《交流電氣裝置的接地》；

DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合的規定》；

GB50057-1994《建筑物防雷設計規范》。

2.2 接地網間距布置

在以往接地設計中，接地網均壓導體都按3 m、5 m、7 m、10 m等間距布置，由于端部和鄰近效應，地網的邊角處泄漏電流遠大于中心處，使地電位分布很不均勻，邊角網孔電勢大大高于中心網孔電勢，而且這種差值隨地網面積和網孔數的增加而加大。而不等間距布置能增大中部導體的泄漏電流密度分布，相應降低了邊緣導體的泄漏電流密度，使得中部導體能得到更充分的利用。采用不等間距布置優化設計接地網，能夠使地網各網孔電位趨于一致，提高變電站安全水平。

2.3 地網中垂直接地極布置

地網中間垂直接地極被水平接地極屏蔽，對改善接地電阻作用不大，垂直接地極只對某些設備的散流效果起加強作用。因此，除避雷器、構架避雷針、變壓器中性點，消弧線圈中性點等要增設垂直接地極外，其余地方有一次設備的可適當裝一些，而地網邊沿一圈可多裝垂直接地極，提高散流效果，相當于擴大地網面積，減少接地電阻。

2.4 接地極熱穩定校驗

熱穩定校驗按流過接地線的短路電流穩定值進行，設備接地引下線截面應大于地網主干線截面，因短路電流到主干線后至少會向兩側分流。考慮到地下主干線易腐蝕，采購材料規格不宜過多，一般地下主干線與接地引下線都用同一規格，但必須符合下式要求的截面積

式中：Sg為接地線最小截面，mm2；Ig為流過接地線的短路電流穩定值 （根據系統5～10年的發展規劃，按系統最大運行方式確定），A；c為接地材料的熱穩定系數（根據材料的種類、性能及最高允許溫度和短路前接地線的初始溫度確定，一般取40°）；te為短路的等效持續時間，110 kV及以上系統取1 s，35 kV 及以下取 2 s。

2.5 接地引下線設計

根據國網公司十八項反事故措施關于防止接地網和過電壓事故的要求，變壓器中性點應有兩根與主地網不同干線連接的接地引下線，并且每根接地引下線均應符合熱穩定校核的要求。重要設備及設備架構等宜有兩根與主地網不同干線連接的接地引下線，并且每根接地引下線均應符合熱穩定校核的要求，連接引線應便于定期進行檢查測試。

3 接地施工

由于施工人員素質等各種原因，地網施工的質量往往難以保證，會出現虛焊、斷開、串聯接地現象，甚至引下接地線不接到主網干線等也有可能發生。為防止上述事件的發生，關鍵是地網檢查試驗要由專業人員認真進行通斷檢查，做好中間驗收和竣工驗收，發現不合格及時返工，才能保證施工質量。

1）接地裝置施工執行標準，GB50169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》。

2）橫向和縱向接地體（包括電纜溝的接地體）相互交叉處應焊接在一起，銅與銅，銅與鐵之間采用放熱焊接，連接器為純度97%的金屬銅，使用壽命100年。

3）主接地網建好后，實測接地電阻。主接地網的接地電阻在任何季節，均需小于0.5 Ω，否則應采取相應措施處理。主要降阻措施：敷設水平外延接地，增加接地網的面積；深埋式接地極，在地電阻率隨地層深度增加而減小較快的地方，可以采用深埋接地體的方法減小接地電阻；利用接地電阻降阻劑，在接地極周圍敷設了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻的作用。

4）接地網敷設于室外地坪下0.8 m處，穿道路時可為1.0 m。由接地網向上引出接地線分別引至各設備層，引上線敷設在構造柱或墻體內，至需引出層留出節點，在建筑物兩側各設一處地阻檢測點，在進站大門處敷設兩條與主接地網相連的“帽沿式”均壓帶。

5）配電綜合樓及電纜溝下的接地體可隨綜合樓土建基礎及電纜溝開挖，埋設于基礎及電纜溝下0.5～1 m新土中，并與埋深0.8 m處敷設的水平接地網相連。

6）為減少接觸電勢及跨步電勢對人身的危害，采取如下防范措施：站內公路及進站公路段全部采用瀝青混凝土路面；站區四周金屬圍欄需與接地網可靠連接。

7）戶內各電壓等級避雷器均就近與室內接地干線連接，戶外設備避雷器附近需敷設垂直接地體。

8）為增加二次回路抗干擾能力，需敷設保護用等電位接地網。沿全站設備下二次電纜溝敷設截面25 mm×4 mm銅帶，若設備的下層為隧道層，則緊貼洞壁敷設銅帶，該銅帶相互連接，形成等電位銅網。分散敷設的銅帶需引至主控制室，與主控室屏下的銅接地網可靠連接形成等電位網，引上線仍采用截面25 mm×4 mm銅帶。主控室內等電位接地銅網須用4根截面25 mm×4 mm的銅帶與主接地網在電纜豎井處一點可靠連接。

9）穿墻套管的接地宜在室外，且每組套管的接地線都要引至主干線，對運行人員和屋內二次設備都比較安全。

10）如變電站有戶外設備，則應在站內設獨立避雷針作為直擊雷保護。獨立避雷針設獨立的接地裝置，在非高土壤電阻率地區，其工頻接地電阻不應超過10 Ω。避雷針及其接地裝置與道路或出入口等的距離不宜小于3 m，否則應采取均壓措施或鋪設礫石或瀝青地面，也可敷設混凝土地面。獨立避雷針的接地裝置與接地網的地中距離不應小于3 m，根據驗收要求，避雷線引下線要有明顯斷開點，以方便變電站地阻的測量。

11）室內接地線沿地面暗敷，各設備間的基礎槽鋼、支架、預埋件及金屬圍欄等金屬構件均需可靠接地。由各設備間相應位置接地線處連接，接至設備和支架的接地線應明敷。建筑物各柱及梁、板內均有截面不小于200 m2的鋼筋焊成整體，形成等電位籠，并與主接地網在地中焊接在一起，形成均衡電位接地系統。

4 應用舉例

以濟南220 kV大橋變電站為例對主接地網進行說明，接地網布置如圖1所示。變電站采用銅接地網，為節約投資，主地網引上線、避雷針接地及室內水平接地體仍采用鍍鋅扁鋼。

變電站內接地方式為以水平接地體為主，由水平接地體和垂直接地體組成的復合接地體接地方式。水平均壓帶呈10×8不等間距方孔布置，接地網邊緣閉合。垂直接地極以10 m間距布置于接地網最外沿，戶外設備避雷器附近布置一組垂直接地極，用于擴大接地網面積，提高散流效果，接地網面積約7 391 m2。

獨立避雷針設置獨立接地裝置，與接地網的地中距離為3 m，由于戶外電纜溝內有二次電纜，為增加二次回路抗干擾能力，在二次電纜溝內敷設截面25 mm×4 mm銅帶，變電站建成后，斷開避雷針引下線，經檢測變電站內接地電阻小于，符合設計要求。

圖1 接地網布置圖

5 結語

變電站接地網設計應結合實際情況進行，接地裝置能否發揮應起的作用，關鍵在于設計和施工運行。設計是保證接地裝置效果的前提條件，施工的工藝和質量是保證接地裝置效果的基礎，在高土壤電阻率地區的變電站設計與建設中，應注重優化設計與綜合治理，提高地網建設經濟性與運行可靠性。