淺談110kV變電站接地電阻超標問題及改造

張桂榮

摘 要：接地系統是變電站的重要組成部分，它對變電站的安全、穩定運行具有重要的影響，而接地電阻的大小是安全接地的重要指標。因此，接地電阻必須要滿足變電站的安全運行要求。結合實踐，就110 kV變電站接地電阻超標問題進行了詳細闡述，并給出了具體的改造方案，經校驗后達到了變電站安全運行的要求。

關鍵詞：接地電阻；超標；改造；降阻；電勢校驗

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0040-02

接地系統作為一個電位傳送系統，在建筑物遭遇雷擊時，能夠使雷電電流轉移到大地，以確保建筑內部設備和人員的安全。因此，接地系統在變電站中的應用十分廣泛。而接地電阻的大小至關重要：如果接地電阻較大，在發生系統接地故障或其他大電流入地時，可能會造成地電位異常升高，造成接地系統電位分布不均，使局部電位超過規定的安全值，輕則導致監測或控制設備發生誤動作或拒動；重則破壞監測設備、擴大事故，帶來經濟損失和社會影響。因此，變電站一旦存在接地電阻超標的問題，必須要結合規程和現場條件，運用各種方法對該站進行接地改造，降低接地電阻，使接地系統安全運行。

1 變電站情況介紹

某變電站是在山體推平后的基礎下規劃、建設的，因此，該變電站的土壤主要是以山巖和殘積礫質黏性土為主，但這樣的土壤電阻率比較高。在變電站旁邊的空地上進行分層電阻率測試，測試的結果為：在40 m、30 m、20 m、10 m處的土壤電阻率分別為432Ω·m、923Ω·m、837Ω·m、640Ω·m，平均值為708Ω·m。在變電站的周邊四個方向又進行了相應的土壤電阻率的測試，結果土壤電阻率在700Ω·m左右，屬于土壤電阻率偏高的地區。由測試結果可知，縱向分布隨地層加深，其值先上升后下降，這與變電站所處位置的地形地貌有關。站內接地網長度為83.5 m，寬度為69.4 m，在施工后測試發現，接地電阻達到4.528Ω，嚴重超過設計值，不符合設計的要求，因而必須進行降阻設計。

2 地網接地電阻超標問題分析

通過現場勘察，分析變電站接地電阻超標有如下幾個原因：接地電阻不穩定；土層薄，地質條件差；場地狹小，接地網面積偏小，使接地電阻偏高。

3 地網改造方案

3.1 接地降阻設計目標值（在1.45后面加上單位Ω）

本變電站接地裝置的工頻接地電阻R≤

考慮到電力系統20年的發展，變電站的接地短路電流增大，為了最大限度地保護變電站的安全，將接地裝置的工頻接地電阻設為0.85Ω。

3.2 降阻設計方案確定

該變電站建設在山巖推平的基礎上，下層土壤為巖石，土壤電阻率比上層土壤電阻率高，土壤電阻率在垂直方向上分布是深層土壤電阻率高于表層的土壤電阻率，不符合深井接地極的條件，不適合深井接地法。另外，采用深井式接地極會極大地提高成本，并且效果不是很顯著。對變電站周邊建筑進行了仔細的調研后發現，利用自然接地體也是不合適的。在高土壤電阻率地區，當在發電廠、變電所2 000 m以內有較低電阻率的土壤時，可敷設引外接地極。在對站址附近的土壤電阻率水平方向和垂直方向進行測量后，進行綜合分析，決定采用外引接地加上降阻劑配合的降阻方法。對于銹蝕的地網實行開挖翻修的處理，在接地體周圍施加GPF-94a高效膨潤土降阻防腐劑，并按照要求用量與施工。由于該降阻防腐劑具有降阻性能好、吸水保水性強，對接地體腐蝕率低和無毒無污染等優良特性，并且在結合外延法處理的各大城市等多座大中型接地網都有良好、穩定的降阻效果，改造完畢的測試驗收也證明了其降阻效果。

3.3 接地電阻降阻計算

在該站所處位置附近選取了兩處進行土壤電阻率的測量。

在變電站站外北側5 m，圍墻外背對大門側，距離圍墻5 m處，極間距a=10 m，測試電阻R=6.4 Ω，季節系數ψ取1.6，電阻率ρ=2πRaψ=2π×10×6.4×1.6=643 Ω·m；改變極間距a=

5 m，R=21 Ω，電阻率ρ=2πRaψ=2π×5×21×1.6=1 055 Ω·m。

在變電站站外東側公路北側150 m，變電站站外距變電站150 m處測量，極間距a=10 m，R=4.9 Ω，ψ取1.6，電阻率ρ=2πRaψ=2π×10×4.9×1.6=492.35 Ω·m；改變極間距a=5 m，R=9 Ω，電阻率ρ=2πRaψ=2π×5×9×1.6=452.16 Ω·m。

根據變電站附近土壤電阻率測試結果，在變電站東側的道路兩邊，其土壤電阻率相對較低，普遍比變電站土壤電阻率低，在距變電站140 m處，a=10 m時，土壤電阻率為492.35 Ω·m；a=5 m時，土壤電阻率為452.16 Ω·m，且道路兩邊的土壤電阻率由西向東有遞減的趨勢，適合做外延地網。另外，道路為開發區規劃道路，兩邊的空地無人使用，不會產生征地引發的不必要糾紛，其建設成本較低。

選站外東側道路北邊作為水平外延一號接地網，長為320 m，寬為5 m，內部做成10 m×5 m的網格，接地體使用60 m×6 m鍍鋅扁鋼，埋深為1.2 m，交點處打垂直接地極，垂直接地極為50 m×5 m的角鋼。

選站外東側道路南邊作為水平外延二號接地網，長為320 m，寬為10 m，內部做成10 m×10 m的網格，接地體使用60 m×6 m鍍鋅扁鋼，埋深為1.2 m，交點處打垂直接地極，垂直接地極為50 m×5 m×5 m的角鋼。同理計算可得，Rn2=0.655×3.633 7≈2.38 Ω。

為了降阻和防腐，在擴大接地網的水平接地體四周敷設截面尺寸為0.2 m×0.2 m的GPF-94高效膨潤土降阻防腐劑，站址東側道路北邊水平外延一號接地網添加降阻劑后的電阻為：Rg1=Rn1×Kf×Kp=2.705×0.5×1.2=1.632 Ω.

Kf為降阻劑的降阻系數。降阻劑的施加尺寸為0.2 m×0.2 m，根據GPF-94降阻劑的降阻系數和用量表（見表1），Kf=0.5；Kp為大型地網的屏弊系數，Kp一般為1.2～1.4.

同理可得，站址東側道路南側水平外延二號地網添加降阻劑后的電阻為：Rg2=1.428 Ω.

與站內地網并聯后，R站內電阻//Rg1//Rg2=0.650 4 Ω。考慮到互電阻的影響，可把接地電阻降到0.813 4 Ω左右。考慮到降阻劑的特性，一年以后可以把接地電阻降到0.8 Ω以下。

一號、二號外延地網設計方案圖如圖1所示。

4 接地網跨步電勢和接觸電勢校驗

4.1 站區校核

4.1.1 變電站內跨步電壓

Usmax=KsmaxUg . （1）

Ksmax . （2）

. （3）

（4）

（5）

上述5個公式中：Usmax——最大跨步電壓，V；

Ksmax——最大跨步系數；

Ug——接地裝置的電位，V；

n——均壓帶根數，根；

L——水平接地極的總長度，m；

L0——接地網的外緣邊線總長度，m；

S——接地網面積，m2；

h——水平均壓帶的埋設深度，m；

d——均壓帶等效值徑，m。

根據式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5），可以求得Ksmax=0.066 8；Ug=IR=1 379.5×0.85=1 103.6 V；Usmax= KsmaxUg=0.066 8×1 103=73.72 V。因73.72 V<754.26 V，所以其滿足站內跨步電壓的要求。

4.1.2 變電站站內設備接觸電壓

Utmax=KtmaxUg. （6）

Utmax=KdK1KnKs. （7）

Kd=0.841-0.225lgd. （8）

K1=1.0 .

Kn=0.076+0.776/n . （9）

Ks=0.234+0.414 lg （10）

上述5個公式中：Utmax——最大接觸電位差，V；

Ktmax——最大接觸電位差系數；

Ug——接地裝置的電位，V；

S——接地網面積，m2；

d——均壓帶等效直徑，m；

n——均壓帶根數，根。

上述式中各系數按如下公式計算：Kd=0.841-0.225lgd= 0.158；K1=1.0；Kn=0.076+0.076/n=0.055 4；Ks=0.234+0.414lg =1.782 2；Ktmax=KdK1KnKs=0.156 8.

所以，Utmax=KtmaxUg=0.156 8×1 379.5×0.85=183.86 V，183.86 V<369.46 V，滿足接觸電壓的要求。

4.2 擴大接地網外延跨步電壓計算

站址東側道路北邊擴大接地網一跨步電壓校驗：S=320×5=1 600 m2，L=805 m，L0=650 m。

根據式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5）最大跨步電壓為：Usmax=KsmaxUg=0.228×1 103=251.484 V。所以，外延一號接地網跨步電壓滿足要求。同理，對站址東側道路南邊二號外延接地網跨步電壓進行了驗算，也滿足要求。

5 熱穩定參數校驗

另外，還需考慮接地引下線的截面大小是否符合接地短路電流熱穩定的要求：

Sg≥ （11）

上式（11）中：Sg——接地線的最小截面，mm2；

Ig——流過接地線的短路電流穩定值；

te——接地短路的等效持續時間，取0.5 s；

c——接地線的熱穩定系數。

6 結束語

綜上所述，對接地電阻超標問題必須予以高度重視。高土壤電阻率區的變電站應根據所在地區的地質和環境條件，采用效果好、經濟、合理、安全、可靠的輔助措施，因地制宜，綜合改造，以降低接地電阻，力求接地電阻滿足變電站的安全運行要求。

參考文獻

[1]楊鑫，李景祿.寧德110 kV煙亭變電站接地改造分析[J].電力科學與技術學報，2007（03）.

[2]張琪.變電站接地電阻阻值超標的改造[J].農村電工，2010（04）.

〔編輯：白潔〕

Kf為降阻劑的降阻系數。降阻劑的施加尺寸為0.2 m×0.2 m，根據GPF-94降阻劑的降阻系數和用量表（見表1），Kf=0.5；Kp為大型地網的屏弊系數，Kp一般為1.2～1.4.

同理可得，站址東側道路南側水平外延二號地網添加降阻劑后的電阻為：Rg2=1.428 Ω.

與站內地網并聯后，R站內電阻//Rg1//Rg2=0.650 4 Ω。考慮到互電阻的影響，可把接地電阻降到0.813 4 Ω左右。考慮到降阻劑的特性，一年以后可以把接地電阻降到0.8 Ω以下。

一號、二號外延地網設計方案圖如圖1所示。

4 接地網跨步電勢和接觸電勢校驗

4.1 站區校核

4.1.1 變電站內跨步電壓

Usmax=KsmaxUg . （1）

Ksmax . （2）

. （3）

（4）

（5）

上述5個公式中：Usmax——最大跨步電壓，V；

Ksmax——最大跨步系數；

Ug——接地裝置的電位，V；

n——均壓帶根數，根；

L——水平接地極的總長度，m；

L0——接地網的外緣邊線總長度，m；

S——接地網面積，m2；

h——水平均壓帶的埋設深度，m；

d——均壓帶等效值徑，m。

根據式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5），可以求得Ksmax=0.066 8；Ug=IR=1 379.5×0.85=1 103.6 V；Usmax= KsmaxUg=0.066 8×1 103=73.72 V。因73.72 V<754.26 V，所以其滿足站內跨步電壓的要求。

4.1.2 變電站站內設備接觸電壓

Utmax=KtmaxUg. （6）

Utmax=KdK1KnKs. （7）

Kd=0.841-0.225lgd. （8）

K1=1.0 .

Kn=0.076+0.776/n . （9）

Ks=0.234+0.414 lg （10）

上述5個公式中：Utmax——最大接觸電位差，V；

Ktmax——最大接觸電位差系數；

Ug——接地裝置的電位，V；

S——接地網面積，m2；

d——均壓帶等效直徑，m；

n——均壓帶根數，根。

上述式中各系數按如下公式計算：Kd=0.841-0.225lgd= 0.158；K1=1.0；Kn=0.076+0.076/n=0.055 4；Ks=0.234+0.414lg =1.782 2；Ktmax=KdK1KnKs=0.156 8.

所以，Utmax=KtmaxUg=0.156 8×1 379.5×0.85=183.86 V，183.86 V<369.46 V，滿足接觸電壓的要求。

4.2 擴大接地網外延跨步電壓計算

站址東側道路北邊擴大接地網一跨步電壓校驗：S=320×5=1 600 m2，L=805 m，L0=650 m。

根據式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5）最大跨步電壓為：Usmax=KsmaxUg=0.228×1 103=251.484 V。所以，外延一號接地網跨步電壓滿足要求。同理，對站址東側道路南邊二號外延接地網跨步電壓進行了驗算，也滿足要求。

5 熱穩定參數校驗

另外，還需考慮接地引下線的截面大小是否符合接地短路電流熱穩定的要求：

Sg≥ （11）

上式（11）中：Sg——接地線的最小截面，mm2；

Ig——流過接地線的短路電流穩定值；

te——接地短路的等效持續時間，取0.5 s；

c——接地線的熱穩定系數。

6 結束語

綜上所述，對接地電阻超標問題必須予以高度重視。高土壤電阻率區的變電站應根據所在地區的地質和環境條件，采用效果好、經濟、合理、安全、可靠的輔助措施，因地制宜，綜合改造，以降低接地電阻，力求接地電阻滿足變電站的安全運行要求。

參考文獻

[1]楊鑫，李景祿.寧德110 kV煙亭變電站接地改造分析[J].電力科學與技術學報，2007（03）.

[2]張琪.變電站接地電阻阻值超標的改造[J].農村電工，2010（04）.

〔編輯：白潔〕

Kf為降阻劑的降阻系數。降阻劑的施加尺寸為0.2 m×0.2 m，根據GPF-94降阻劑的降阻系數和用量表（見表1），Kf=0.5；Kp為大型地網的屏弊系數，Kp一般為1.2～1.4.

同理可得，站址東側道路南側水平外延二號地網添加降阻劑后的電阻為：Rg2=1.428 Ω.

與站內地網并聯后，R站內電阻//Rg1//Rg2=0.650 4 Ω。考慮到互電阻的影響，可把接地電阻降到0.813 4 Ω左右。考慮到降阻劑的特性，一年以后可以把接地電阻降到0.8 Ω以下。

一號、二號外延地網設計方案圖如圖1所示。

4 接地網跨步電勢和接觸電勢校驗

4.1 站區校核

4.1.1 變電站內跨步電壓

Usmax=KsmaxUg . （1）

Ksmax . （2）

. （3）

（4）

（5）

上述5個公式中：Usmax——最大跨步電壓，V；

Ksmax——最大跨步系數；

Ug——接地裝置的電位，V；

n——均壓帶根數，根；

L——水平接地極的總長度，m；

L0——接地網的外緣邊線總長度，m；

S——接地網面積，m2；

h——水平均壓帶的埋設深度，m；

d——均壓帶等效值徑，m。

根據式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5），可以求得Ksmax=0.066 8；Ug=IR=1 379.5×0.85=1 103.6 V；Usmax= KsmaxUg=0.066 8×1 103=73.72 V。因73.72 V<754.26 V，所以其滿足站內跨步電壓的要求。

4.1.2 變電站站內設備接觸電壓

Utmax=KtmaxUg. （6）

Utmax=KdK1KnKs. （7）

Kd=0.841-0.225lgd. （8）

K1=1.0 .

Kn=0.076+0.776/n . （9）

Ks=0.234+0.414 lg （10）

上述5個公式中：Utmax——最大接觸電位差，V；

Ktmax——最大接觸電位差系數；

Ug——接地裝置的電位，V；

S——接地網面積，m2；

d——均壓帶等效直徑，m；

n——均壓帶根數，根。

上述式中各系數按如下公式計算：Kd=0.841-0.225lgd= 0.158；K1=1.0；Kn=0.076+0.076/n=0.055 4；Ks=0.234+0.414lg =1.782 2；Ktmax=KdK1KnKs=0.156 8.

所以，Utmax=KtmaxUg=0.156 8×1 379.5×0.85=183.86 V，183.86 V<369.46 V，滿足接觸電壓的要求。

4.2 擴大接地網外延跨步電壓計算

站址東側道路北邊擴大接地網一跨步電壓校驗：S=320×5=1 600 m2，L=805 m，L0=650 m。

根據式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5）最大跨步電壓為：Usmax=KsmaxUg=0.228×1 103=251.484 V。所以，外延一號接地網跨步電壓滿足要求。同理，對站址東側道路南邊二號外延接地網跨步電壓進行了驗算，也滿足要求。

5 熱穩定參數校驗

另外，還需考慮接地引下線的截面大小是否符合接地短路電流熱穩定的要求：

Sg≥ （11）

上式（11）中：Sg——接地線的最小截面，mm2；

Ig——流過接地線的短路電流穩定值；

te——接地短路的等效持續時間，取0.5 s；

c——接地線的熱穩定系數。

6 結束語

綜上所述，對接地電阻超標問題必須予以高度重視。高土壤電阻率區的變電站應根據所在地區的地質和環境條件，采用效果好、經濟、合理、安全、可靠的輔助措施，因地制宜，綜合改造，以降低接地電阻，力求接地電阻滿足變電站的安全運行要求。

參考文獻

[1]楊鑫，李景祿.寧德110 kV煙亭變電站接地改造分析[J].電力科學與技術學報，2007（03）.

[2]張琪.變電站接地電阻阻值超標的改造[J].農村電工，2010（04）.

〔編輯：白潔〕