周邊地理條件在變電站降阻改造中的應用

黃麗芬

(福建水口發電集團有限公司，福建 福州 350004)

周邊地理條件在變電站降阻改造中的應用

黃麗芬

(福建水口發電集團有限公司，福建 福州 350004)

變電站接地系統的接地電阻是影響變電設備運行安全與人身安全的重要參數，但其降阻措施常受到各種因素的制約。結合自然接地體和敷設水下接地網的降阻改造工程實例，對周邊地理條件在變電站降阻改造中的應用進行討論，分析了該方法的優越性，并提出了注意事項。

變電站；接地電阻；降阻；自然接地體；水下接地網

0 引言

變電站的接地系統是保障作業人員人身安全和電氣設備可靠運行的重要設施。近年來，隨著變電站微機保護和綜合自動化設備的廣泛投入和使用，接地系統越來越受到人們的重視，對接地保護也提出了更高的要求。然而，變電站的接地網存在設計不合理、接地電阻超標等問題，如何合理有效、經濟、長久地解決這個問題，對保障電力系統的安全可靠運行，具有十分重要的理論意義和工程價值。

1 變電站常用降阻措施分析比較

目前，變電站常用的降阻措施主要有：外延接地降阻法、深井接地法、填充電阻率較低的物質或降阻劑、利用自然接地體、敷設水下接地網等。

(1) 外延接地降阻法符合常規工序且施工簡單，但受征地較難、占地面積過大、手續繁多等問題的制約，在實際降阻改造工程中往往難以實施。

(2) 深井接地法可以把平面地網做成立體地網，且接地電阻不受季節影響，但其施工復雜、難度大、費用高、風險大，收效不一定顯著，因此除了在接地網向水平方向無法外延的情況下，一般不輕易采用。

(3) 填充電阻率較低的物質或采用降阻劑法(投資少)，因其施工簡單曾經大受歡迎，但由于某些降阻劑對鋼材具有腐蝕作用，長期使用將對接地網造成腐蝕。

(4) 利用自然接地體和敷設水下接地網法具有省工、省料、接地電阻穩定、安全可靠性高等突出優點，可將變電站周邊現有的地理條件有效運用到降阻改造工程中，但此方法需認真勘察變電站周邊的地理條件，同時對設計人員的現場經驗要求較高。

由此可見，變電站常用的降阻措施往往受到眾多條件的制約，并出于安全性、經濟性和合理性等因素的考慮，也均存在一定的局限性。因此在實際接地工程中，能否根據現場實際情況從眾多降阻方法中選擇經濟、高效、合理的降阻措施，顯得尤為重要。本文介紹一例利用自然接地體和敷設水下接地網法的降阻改造工程實踐，討論周邊地理條件在變電站降阻改造中的應用，并對該方法的合理性和優越性進行分析。

2 周邊地理條件在變電站降阻改造中的應用

2.1 自然接地體的應用

DL/T621—2011《交流電氣裝置的接地》規定：“交流電力設備的接地裝置，應充分利用直接埋入地中或水中的自然接地體。自然接地體是指直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑物的基礎、金屬管道和設備等。”因此在變電站的接地工程中，尤其是對于用地緊張的城市變電站，在大規模外延接地實施受到嚴重制約的情況下，根據現場實際情況，充分發揮變電站周邊地理條件的優勢，因地制宜，合理利用自然接地體是降低變電站接地電阻、節約鋼材以及達到均衡接地電位的有效措施。

以南方某110kV變電站的降阻改造工程為例進行討論分析。該110kV變電站地處城市郊區，其接地電阻設計值R≤0.5 Ω，建成后實測R=1.2 Ω，嚴重超標。由于該變電站占地面積較小，僅靠站內地網將接地電阻降到合格值幾乎無法實現，因此需對其采取其他的降阻措施。經過現場勘察，發現變電站周邊不具備大面積鋪設外延地網的條件，但在變電站前方的公路旁埋設有金屬自來水管道，且該供水系統分布范圍較廣，在接地有效長度范圍內，其附近無可燃或爆炸性介質的金屬管道，因此可考慮利用該自然接地體以達到降低變電站接地電阻的目的。其具體做法為：在主接地網的2個不同位置，分別用60mm×6 mm的鍍銅扁鋼將站內主接地網與站外自來水管道相連，并在合適位置分別挖設2個接地測試井，方便日后單獨測量。

經計算，接地網與之并聯后可將變電站的接地電阻降至0.5 Ω以下，改造后實測接地電阻為0.36 Ω，滿足接地電阻設計要求。同時，對于110kV及110kV以上電壓等級的有效接地系統，還應對改造后的接地網進行安全性校核。考慮到自然接地體上方一般不會裝設電氣設備，故不再考慮接觸電位差問題，而只對其跨步電位差進行校驗。

根據式(1)確定所連接的自然接地體跨步電位差的目標值：

式(1)適用于110kV及110kV以上電壓等級的有效接地系統和6-35 kV低電阻接地系統。式中：Us—跨步電位差目標值，V；ρf—腳站立處地表面的土壤電阻率，Ω·m；t—接地短路(故障)電流持續時間，s。

經計算，得Us=326 V。

將所連接的自然接地體簡化為矩形地網，可按DL/T621—2011附錄中的方法，計算其最大跨步電位差，可得Usmax=83.6 V，遠小于跨步電位差所允許的326 V，所以對行人是安全的。該處自來水管道埋設較深，周邊無可燃或爆炸性介質的金屬管道，采取自然接地體對原地網進行改造后，不僅能有效降低接地電阻，還能有效防止變電站發生接地短路時的高電位外引，滿足了安全性要求。

2.2 敷設水下接地網

接地工程中，如果變電站附近有池塘、水庫、江、河、小溪等，便可通過鋪設水下、水底或者岸邊接地網，以達到降阻目的。

以另一起110kV變電站的降阻改造為例進行討論分析。該變電站位于低山丘陵區，其接地電阻設計的目標值R≤0.5 Ω，建成后雖經多次地網改造，但都未達到預期目的，其接地電阻值仍高達2.5 Ω，嚴重超標。根據現場調研，變電站周圍不具備外延接地、深井接地的條件，也未發現可利用的自然接地體；但變電站北側自西向東有1條小河，且小河正好位于北側接地網外框附近。由于此河流與原接地網相距較近，且不存在征地問題，因此可充分利用現有地理條件，在小河中鋪設水平接地體，再與變電站主接地網并接，從而達到降低接地電阻目的。

通過理論計算，在河中鋪設適當長度的水下地網并與原地網并接后，可將接地電阻降至0.5 Ω以下。改造后實測接地電阻為0.42 Ω，符合設計要求。同理，對該水下接地網的跨步電位差進行校驗，可知水下地網的跨步電位差Us應不大于196 V,而計算得到最大跨步電位差Usmax=74 V，滿足了安全性要求。

3 利用周邊地理條件降阻改造的優點

通過理論分析和工程實例，可得出利用變電站周邊地理條件進行降阻改造，具有以下幾方面優點。

(1) 省工。施工時不需要大規模的開挖土方和回填土，大大降低了施工人員的勞動強度和工作量。

(2) 省料。利用自然接地體進行降阻改造可減少埋入地下的大量鋼材，節約成本。

(3) 接地電阻穩定。由于自然接地體和水下地網不易受到人為機械損壞，幾乎不受氣象條件變化影響，因此接地電阻基本處于一個較為穩定的范圍。

(4) 安全可靠性高。自然接地體和水下地網的導電性和散流效果好，與土壤的接觸面積大，均壓作用明顯，具有較高的安全性和可靠性。

4 利用周邊地理條件降阻改造的注意事項

在利用變電站周邊地理條件進行降阻改造時，為了達到最佳的降阻效果，還應兼顧以下問題。

(1) 利用自然接地體時，必須取得主管部門同意；應特別注意自然接地體的性質，切不可利用有可燃或爆炸性介質的金屬管道作為自然接地體。

(2) 當利用自然接地體或水下地網時，應采用不少于2根導體在不同地點與接地網相連接，并設置將自然接地極或水下地網與人工接地極分開的測量井。

(3) 在設計接地網時，一定要先對各項參數進行仔細計算、校核，驗證其具有可行性后方可施工；且計算方法要正確，修正系數要合理。

5 結論

利用變電站周邊地理條件進行降阻的方法在變電站接地工程中具有突出的優越性，尤其是在其他降阻措施無法采用的情況下，如果能充分發揮周邊地理條件的優勢，那么既能有效降低接地電阻，又可大幅節約成本，從實用性、經濟性等方面來講都是較為合理的。

在接地工程中，要充分考慮變電站周邊的地理條件，找出有利于降阻的現場條件，在確保不產生高電位外引的情況下，充分利用變電站周邊的地理條件，以達到有效降阻目的，力求在技術上、經濟上均達到較好的效果。

1 郭建偉．變電站接地網研究及故障診斷分析[D]．上海:上海交通大學，2008.

2 呂俊霞．發電廠、變電所接地裝置存在的問題和改造措施[J]．變壓器，2008，45(10)：27-31.

2015-09-25。

黃麗芬(1975-)，女，工程師,主要從事發電運行管理工作，email:383791761@qq.com。