配電系統中2種不同接地裝置的優化改進與實踐

劉石生

(廣東電網公司 佛山三水供電局，廣東 佛山 528100)

?

配電系統中2種不同接地裝置的優化改進與實踐

劉石生

(廣東電網公司 佛山三水供電局，廣東 佛山 528100)

摘要：配電系統中不論采用哪種形式的接地裝置，其接地電阻都應滿足系統對接地電阻的要求，這是確保配電線路和設備安全穩定運行以及保證人身安全的重要措施。為了解決當前常規接地裝置存在的問題，對配電系統中2種不同接地裝置進行優化改進，并提出2種典型的、具有針對性的“10 kV配電網架空線路桿塔接地”和“樓宇表箱接地”解決方案。實踐結果表明，方案具備可靠性高、安全性強及經濟性的特點，并且易操作，能夠有效地降低接地電阻值，較易達到系統接地電阻的要求，值得大力推廣應用。

關鍵詞：配電系統；接地裝置；優化改進；實踐

1問題現狀

配電設備雷擊造成電氣設備絕緣損壞是配電系統故障的重要因素，因此，配電設備的防雷至關重要，而防雷接地是防雷工作的一個重要環節。由于配電設備種類繁多，分布廣泛，配電系統中的防雷接地點點多面廣，但在配電系統中不論采用何種形式的接地裝置，其接地電阻都應滿足系統對接地電阻的要求，這是確保配電線路和設備安全穩定運行以及保證人身安全的重要措施。目前，我國配電系統常用的接地方法如下。

1)單條接地極垂直打入地下進行接地。該接地方法主要是用圓鋼制作的接地極(一般接地極的標準長度為2 m)垂直打入地下進行接地，主要用于表箱接地，其優點是敷設簡單、占地少和成本低；缺點是接地電阻難于達到系統對接地電阻的要求。

2)將圓鋼或扁鋼焊接成地網水平埋入地下，鋪設人工接地網。該接地方法優點是可以達到系統對接地電阻的要求；缺點是敷設較為復雜、占地多和成本高。

3)在運行過程中發現原有地網中的接地電阻不能達到系統對接地電阻的要求時，主要采取延長接地極法、在土壤里添加降阻劑法、更換土壤法以及外引接地法等。由于在配電網線路網架結構已基本成型的前提下，更換土壤和添加降阻劑已不現實；多數桿塔又位于農村耕地中，考慮青賠問題，征地太難，根本就不能進行地網重建；延長接地極成本太高，效果不一定明顯，此法所采用的垂直接地體長度，地質條件一般為5～10 m，再長則效果不明顯，且給施工帶來困難，故上述方法已經難以實施。

4)部分樓宇表箱的接地僅采用單條接地極垂直打入地下進行接地。該接地方法接地電阻難以達到系統對接地電阻的要求，此外由于表箱大部分位于居民出入頻繁的樓梯口處，如果發生表箱外殼帶電，極易造成居民(尤其小朋友)觸電的危險，對人身安全是極大的威脅，留下極大的安全隱患。同時，由于表箱地網在樓梯間的水泥地板下，如開挖鋪設成水平地網則施工困難，敷設復雜，成本高[1]。

2優化方案

針對上述問題，結合現場運行環境及規程要求，通過優化接地網裝置來降低設備接地電阻，有針對性地提出了配電網架空線路桿塔接地采取單條標準長度垂直接地極圍繞桿塔進行環形焊接敷設接地及樓宇表箱接地采取單條標準長度垂直接地極用放射一字形焊(連)接進行敷設接地2種典型的解決方案。

2.1配電網架空線路桿塔防雷接地裝置的優化改進

配電網架空線路分布廣泛，桿塔多位于農村耕地和山區，運行環境惡劣，極易遭受雷擊，針對問題現狀1～3，結合現場運行環境及規程要求，配電網架空線路桿塔接地建議采取單條標準長度垂直接地極圍繞桿塔進行環形焊接敷設接地的方法進行接地。

2.1.1工作原理圖及工程示范圖

采取單條標準長度垂直接地極(一般接地極的標準長度為2 m，以扁鋼或圓鋼為材料)打入地下，再用環形接地網圍繞桿塔進行環形焊接，形成地下環狀接地體，最后用接地引下線連接的敷設方式進行接地。通常用于輸配電線路，可以改善接地點土壤的電場分布。工作原理圖如圖1所示[2]，工程示范圖如圖2所示。

圖1　環形接地裝置　　　圖2　環形接地裝置工程　工作原理圖　示范圖

2.1.2驗證

按照圖1、圖2，分別選擇3條不同的10 kV架空線路，分別在直線及轉角桿處論證接地極數n=1(單根)、3、4、5、6和8，深度為標準接地棒的長度(2 m)時，環形接地裝置的接地電阻變化趨勢見表1。

表1　環形接地裝置的接地電阻變化驗證表

依據表1，畫出接地電阻變化趨勢圖(見圖3)。從圖中可以看出，隨接地極數量增加，接地電阻呈下降趨勢；當n>5時，變化趨于平緩，再增加接地極數量，下降效果不明顯。因此，在電阻率ρ≤300 Ω·m 的土壤中，當n=5時，環形接地能有效降低桿塔防雷接地電阻，達到防雷目的。

圖3　環形接地裝置接地電阻變化趨勢圖

2.1.3環形敷設接地裝置的施工要點

1)環狀接地體的內沿應距桿塔30～50 cm，且埋設深度為25～35 cm；接地極部分埋設深度L=1.8～2.2 m(最佳為2 m)、直徑φ=18～20 mm(最佳為19 mm)的接地極。

2)應先埋設接地極，再埋設環狀接地體，并現場焊接完成，保證環狀接地體規整、無尖端。

3)接地極與環狀接地體應焊接，焊接應采用搭接焊接，對圓鋼來講，搭接的長度應為其直徑的6倍，并應雙面焊接，扁鋼的搭接長度應為其寬度的2倍，并應四面焊接；焊口質量應符合要求，不得有虛焊、假焊現象，如該連接處不宜焊接，可用螺栓聯接，但應采取可靠的防銹措施。

4)接地引下線與桿塔應采用鍍鋅螺栓聯接，應接觸良好，以便于打開測量接地電阻。

5)對焊口應涂瀝青進行防腐處理，對接地引下線，應從與水平接地體連接處直到與桿塔的連接螺栓處，全部刷瀝青，或防銹漆和黑漆進行防腐處理，這部分由于防腐電位的不同最容易發生化學腐蝕。

6)回填。當接地體全部焊接完畢，防腐措施也施工完畢，經檢查驗收合格后，才能開始回填，回填應用細土，回填土內不應有石塊和建筑垃圾等，外取的土不應有較強的腐蝕性；在回填土時應分層夯實，不應用砂石回填。

7)地面處理。在回填完畢后，如果處于山坡或斜坡地帶，為了防止雨水沖刷造成水土流失，應在回填完畢后的地表栽植草皮進行保護。

8)全部施工完畢后，經過一定時間(7 d)再測接地電阻看是否達到設計要求[3]。

2.2樓宇表箱接地裝置的優化改進

樓宇表箱大部分位于居民出入頻繁的樓梯口處，考慮居民區不能大面積開挖破土，以及單條接地極無法滿足接地電阻要求的限制，為最大限度降低開挖面積，并通過增加接地極來增大接觸面來降低接地裝置的接地電阻以求達到系統要求。針對問題現狀4，結合現場運行環境及規程要求，樓宇表箱的接地裝置建議采取“單條標準長度垂直接地極用放射一字形焊(連)接敷設接地”的方法進行接地。

2.2.1工作原理及工程示范圖

根據居民樓宇已成形，地面混凝土難于開挖，以及樓梯口位置較為狹窄的特點，采取單條標準長度垂直接地極(一般接地極的標準長度為2 m，以扁鋼或圓鋼為材料)沿墻面水平打入地下，再用水平接地網以防銹螺栓聯接或搭接焊接的方式形成地下接地網，然后通過接地引下線與表箱聯接的敷設方式進行接地。一字形接地體一般應用在土壤電阻率較小的地區和電壓等級較低的線路，包括公寓住宅中計量裝置。一字形接地裝置示意圖和工程示范圖分別如圖4和圖5所示。

圖4　一字形接地裝置示意圖

圖5　一字形接地裝置工程示范圖

2.2.2驗證

按照圖4、圖5，論證接地極數n分別為1(單根)、3、4、5、6和8，深度為標準接地棒的長度(2 m)時，放射一字形焊(連)接的接地電阻變化趨勢見表2。

表2　一字形接地裝置的接地電阻變化驗證表

依據上表，畫出一字形接地裝置接地電阻變化趨勢圖(見圖6)。從圖6可以看出，隨接地極數n的增加，接地電阻呈下降趨勢；但在n>4后，變化趨于平緩，再增加接地極數量，下降效果不明顯。因此，當n為5或6時(根據土壤的電阻率確定)，放射一字形焊(連)接接地電阻符合要求，此法簡單易行，開挖面積小，且不失美觀。

圖6　環形接地裝置接地電阻變化趨勢圖

2.2.3環形接地極的施工要點

1)水平接地體根據樓梯口位置距墻面10～30 cm打入5～6條垂直接地棒，接地極部分打入深度L=1.8～2.2 m(最佳為2 m)、直徑為18～20 mm(最佳為19 mm)的接地極。

2)垂直接地棒用圓鋼現場焊接完成，形成一個整體水平接地網，保證接地體規整、無尖端。

3)接地極與整體水平接地網接地體應焊接，焊接應采用搭接焊接。圓鋼的搭接的長度應為其直徑的6倍，并應雙面焊接，扁鋼的搭接長度應為其寬度的2倍，并應四面焊接；焊口質量應符合要求，不應有虛焊、假焊現象，如該連接處不宜焊接，可用螺栓聯接，但應采取可靠的防銹措施。

4)接地引下線與居民樓宇表箱應采用鍍鋅螺栓聯接，應接觸良好，以便于打開測量接地電阻。

5)凡外露的接地引下線及接地網都應套上PVC管或做好其他防觸電措施。

3效益分析

3.1配電網架空線路桿塔接地裝置的優化改進

采取單條標準長度垂直接地極圍繞桿塔環形敷設裝置，其優點是施工簡單、占地少、成本低、減少征地、保護耕種、簡單易行和經濟有效。

采用常規水平開挖焊接敷設的接地裝置，每基桿塔接地網費用為2 650元(含設計、材料、人工和青苗等)；如采用本方案，每基桿塔接地網費用只需1 130元，節省1 520元。佛山地區每年新建或改造桿塔接地網約3 500組，1年可節約2 800組×1 520元/組=425.6(萬元)，推廣至廣東省乃至全國，每年可節省費用上億元。

3.2樓宇表箱接地裝置的優化改進

采取單條標準長度垂直接地極用放射一字形焊(聯)接進行敷設接地，其優點是敷設簡單、成本低、美觀和最大限度減小開挖面積。

采用常規水平開挖焊接敷設的接地裝置，每組樓宇表箱的接地網費用為2 830元，而本方案只需960元，節省了1 870元。佛山地區每年新建或改造的樓宇表箱接地網達2 300組，1年可節約1 800組×1 870元/組=336.61(萬元)，如推廣至廣東省乃至全國，每年可節省費用上億元。

綜上所述，本文的優化方案可用較低成本解決現有配電網接地電阻的問題，具有很大的經濟效益和社會效益。

4結語

采用配電網架空線路桿塔接地采取單條標準長度垂直接地極圍繞桿塔進行環形焊接敷設接地及樓宇表箱接地采取單條標準長度垂直接地極用放射一字形焊(聯)接進行敷設接地2種接地方案，具有施工簡單、占地少、成本低、減少征地、保護耕種及經濟有效等優點，可用較低的成本解決現有配電網接地電阻存在的問題，無論從可靠性、安全性，還是從經濟性、操作性方面都不失為一種值得大力推廣應用的配電網接地的新方法。

但是，地區不同，土壤的電阻率也不盡相同，所以無論采用何種形式的接地裝置，在該接地裝置施工完畢后應經過測量，確保其接地電阻值滿足系統要求后才能投入運行，才能確保配電線路和設備安全穩定運行以及保證人身安全。

參考文獻

[1] 薛濤,賈輝然,張玥,等. 火電廠接地系統的設計與分析[J]. 河北工業科技,2014(2):143-147.

[2] 林明嘉. 鐵路區間四電綜合場坪防雷接地系統集約化設計實踐[J]. 鐵道標準設計,2014(11):135-139.

[3] 徐鎮. 變電站接地系統應用研究[D]. 北京:華北電力大學,2014.

責任編輯彭光宇

The Improvement and Practice in Two Different Optimization Grounding Devices of Power Distribution System

LIU Shisheng

(Guangdong Power Grid Corporation， Power Supply Bureau of Foshan Sanshui， Foshan 528100， China)

Abstract：Regardless whether using what form of grounding installations in the distribution system, the grounding resistance must meet the system requirements for the grounding resistance, which can ensure safe and stable operation as well as an important measure to ensure personal safety. For current conventional grounding problems in the power distribution system, optimize two different grounding improvements, and propose targeted “10 kV distribution network overhead line tower grounding”and “Building meter Box ground” which have the typical practice solutions. The results show that all the reliability, security, economy, and workability can be regarded as a worthwhile vigorously promoting the use of the distribution network lines and equipment grounding adapt new methods. The research can effectively reduce the grounding resistance value, and it is the more easy to achieve system grounding resistance requirement.

Key words:distribution system， grounding device， optimization and improvement， practice

收稿日期：2015-08-21

作者簡介：劉石生(1972-)，男，工程碩士，高級工程師，高級技師，主要從事配網的運行、管理和規劃等方面的研究。

中圖分類號：TM 732

文獻標志碼:A