山區變電站接地設計

汪淑芬

（黃山開創電力勘察設計院，安徽黃山 245000）

主接地網作為變電站交直流設備接地及防雷保護接地，對系統的安全運行起著重要的作用，因此在工程設計過程中主接地網的設計舉足輕重。目前各電壓等級的變電站在設計時，都嚴格貫徹“節地”思想，總平布置都相當緊湊。對于電壓等級較低的小型變電站，緊湊布置給變電站主地網的設計和施工帶來一定的難度。特別在山區，土壤電阻率較高的情況較為普遍，降低接地電阻勢在必行。本文以農村35 k V變電站為例進行分析。

1 山區電網35 kV變電站降阻方式分析

根據GB／T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設計規范》規定：不接地、諧振接地和高電阻接地系統中發電廠和變電所電氣裝置保護接地的接地電阻應符合下列要求：R≤120／I，且不應大于4Ω。”目前，一般35 k V農村變電站主變配置為2臺，35 k V設備及10 k V無功補償裝置采用戶外布置方式。10 k V開關柜及二次控制室多采用單層建筑，根據規模及布置不同，變電站通常面積不大于1 500 m2，周長不大于165 m。常規設計的接地網均采用以水平接地極為主、垂直接地極為輔的復合接地網形式，當土壤電阻率超過310Ω·m時，接地電阻將超過4Ω，不能滿足國家規范的接地要求。

在山區，土壤電阻率較高的情況時有出現。對此，在設計中就需要采取有效的降阻措施。一般可采用的降阻方法有：外引、深井接地、降阻劑、換土、爆破、接地模塊等常用類型。針對這幾種接地方式進行簡單分析。

1.1 敷設外引接地

敷設外引接地方式的前提是變電所附近有較低電阻率的大片地塊，可供敷設外引接地極，使變電所接地網的接地電阻符合規程規定。若該地塊距離變電站較遠，則長距離外引接地極的降阻效果大打折扣，需要滿足要求的外引接地裝置長度則會很長、面積延伸也會很大，必然會大大增加變電站征地、接地網的施工以及今后運行維護等的成本。因此，對于土壤電阻率較高的山區很難廣泛應用。

1.2 深井接地

在山區，通常地表是多年沉積土，更深層往往是巖石風化層或者巖層，土壤電阻率一般都較高，即使山區積土層較厚，由于地下較深處地層分布土質與地表亦相差不大，土壤電阻率并未比地表處小多少，因此深井接地意義不大，另外對于接地網后期的維護也增加難度。因此，井式或者深鉆式接地在山區通常也難以采用。

1.3 化學系降阻劑

化學系降阻劑由于穩定性、長效性較差，并且對土壤腐蝕性較強，近年來已被限制或禁止使用。而單純的物理降阻劑主要通過降低接地體與土壤的接觸電阻，從而降低接地電阻。變電站接地網面積是一定的，由于均壓帶和垂直接地極的存在，屏蔽作用較大，而可降低的接觸電阻也是有限的，即使增加再多的降阻劑，也無法使電阻降得更低，因此在實際應用中也受到限制。

1.4 換土方式

對變電站站址整體地塊土壤電阻率均很高的情況，由于接地網面積較大，需要挖方和填方以及運輸的工程量將增加，造價也會提高，同時回填土夯實系數要達到工程需要值也將有很大的難度，而且對置換的土質要求較高，因此換土在整體變電站接地處理中很少使用，更多的是應用于輸電線路桿塔的降阻處理。

1.5 爆破接地技術

爆破接地技術是近年發展起來的降低接地電阻的新技術，通過爆破制裂，再用壓力機將低電阻率材料壓入爆破裂隙中，加強接地電極與土壤、巖石的接觸，從而起到改善較大范圍的土壤導電性能的目的。但其主要針對于巖層站址，對于小型化的農村變電站，由于占地面積小，選址相對靈活方便，一般站址不會選擇在大面積巖層的地方［1］，因此爆破接地介紹不適合農村變電站降阻。

1.6 接地降阻模塊

接地降阻模塊的原理為：采用防腐金屬電極，外包裹著物理化學性質穩定的低電阻導電材料，同時配套使用專用增效劑降低模塊附近土壤電阻率，從而有效降低接地網的接地電阻。與普通金屬接地體相比，接地模塊擁有低電阻和低接觸電阻的明顯優勢［2］。但是，接地降阻模塊也有著明顯的局限性，在面積一定的情況下，接地材料的屏蔽系數會隨著距離的減小逐漸增大，其利用率會越來越?。划斀拥夭牧现g的距離小到一定程度時，接地材料的增加對整個地網的接地電阻的貢獻趨近于零。一般要求接地體之間的間隔不小于5 m。這樣對于面積較小、土壤電阻率較高的山區變電站來說，即使裝設了接地模塊，仍然無法達到接地電阻的要求值，甚至仍需外延接地網面積，無疑增加了征地費用等。因此，此種方法對占地面積很小的變電站也有使用限制。

通過上述分析可知，單一的降阻方法都有明顯的局限性，對于山區小型變電站的接地設計，需要結合多種方式綜合考慮和布置，從而使接地電阻降低到要求值。

2 35 kV山區變電站接地網設計實例

某35 k V變電站，主變規模為2×10 000 k VA，4回35 k V出線，10 k V無功補償2×1 800 kvar，戶外布置；10 k V設備采用戶內中置柜布置。變電站總面積為1 460.15 m2，周長為163 m。受地形影響，總平布置為缺口矩形，采用四極法測量土壤電阻率約為682Ω·m，按最低要求5 m網格布置常規復合地網（如圖1所示）。

圖1 某35 k V變電站接地網布置圖

首先考慮采用接地降阻模塊，經過初步計算得到，需設置約27塊，考慮到接地材料的屏蔽效應，設置接地體之間的間隔為5 m。因變電站內部布局緊湊緊湊，接地網的敷設應避開設備基礎、電纜管道、給排水管網等，本站合理布置27塊接地模塊比較困難。因此，決定采用離子接地降阻系統，通過深井鉆孔方式達到降阻的目的?？紤]現場實際情況，采用9 m深離子接地降阻系統均布在接地網外緣，每套降阻系統采用一根6 m長95 mm2銅包鋼絞線配合使用一套3 m長的離子接地極，深井口徑φ150 mm，深井中灌注低電阻率材料。經計算，每套離子接地極并聯后的深井接地電阻為25.5Ω，則6組深井接地系統與水平地網并聯后的綜合電阻為：

式中 η——深井電極相互屏蔽的利用系數，取0.8。

變電站在實際施工過程中，通過布置6組9 m深離子接地降阻系統，降阻效果明顯，接地電阻降到4Ω以下，滿足接地要求。

3 結語

對于山區農村電網35 k V變電站，當土壤電阻率較高時，在主接地網設計時應根據測得的土壤電阻率，并結合現場實際情況，本著安全性、經濟性、適用性、施工便捷性的宗旨，綜合考慮來選取合適的降阻方式，以滿足接地要求。

［1］ 安建強，何金良，孟慶波.爆破接地技術在地網改造中的應用［J］.電力建設，2000（4）：17.

AN Jian-qiang，HE Jin-liang，MENG Qing-bo.Applicatiou of explosive grounding technique in reformation of grounding networks［J］.Electric Power Construction，2000（4）：17.

［2］ 陸德琳.接地模塊在降低變電站接地電阻中的應用［J］.電氣技術，2012（1）：107.

［3］ 水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊 電氣一次部分［M］.北京：中國電力出版社，1989.