預裝式變電站接地系統設計研究

王琨

摘要： 變電站接地用于保證設備的安全運行和運維人員的人身安全。基于近年來預裝變電站的快速發展與廣泛應用，本文對其接地設計進行詳細闡述，并結合工程實例從成本和施工工期兩方面進行分析，同時與常規變電站做對比。

Abstract： Substation grounding is used to ensure the safe operation of equipment and the safety of operation and maintenance personnel. Based on the rapid development and extensive application of pre-assembled substations in recent years， this paper elaborates the grounding design of the substation， and analyzes the cost and construction duration of engineering examples， at the same time， compared it with conventional substations.

關鍵詞： 接地；預裝站；成本；工期

Key words： grounding；pre-assembled substation；cost；construction period

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）03-0112-04

0 引言

變電站接地關鍵是為了保證電力網或電氣設備的正常運行和工作人員的人身安全[1]。按其作用分類，主要有工作接地、保護接地、防雷接地等[2]。工作接地，目的在于保證電氣設備在正常或發生故障的情況下能可靠工作，一般通過電氣設備的中性點來實現。保護接地，用于保證工作人員的人身安全，通常將一切正常工作時不帶電而在絕緣損壞時可能帶電的金屬部分接地。防雷接地，主要用于防止雷擊和過電壓對電氣設備及人身造成傷害，變電站的避雷針、避雷線和避雷器均需接地[3]。

近年來，預裝變電站由于其成套性強、占地面積小、建設周期短和安裝方便等特點，發展迅速，被廣泛應用于城市、沿海、山地、災后重建等變電站建設[4-6]。采用預裝變電站建設方案，設備集成安裝和調試工作在工廠內完成，現場無主控樓和配電裝置樓，因而其接地設計大大簡化。本文首先介紹了常規變電站的接地設計，在此基礎上針對預裝變電站的接地設計進行了詳細闡述，并結合工程實例從成本和工期兩方面做進一步的探討。相比常規變電站，預裝變電站的接地施工周期更短、造價更低。

1 常規變電站接地

1.1 常規站接地設計

變電站接地網可充分利用埋入地中的自然接地極，除此之外敷設以水平接地極為主的人工接地網。

1.1.1 主接地網

接地網內等間距或不等間距敷設水平均壓帶，埋設深度不小于0.8m。接地網外緣閉合，外緣各角做成圓弧形，圓弧半徑一般不小于均壓帶間距的1/2。邊緣經常有人出入的走道處，鋪設瀝青路面、鵝卵石或在地下裝設2條與接地網相連的均壓帶。

1.1.2 電氣接地

工作接地。電力變壓器主要通過以下四種方式接地：中性點不接地、經消弧線圈接地、中性點直接接地和經小電阻接地。具體接地方式根據電壓等級來確定，110kV電力網大部分采用直接接地方式，小部分采用消弧線圈接地方式。

保護接地。110kV及以上鋼筋混凝土構件支座上電氣裝置的金屬外殼均接地，接地引下線就近連接至主接地網。防火墻及架構爬梯、事故油池爬梯、設備圍欄、柵欄門鉸鏈均通過扁鋼接地。屋內電纜溝接地通過溝內敷設扁鋼與屋外接地網連接。

防雷接地。避雷器、架構避雷針（含懸掛避雷線的架構）的接地引下線均與主接地網連接，連接處設置集中接地裝置。主控制室、配電裝置室上裝設直擊雷保護裝置，若為金屬屋頂或屋頂上有金屬結構時，將金屬部分接地；屋頂為鋼筋混凝土結構時，將其焊接成網接地；結構為非導電的屋頂時，采用避雷帶保護。該避雷帶的網格為8-10m，每隔10-20m設接地引下線，引下線與主接地網連接，連接處加設集中接地裝置。

1.1.3 接地材料

人工接地極，水平敷設時采用熱鍍鋅圓鋼或熱鍍鋅扁鋼；垂直敷設時采用熱鍍鋅鋼管或熱鍍鋅角鋼。在腐蝕較嚴重的地區采用銅或銅覆鋼材料，水平敷設的人工接地極可采用圓鋼、扁銅、銅絞線、銅覆鋼絞線、銅覆圓鋼或銅覆扁鋼，垂直敷設的人工接地極可采用圓銅或銅覆圓鋼等。

1.2 常規站接地施工

常規變電站接地網施工流程如圖1所示。

接地溝開挖。按照各變電站的地質情況決定接地網的實際埋設深度，通常不宜小于0.8m，穿道路時可為1m。按場地分區域并充分利用全站土建開挖，避免重復工作。溝壁放坡處理，底部石塊及時清除。開挖接地溝時，避開地下管道及電纜等設施和其他障礙物，保證不改變接地形式及長度。

垂直接地體用于提高散流效果，擴大接地網面積，減少接地電阻，其埋入深度、間距須滿足設計要求。安裝時采用人力錘擊方式，如遇強風化石采用機械成孔安裝。為避免垂直接地體施工時頂部敲擊部位的損傷，在垂直接地體頂部進行保護。接地體安裝結束后，頂部敲擊部位進行防腐處理。

水平接地網干線距建筑基礎不小于1.5m。接地體的焊接采用搭接焊，扁鋼搭接長度為其寬度的2倍，圓鋼為其直徑的6倍；扁鋼與鋼管焊接，除接觸部位兩側焊接外，并由扁鋼本身彎成弧形（直角形）與鋼管焊接。

變壓器、避雷器、電壓互感器、電流互感器、斷路器支架均雙接地，且以單獨的接地體與接地網連接，不得串接在一根引下線上。明敷地線涂15-100mm寬度相等的黃綠相間條紋。在接地導線引進建筑物入口處設置標志，同時采取防止發生機械損傷和化學腐蝕的措施，方便檢查。endprint

2 預裝變電站接地

2.1 預裝站接地設計

預裝變電站，具有“標準化設計、工廠化加工、裝配式建設”等特點，是未來變電站建設的發展趨勢。與常規變電站相比，其建設周期縮短50%，可節省50-80%占地面積。預裝站主接地網設計同常規變電站，其電氣接地設計如下：

2.1.1 艙體接地

預制艙在設計時底架外部焊接4個接地點，通過接地螺栓連接的鍍鋅扁鋼接至大地深處，與主接地網焊接。

2.1.2 艙內設備接地

工作接地：主變壓器通過中性點直接接地。

保護接地：在預制艙墻體內離活動地板250mm高處暗敷艙內接地干線，接地干線上設置若干臨時接地端子，艙內接地干線與艙外主地網采用多點連接，通常不少于4處，連接點處設置明顯的二次接地標識。預制艙底板上設置槽鋼作為屏柜安裝基礎，槽鋼位于靜電地板下層，沿屏柜布置方向敷設專用接地銅排，將銅排首尾連接，形成閉環回路。銅排搭接長度不小于其寬度的2倍，搭接部位螺栓連接，形成預制艙內二次等電位接地網，并通過銅纜與艙外主接地網一點連接。等電位接地網敷設所用銅排的截面積不小于400mm2，使用500V絕緣子固定在艙體上，保證與艙體絕緣。艙內電氣設備的金屬骨架通過接地端子與艙體直接焊接，焊接點不少于2個。預制艙內有人操作和巡視的地方設絕緣膠墊或者其他絕緣措施，以保證跨步電壓和接觸電勢的要求。

防雷接地：變電站艙體防雷裝置充分利用鋼結構屋頂作為接閃器。避雷針、避雷器采用獨立的接地線接入全站地網。

2.1.3 接地材料

水平接地體采用熱鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用熱鍍鋅角鋼或鋼管。

2.2 預裝站接地施工

主接地網在場地平整時開挖敷設，施工過程、技術要求、工藝以及質量控制和常規變電站相同。敷設時土建與電氣施工單位密切配合，土建施工時按照接地圖紙預留接地引線，引出處露出地面300mm，露出主變基礎面500mm。艙內電氣設備接地和艙體內部接地在預制艙生產過程中同時完成，預制艙運至現場后通過扁鋼與室外接地網相連。所有接地體焊接盡可能保持最大接觸面且焊接牢固，搭接長度不低于扁鋼寬度的2倍，冷卻后至少涂1遍防腐富鋅底漆和1遍瀝青漆。

3 實例分析

以某110kV變電站為例，該項目位于北京市，建設規模為49.7MW，詳細規劃見表1。

若按照常規方式進行建設，以本期建設規模進行規劃，變電站占地尺寸為59m×49m，其平面布置見圖2。采用預裝式方案，按照最終規模進行規劃，變電站占地尺寸僅為59m×23m，占地面積大大減小，其平面布置見圖3。

根據地勘資料，變電站土壤電阻率約為66.7Ω·m。接地電阻值要求不大于0.5Ω，經計算該工程接地電阻為0.67Ω，不滿足要求，因而采取向生活區擴大接地網面積的措施來減小接地電阻。艙體進出口處鋪設瀝青，做人工高絕緣路面，保證滿足跨步電壓和接觸電動勢要求。全部接地裝置施工完成后進行最后測量，接地電阻值小于0.5Ω，滿足要求。

本變電站的接地網布置在本期按照終期規模一次建成。全站接地采用以水平接地體為主的復合接地網。水平接地體采用規格為-60×6的熱鍍鋅扁鋼，成環形網狀布置，埋深0.8m，引出扁鋼與設備底座及艙體可靠焊接，焊接搭接長度不低于扁鋼截面積寬度的2倍。垂直接地極采用Φ60×4，L=2500mm的熱鍍鋅鋼管，按5m間距分布，上端埋深不低于0.8m并與作為水平接地體的扁鋼牢固焊接。預裝站主接地網平面布置見圖4，常規站的主接地網平面布置見圖5。

以下從成本和工期兩方面，對預裝站接地和常規站接地進行對比分析。

3.1 成本分析

成本分析主要針對接地材料用量，常規變電站和預裝變電站詳細對比見表2，表中單價為估算價。

預裝式變電站相對于常規變電站來說，占地面積減少59%。占地面積大大減小，相應地主接地網材料用量也有所降低，由于無主控樓和配電樓，因而無需設置屋頂避雷帶及支持卡，共計節省成本3.18萬。集中接地裝置減少7組用量，成本降低2.1萬，土方開挖成本降低0.37萬。綜上，預裝變電站接地可降低成本約5.65萬。

3.2 施工工期

常規變電站接地施工過程依次為主接地網、戶內接地和設備接地，主控樓框架完成后方可進行戶內接地施工，因而整站接地施工必然受主控樓施工、設備安裝進度的影響。若采用預裝方案，所有設備在工廠內即可完成集成安裝和調試工作，現場主要為主接地網施工，接地施工周期勢必縮短。針對此工程，兩種建設方式的接地施工工期詳見表3，工期縮短約90%，表3所示工期不含設備接地施工。

4 結束語

預裝變電站接地設計要和實際情況相結合，其關鍵是要保證設備安全和人身安全。相比常規變電站，預裝變電站主接地網面積減小，成本降低；無主控樓和配電裝置樓土建施工，艙內設備接地在工廠內完成，接地施工工期相應縮短。在此基礎上可進一步優化設計、保證施工質量，提高接地工程建設的經濟性與運行的可靠性。

參考文獻：

[1]孔祥勇.500kV變電站接地網優化設計模型研究[D].沈陽：東北大學碩士論文，2011.

[2]熊信銀，唐巍.電氣工程概論[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3]侯昌明，黃世立.新型預裝式變電站的探索和應用[J].電氣開關，2013（01）：92-95.

[4]單暉.110kV預裝式變電站在電網中的應用與分析[J].電氣技術，2013（08）：102-104.

[5]孫建龍，魯東海.基于預制艙的配送式智能變電站設計[J]. 江蘇電機工程，2014（05）：43-47.

[6]張春國.預裝式變電站的現狀及應用趨勢[J].電氣時代，2016（12）：70-72.endprint