基于CDEGS降低變電站接地電阻的方法

權學政

（西藏農牧學院，西藏 林芝 860000）

0 引言

變電站接地網接地是維護電力系統安全可靠運行、保障人員和設備安全的根本保證和重要措施。接地電阻與電學中導體電阻的物理概念是完全不同的。導體電阻指的是導體自身的有效電阻，而接地電阻主要是指接地電極周圍土壤的電阻。變電站接地網的接地電阻值是變電站接地系統的重要技術指標，是衡量接地系統有效性、安全性以及鑒定該系統是否符合要求的重要參數。由于接地裝置周圍土壤電阻率的高低在很大程度上決定了接地電阻的大小，建在高土壤電阻率地區的變電站接地電阻一般很難滿足要求。通過收集資料了解到降低接地電阻的方法有擴大接地網尺寸及增加接地網埋深、加設垂直接地極、局部換土、深井接地、接地降阻劑和離子接地極等。該文利用接地軟件CDEGS，模擬了接地網埋設位置、接地網網格間距、接地網的尺寸和增設垂直接地極及垂直接地極位置和深度等對接地電阻的影響。

1 CDEGS簡介

CDEGS是由加拿大SES公司出品。CDEGS軟件包有RESAP、MALT、MALZ、SPLITS、TRALIN、HIFREQ、FCDIST、FFTSES共8個功能模塊。該軟件可用于研究接地、電磁場、交直流電磁兼容以及陰極保護等。

2 土壤電阻率的仿真

土壤電阻率的測量有幾種不同的方法，其中常用的測量方法是Wenner四極法，測量接線圖如圖1所示。

圖1 Wenner法測量土壤電阻率接線圖

視在土壤電阻率（ρ）計算公式為

其中：

R—測量電阻，Ω；

a—相鄰電極間距，m；

b—電極深度，m。

用Wenner四極法對土壤電阻率進行測量，改變極間距a以及電極埋深b，土壤電阻率的測量數據見表1。

表1 視在電阻率測量數據

利用CDEGS軟件中的RESAP程序可得到土壤電阻率分層情況，見表2。土壤電阻率模型，如圖2所示。

圖2 土壤電阻率模型

表2 土壤模型數據

3 不同降阻措施的比較

假設一個水平接地網面積為100 m×100 m，網格間距10 m，水平接地網等值半徑為0.02 m，接地網埋深0.8 m。

圖3 接地網埋深對接地電阻的影響

3.1 接地網的埋深對接地電阻的影響

由表3和圖3可見，埋深深度越深接地電阻越小，但增加接地網的埋深深度對減小接地電阻的作用并不是很大，且接地網的埋深達到一定時，接地電阻減小的很慢。所以一般的接地網埋0.6 m～0.8 m就可以了。

表3 接地網埋深對接地電阻的影響

圖4 接地網網格壓縮比對接地電阻的影響

3.2 接地網的網格壓縮比對接地電阻的影響

由表4和圖4 可知，從均勻網格（壓縮比為1）到壓縮比為0.6時，接地電阻是減小的，但從壓縮比為0.6減到壓縮比為0.4時，接地電阻反而增大了，這說明壓縮比不是越小越好，有一個最優的壓縮比，從上面結論可知，壓縮比為0.6的效果是最好的。

表4 壓縮比對接地電阻的影響

3.3 接地網的尺寸對接地電阻的影響

由表5可得，增大接地網的面積對降低接地電阻是非常有效的。從圖5可以看出增加接地網尺寸對接地電阻是以指數形式降低的。

表5 接地網尺寸對接地電阻的影響

3.4 垂直接地極對接地電阻的影響

設水平接地網面積為200 m×200 m，網格間距10 m，水平接地網等值半徑為0.02 m，接地網埋深0.8 m。未設垂直接地極時未敷設垂直接地極時水平接地網的接地電阻為6.3454 Ω。

3.4.1 垂直接地極位置對接地電阻的影響

其中垂直接地極長度為50 m，等值半徑為0.04 m。不同位置敷設垂直接地極后接地網的接地電阻R及垂直接地極的降阻率δ見表6。

表6 垂直接地極敷設在不同位置的降阻效果

表6中的降阻率δ按下式進行計算：

由圖6和表6可看出，距離接地網中心點由近及遠的順序為1→2→4→3→5，而降阻率由高到低的順序為5→3→4→2→1。因此，應將垂直接地極敷設在水平接地網的邊緣，使其與水平接地網接地導體的屏蔽作用最小。

3.4.2 垂直接地極長度對接地電阻的影響

選取垂直接地極的位置在位置5，其中垂直接地極的等值半徑為0.04 m，當垂直接地極的長度從10 m→30 m→50 m→70 m→90 m變化時，接地網的接地電阻R隨垂直接地極長度的變化如圖7所示。

從圖7中可以看出，接地電阻隨接地極長度的增加而降低，但在增加長度的同時也要考慮經濟性。

圖5 接地網尺寸對接地電阻的影響

圖6 垂直接地極在水平接地網上的位置

圖7 接地極長度對接地電阻的影響

4 結論

通過上述比較不同接地網對接地電阻的影響，得出了以下結論：1）在高土壤電阻率地區增加接地網的尺寸是最有效降低接地電阻值的措施。2）若地中有低土壤電阻率層，垂直接地極增設的越長，降低接地電阻的效果就越好。3）表層土壤電阻率比深層土壤電阻率小時，應在接地網的邊緣區域放置較多的導體。4）裝設垂直接地極可降低接地電阻， 而且應盡可能均勻分布在接地網邊角，適當拉開距離，以減小垂直接地極之間的屏蔽作用。5）在多層土壤結構中，垂直接地極的降阻效果會隨著土壤結構的變化有不同的影響。在上層土壤電阻率比下層低的土壤結構中，垂直接地極應采用“多根淺鉆”的敷設方式；對于上層土壤電阻率比下層高的土壤結構，垂直接地體應采用“少根深鉆”的敷設方式能取得明顯的降阻效果。