變電站接地網與降阻措施

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1 接地網結構

變電站接地網是以水平接地網為主,垂直接地極為輔組成的復合接地網。對于戶內變電站,在建筑物屋頂設避雷帶,通過接地引下線與主地可靠連接;配電裝置樓各層敷設輔助接地網,各層輔助接地網通過建筑物砼柱內接地引下線與主地網可靠連接;開關場需敷設專用銅排,保護室需敷設等電位地網,需直接可靠連接至主接地網。

2 接地方式與接地電阻

在二十世紀70年代以前,常采用“獨立接地”形式,即將防雷接地,電源接地(保護接地),信號接地(工作接地)三個系統從接地線到接地裝置都互不相連,故又稱“三地”方式,這種方式雖可避免工頻電源對信號系統的干擾,但往往發生因防雷接地與電源設備接地互不相連而造成的反擊,致使設備損壞事故。70年代后的工程技術人員開始將防雷接地與電源系統的接地采用共用接地裝置,而對電子設備仍然獨立接地,這就是所謂的“西地”方式,在正常情況下電子設備能穩定地工作,但雷電造成其損壞的情況常有發生,于是“共用接地”技術受到人們高度重視,被逐步采用。直至2000年正式列為國家防雷標準《建筑物防雷設計規范》中的一條:“防直擊雷接地宜和防雷電感應、電器設備、信息系統等接地共用同一接地裝置”(GB50057—94中第3．3．4條),變電站也采用“三地合一”的接地方式。正確設計的變電站接地網,應當使電氣和電子系統的所有部分,在任何時候都能通過所提供的低阻抗途徑,均衡整個系統的能量并排泄入地,使其保持在同一電位上。接地系統的關鍵是地下的接地裝置,這經常成為建立有效接地系統得最大困難。要提供最小而又能長期保持的低阻抗對地泄流,應考慮土壤條件、接地裝置與土壤的接觸面及接地裝置的壽命等因素。接地電阻由三部分組成:接地線與接地極的自身電阻,這部分電阻一般只在總接地電阻的1%－2%。接地極與土壤間的接觸電阻,它的大小與接地極的形狀,與土壤接觸的松緊程度直接有關,其值可占總接地電阻的20%－60%不等。電流經接地極流入土壤后的流散電阻,它的大小與接地極的形狀、幾何尺寸及土壤電阻率P0有關。即:R＝P0·f,其中f為接地極的形狀因子。

3 降阻措施

設計時應該根據現場實測出變電站所在地土壤率,按照具體的接地形狀、材料,通過CDEGS仿真計算出接地電阻,等到實際施工完成后,再經過現場實測接地電阻值,達到相關標準允許值才行。但是往往由于各種原因,現場實際接地電阻很難達到要求,這就需要采取一些降阻措施,具體分析如下。

3．1 采用接地降阻劑 降阻劑的作用是一種化學處理的方法,它是在接地體周圍加入離子生成物質,以改善土壤的導電性能,這種物質的作用是增大接地體的有效半徑,從而增大接地體的流散面積,使接地電阻降低,使用降阻劑還可減小接觸電阻。接地降阻劑的材料可分為鹽類(有機鹽與無機鹽)和凝膠兩種,鹽類(如氯化鈉、硫酸銅等)可融解于水,能因降雨和地下水的沖洗而流失,目前已很少采用。當前使用比較多的是凝膠類降阻劑。它們有:丙稀酰胺凝膠,硅酸鹽凝膠,亞鐵氰化銅凝膠和石墨與水的混合物等。接地裝置充填入降阻劑后,降阻劑的作用實質式增大接地體的有效直徑,從而增大了接地裝置對沖擊電流的散流能力,降低了散流阻抗,理論上一般只可使接地電阻降低30%－60%,達到降低接地電阻的作用。但是由于使用化學材料,腐蝕性大,地網壽命在5年以內,成本高,近來禁止使用降阻劑的呼聲越來越高。

3．2 擴大接地網面積 假設一個110k V變電站,所在位置的土壤電阻率ρ＝1000Ω·m,設計接地電阻R＝0．5Ω,則需接地面積S:根據接地網接地電阻公式,可計算出S＝1000m×1000m,即L1＝L2＝1000m。擴大接地網面積這種方式能夠有效降低接地電阻,但是如果變電站原有占地面積比較小,需要另外征地設置接地網,實際可操作性低、成本高。

3．3 增加地網的埋設深度 變電站均壓接地網一般敷設在凍土層以下(－0．8m左右),可以繼續挖深1－3m,根據電阻公式可知,此方法可略微降低電阻,但效果不明顯。

3．4 利用自然接地體 變電站均壓接地網與控制室建筑基礎地網相連,屬站內地網,只能在內部增加泄流路徑及速度,對整個電站的接地電阻降低基本沒有效果。

3．5 打深井或深孔爆破法 此方法相當于增長垂直接地極,等于加大了接地網的半徑及面積,有一定效果,但不一定達到接地電阻設計值,另外深孔爆破法的效果與地質結構有關,成本較高。

3．6 使用新型電解地極降阻 根據第2點分析,擴大水平接地面積會遇到征地及成本等問題,那么輔助打多口深井,即將接地網等效于一個半球接地體,見圖。

依然假設,變電站土壤電阻率ρ＝1000Ω·m,設計接地電阻值R＝0．5Ω,需將半球接地體的半徑r擴至,則應打很多個超300m深的井,這樣做成本很高,也不是理想的解決辦法。如果采用向土壤施放電解質,就能將大于接地半球r的土壤電阻率降下來,接地電阻值R就可以降下來。

4 結束語

接地網是人身安全和設備安全穩定運行的有力保障,研究接地降阻技術并將其應用于實際工程中具有重要意義。變電站接地網電阻會受到變電站占地面積、土壤電阻率、施工工藝等條件的影響,應依據工程實際情況對接地網進行設計,應選擇效果好、經濟、合理、安全、可靠、環保的降阻措施,因地制宜,綜合治理已達到降低接地電阻。