淺談關于變電站接地網的電氣設計

陳麗招

摘要：衡量變電站接地網性能的電氣參數包括接地電阻、接觸電壓、跨步電壓、接地電位和地表電位等。在對變電站接地網進行設計時，要充分考慮系統運行方式、電氣設備具體情況以及地質情況等，充分吸取原有設計經驗，采用合理的手段。

關鍵詞：變電站;接地網;電氣設計

1.變電站接地網存在的問題

1.1接地電阻過大

接地電阻過大會導致接地電極流過故障電流或雷電流時引起接地網電壓升高，對工作人員的人身安全和站內運行設備造成極大威脅。接地電阻主要與土壤電阻率有關，因為土壤電阻率直接關系到土壤的導電性能。土壤電阻率受土壤質地、水分含量、溫度等因素的影響，而土壤中的水分含量和溫度會則會隨著季節的變化而產生變化。土壤電阻率隨溫度的升高而升高，當土壤含水量達到飽和時，電阻率與水分含量成正比，當土壤含水量未達到飽和時，電阻率與水分含量成反比。因此，當夏季雨水充足，接地網阻值處于標準范圍之內，而到了干燥的冬季時，接地網電阻率可能變大而不符合要求。

1.2接地材料腐蝕

接地網直接敷設在土壤中，土壤中的氧氣、微生物以及雜散電流等因素均會對接地電極產生侵蝕作用，造成接地導體截面積減小，引發事故的產生。土壤腐蝕主要是均勻腐蝕（微電池）和局部腐蝕（宏電池）共同產生。微電池是接地導體組成或接地網結構不均勻引起的一種普遍存在的腐蝕形式。宏電池是由于埋于土壤之中的接地極存在不同部位氧有效性不同而引起的一種腐蝕方式，其腐蝕速度主要受土壤氧氣含量和電阻率影響，解決土壤腐蝕的關鍵就在于研究宏電池。雜散電流主要來源于地下電纜漏電、外加電流陰極保護裝置和其他直流電接地裝置。因此越靠近供電系統，雜散電流腐蝕越嚴重。

1.3接地網的運行維護問題

系統中的電氣設備都有一定的維修周期，通過定期的檢測判定設備的運行狀況，提前做好相應的維修和補救措施，避免事故的發生。但變電站接地網敷設于土壤之中，檢查起來較為麻煩，存在的檢測也只是對工頻接地電阻進行檢測，在多數情況下無法判定接地裝置的故障狀態，只有在事故發生時才會引起人們的注意。

2.變電站接地網的電氣設計要點

2.1確定土壤電阻率

土壤電阻率對接地網性能具有決定性作用，受土質類型、自然環境等因素的影響，正因如此，在規劃設計接地網時，必須通過測量掌握變電站所處土壤的電阻率。當變電站選址確定后，需通過物探法等方法對地質結構開展勘探，收集土壤電阻率的水平和垂直變化情況，同時采用電探法勘探土壤電阻率的分布情況。對勘探得到的土壤電阻率數據，要考慮季節氣候等因素，對其進行分析處理等一系列過程，最終確定土壤的電阻率。除此之外，還應掌握土質中諸如地下的腐蝕性金屬、化學物質等非自然因素，并對金屬腐蝕、化學物質污染等因素對土壤電阻率造成的長期影響進行評估，為確定接地網布置材料、布置方法等過程提供依據。

2.2計算接地短路電流

接地短路電流是指系統發生短路故障時，在接地網中流過的接地短路故障泄流電流。當系統發生短路產生短路電流時，一部分電流通過接地網流向大地稱為流通電流，流通電流流經的回路稱為流通回路，其余電流則通過接地網流向系統中性點。由此可見當接地短路電流通過接地網流散時，不但升高了接地點的電位、接地電勢、跨步電壓，還會出現電勢轉移、系統環流等影響，這對接地導體的選擇產生影響。

2.3接地極的選擇

（1）熱穩定性。一般情況下，變電站故障入地電流可以達到10kA，當如此大的電流經接地網流散至大地時會產生很高的熱量，由于繼電保護整定時間大致為零點幾秒，接地極需要將短時間內產生的高熱量散入周圍土壤中，同時也會使接地極溫度大幅升高。如果導體溫度上升到一定數值而且無法及時降溫的話，接地極的機械強度會受到影響，尤其是在接地極的連接點等接地網薄弱環節處，長時間的散熱過程會使接地網整體結構遭到破壞;如果故障電流過大使溫度上升到導體熔點時，會使接地極融化，造成接地網整體結構的不可逆破壞。這些情況均會使接地網喪失優良性能，使系統發生事故的幾率大幅提升，嚴重影響系統運行的經濟性。由此可見在設計接地網時，需要考慮接地極的熱穩定性，允許工作溫度和熔點越高的導體，其熱穩定性能就越好。

（2）導電性。由于系統發生接地故障時，接地點與地表之間的電阻存在差異，使得接地網各點電位不同，加之變電站占地面積的減小以及土質結構不佳，導體的導電性能變得更差，因此在接地網設計中要考慮導體的導電性，提升接地網性能。

（3）土壤的腐蝕性。由于電化學腐蝕的作用，土壤中的接地網會受到腐蝕破壞其結構，隨著時間的積累接地網與土壤的接觸面積會逐漸減小，進而破壞接地網熱穩定性與泄流能力，嚴重時會導致接地網產生斷裂，引起電力事故。因此地埋導體的抗腐蝕性是一項重要指標。

（4）成本分析。在變電站接地網設計時，應充分考慮上述因素，同時結合電網運行方式以及變電站投入成本預期，合理安全接地網的布置方式。

2.4接地網布置方式的選擇

由于等間距布置接地網外緣只與土壤接觸，導體之間流散電流失衡，導致接地網外緣產生的接觸電壓及跨步電壓產生較大的差異，這一差異會隨著變電站接地網面積的增加與網孔數的增加而變大。為了解決這一問題，同時兼顧接地網建設成本，需要采用不等間距布置接地網。該方法具有很好的均壓能力和良好的經濟性，被廣泛應用在變電站接地網設計中。另外當土壤垂直方向電阻率差異較大或者在冰凍、干燥的土壤中敷設接地網時，可以將垂直接地體與水平接地網連接一并敷設。這樣可以充分減小接地網接地電阻，并克服由于天氣原因導致的接地網性能下降。

結語

總之，在變電站的設計中，應采取降低接地電阻、降低接觸電勢、保護接地電阻等有效措施，以確保變電站的安全運行。

參考文獻

[1]鄭佳.變電站電氣一次主接地網施工技術要點思路構建[J].電子樂園，2019（12）：0203-0203.

[2]黃一凡，周宏威，盧延飛等.高緯度寒區變電站接地網設計優化研究[J].電氣應用，2018，v.37;No.488（14）：15-19.