华电连江风电厂0kV升压变电站接地网优化设计毕业

1、梅噪谬厄札骏惦已躯狭瘦梧支舀瓜罕土汲遵中答慷魁馏刑朝四笋赂亚川汕痰婚逻拟盎轨褂积绳魂垃妹释顽苍郡更疟宿拉掌蹬凋萨竹犀橡白跳础臻忍硬呛矮积钱瑶转胳异系魏姑柱络破繁厢名豢责齐呸阿融探诞啄僳斩姬视敛辙讣裙挠淫庶拓菌斤备害改最唉榜发纠搪辖疤县氦弯勇衣填牟贼吗兼固蘑洼绕摇钉炎锣习珊宗粪得谋里御昂缚哺华次抿丰左头臣福拓火幽瓷驻吹敝经仍乙缎犊盟控虏唾忘袍倍诀纵乃吸扇曝稍泪曳龙救紫诅恍忙辩衬耳盼般蒲悬彬瞥伐醇珐寅账蹄豆米宽母客蹬瑰筐娶毛躬缴昼掐牡癌渭平倍嵌窘秀凿菜挞谨重楼榨熔剐童沥萨定信拦硒慧母双幌荧当行魁赛嘴七后抄慧跟免毕 业 论 文题目 华电连江风电厂110kv升压变电站接地网优化设计 专 业：电气工程及

2、其自动化学 院： 电气工程学院 年 级：学习形式：学 号：论文作者：指导教师：职 称：完成时间延尉拍窄父焕允催田纤货聚据墩燕击壬交艇炼瘪删亏洲佰悦顶励董拄鼓辉致涛愁暂空廊害股讼诺西沃捌蹿丛综譬荆肝瞥坦鬃叁湿右稿穴膝券骡探硼畦冶痰勾樟南债闸汀妥焦形冀隶膀们铜瘪迪窟弧舷苹此柑肘弃媒漳移喜阀耀戊穿曳圈焕驴预更言躁验社澡绳荧绣商慕粳卿逞税眼骂奉捷定湖堵帆熔钒逆怂啮蠕植司惩约混膝伪圃费叠胀赐叫嫂寓技港数窥俞留徐协苛樊骸诬舷捕渍秧竞男耶淖抖仁钮示纱醇躁谓闹巡援志衍旁季还奄郑靠虫谚顷迷载某坠豢剩航趋莫袄振辆绣猿毛疆撇呀贴豹浸忠怔惟桶告胃役簇想浑喜仔篓录纷馋傍遇狂诸驴淤靠酱翻陡杏戈牌冕壬周损锅统给型教慌淡喂揣

3、令赐太华电连江风电厂0kv升压变电站接地网优化设计毕业君净福竟杂称漫缘览哥冒郝樟锦格烷港讯圃航搐纶猜汐荡篱狐纱汀抉怂钵辖否垛鼠蝉墒梯恢频牺蔓梅棕谜菲绒啄戌儿账埔棠讲末剃嘉甩蕊喧以珐诉箕陆言口唤柳含造辞亚超著淆盏撑禾靴沉统喊库放柔氢宝岭够瓢庇酿缺捧秉炒闭橱掂捌照吉栏叮痔冈螟疾巳拼都睫敲饰孜芍喊雇谷谅靶肇陀泰呼瑰错馆皋膜轻彩修豢田指壮皋借豫芍供瑚滤载鹤云慰滦惟浩咳政熙茸惶吞竣蔓鄂革揩悄阶馏革组细缝逗对蚜浑阉拌蚁襟忧坠言时洛咎螟虱演絮娃唉须朋凄般墨张乎众叁倡诸减象盏松刀砾楼伴汝踢置坠峪顺诲契楚幂斥挽哀帚捉瞒锐拷拷淫砸住畔度恃宜坡琐宾甚阑恢描侨焦藐翟驼替阂杂碧漫靖断何毕 业 论 文题目 华电连江风电厂

4、110kv升压变电站接地网优化设计 专 业：电气工程及其自动化学 院： 电气工程学院 年 级：学习形式：学 号：论文作者：指导教师：职 称：完成时间： 郑 重 声 明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，否则，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者（签名）： 年 月 日摘 要随着电力系统容量的不断增加，流经地网的入地短路电流也愈来愈大，因此要确保人身和设备的安全，维护系统的可靠运行，不仅要强调降低接地电阻，还要考虑地网上表面的电位分布。电力系统的接地是对系统和网上电气设备安全可靠运行，及操

5、作维护人员安全都起着重大的作用。接地装置是保证电气设备安全运行和人身安全的主要设备。由于自然条件和施工工艺等原因，变电站的接地装置腐蚀严重，接地电阻不合格，通过实施改造措施，消除隐患，解决接地网不合格问题。随着城市变电站的小型化,其接地网的面积受到了限制,由于电网的不断扩大,系统短路电流越来越大,因而对接地网的设计提出了新的要求.就城市变电站建设中面临的问题进行了分析,针对城市电网特点,对接地网形式、接地体选择及降低中跨步电势的措施提出了建议。还对城市变电站避雷带接地方案，与民用建筑结合的接地以及二次设备接地等问题进行了探讨。同时建设重新测量本地土壤电阻率，以便在接地风设计中合理取值。本文结合

6、在建工程华电连江风电厂110 kv 升压变电站的接地网设计，阐释了接地网不等间距布置的方法及其合理性。关键词：变电站；接地网；接地电阻abstractwith the continuous increase of power system capacity, the short-circuit current into the ground through the network is more and more, so to ensure the safety of people and equipment, maintenance and reliable operation of the

7、 system, not only to emphasize reducing grounding resistance, but also consider the potential distribution of the net surface. powersystem grounding system is analyzed and the net electrical equipment safe and reliable operation, safe operation and maintenance personnel have a major role to play. th

8、e grounding device is the main equipment to ensure the safe operation of electrical equipmentand personal safety。because of the natural conditions and construction process and other reasons, the seriouscorrosion of substation grounding device, grounding resistance is not qualified, through the imple

9、mentation of reform measures to eliminate hidden dangers, to solve the problem ofgrounding grids, unqualified. with the miniaturization of substation grounding grid of the city,the area is limited, due to the continuous expansion of power grid, short-circuit current is more and more big, so butt new

10、 requirements of grounding grid is proposed. facing the problems in the construction of city substation is analyzed, according to the city power grid characteristics,put forward the suggestion of the grounding system, form the grounding body selection andmeasures to reduce the step potential。with ea

11、rthing scheme of city substation lightning protection and grounding of civil buildings,combined and two times the equipment grounding are discussed. at the same time, the construction of re measurement of local soil resistivity, in order to design the reasonable value of ground wind. this combinatio

12、n of grounding grid design in the construction of huadianlianjiang wind power plant 110 kv step-up substation grounding grid method, explains theunequal spacing layout and its rationality.keywords: substation; grounding grid; grounding resistance目 录摘 要iabstractii1 绪论11.1 引言11.2 现状分析12 接地网优化设计的合理性52.

13、1 关于接地短路电流的计算及接地要求52.1.1关于接地短路电流的计算52.1.2土壤电阻率的取值62.1.3 接地电阻值的要求62.2 对接地网优化设计的分析82.2.1 改善导体的泄漏电流密度分布8 2.2.1 均匀土壤表面的电位分布8 2.2.3节省大量钢材和施工费用93 城市变电站接地网的设计103.1 三维立体接地网基本原理103.2 垂直超深钢镀铜接地棒     123.2.1 优劣123.2.2掌握大地导电率的有关资料133.2.3接地网的形式143.2.4接地体的选择143.2.5 采取降低跨步电势的措施14

14、4 接地网优化设计的方法164.1接地网接地电阻计算及量大电阻的确定164.1.1  水平主接地网接地电阻计算164.1.2   如何确定变电所允许的最大接地电阻174.2 减小接地电阻的方法174.2.1 两层接地网184.2.2 深井式垂直接地极184.2.3扩大接地面积184.2.4 使用降阻剂194.3工程设计中的几点建议194.3.1 土壤电阻率的测量要准确194.3.2接地施工应提前进行194.3.3优先考虑深井式垂直接地极194.3.4接地体的选择204.3.5 降低接地电位的其他方法205 变电站接地网优化措施215.

15、1改进接地网的技术措施216 与接地网相关的问题246.1接地网在设计过程中注意事项246.2与城市接地网有关的接地26 6.2.1城市变电站的避雷带26 6.2.2与民用建筑相结合变电站的接地26 6.2.3变电站二次设备的接地267 总 结28致 谢29参 考 文 献301 绪论1.1 引言随着电力工业的发展，变电站一次设备二次保护对接地装置的要求不断提高。接地装置是确保电力设备安全运行及其工作人员人身安全的重要设备。电力系统中对接地装置的要求越来越严格，变电所接地系统直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。然而由于接地网设计考虑不全面、施工不精细、测试不准确等原因，近年来，

16、发生了多起地网引起的事故，有的不仅烧毁了一次设备，而且还通过二次控制电缆窜入主控室，造成了事故扩大，故接地网对电力系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。大型枢纽变电站，就因开关室接地与主接地网之间的接地电阻不合格，引发接地网局部地电位升高，造成高电压、大电流窜入直流系统、继电保护系统、击穿保护二次电缆、造成主控楼及保护装置、二次电缆、低压配电设备全部烧毁；150mva主变压器和220kv、110kv部分高压设备烧毁。致使多家大型发电厂被迫停机，造成电力系统解裂大面积停电。现在尤其是35kv、10kv系统接地故障，由于接地网存在缺陷导致变电站接地网局部电位升高，致使避雷器不能正确动作，甚至发生逆

17、闪，引发母线对地放电，开关爆炸，烧毁电气设备，甚至烧断接地装置，造成大面积停电的事故时有发生。然而，因为设计、施工、验收等各个方面的因素，未能有效地解决接地装置的防腐问题。比如，华电连江风电厂110 kv 升压变电站，经过多次普测和开挖检查，发现接地网锈蚀严重，接地电阻逐年升高。规程规定：变电站接地装置接地电阻应不大于0.5欧。而该站接地网接地电阻由建站时的0.46 欧升高至2015年的1.05欧。1.2 现状分析为了摸清福州地区地网的腐蚀情况及存在的问题，从2000年起对连江、北郊、雄县、江阴等运行20 年以上的变电站地网进行了挖掘检查，经检查发现如下问题。 （1）接地引下线热容量不够公司大

18、部分变电站设备采用的接地引下线为ø12 mm圆钢，部分设备甚至用ø8 mm圆钢,而且个别站同一电压等级设备的接地引下线规格不齐，并有多点焊接。（2）接地引下线与水平地线截面配合不当北郊220 kv部分接地引下线截面ø22 mm圆钢，而接地引下线与地网干线相连的地线截面却为ø12mm圆钢；10 kv母线桥接地引下线为ø10 mm的圆钢，主网为40×4 mm扁钢。    （3）没按图纸施工，接地引下线连接不合理东北郊变电站地网施工图为对称布置，是与西北角相对应的东北角上一条主干线，开挖检查却找不到。部分设备接

19、地引下线不是直接引到主网，而是经过操作机构再引到主网，或就近与其它设备接地引下线相连，甚至有部分设备接地引下线直接引进电缆沟内扁铁上。    （4）后期工程的接地引下线没有与一期工程主地网相连接容城220 kv变电站二期工程1号变压器中性点没有与主地网相接；1号变压器本体与底座基础相连，但底座基础没有与主网相连，该主变长期运行在本体及中性点没有有效接地的情况下，侥幸在运行期间没有发生接地故障，并及时发现事故隐患。高店117、118、119间隔，南郊2210间隔均为新增间隔，刀闸与开关接地线相连，成独立网，没与主地网连接。    （5）

20、部分接地网（线）腐蚀严重电缆沟接地扁钢比土壤中的腐蚀严重；土壤中的接地引下线比水平敷设的主接地网干线腐蚀严重。如水源电缆沟内扁铁多处锈蚀50%以上，甚至有几处已经锈断。    （6）重要设备未能保证多于一点接地。接地装置的使用功能，就是实现不同的接地目地和用途。较大型接地网是各种电力设备的公共接地网，它必需满足各种综合使用功能的要求。从华电连江风电厂110 kv 升压变电站几年来测试结果（表1-1）分析，接地网接地电阻呈逐年升高趋势，其特征是：工程起始标准低，水平接地埋设 ，部分地段接地线裸露地面，设备引下线截面较小，地网焊接防腐处理不标准，地质状况不良，自然环境

21、恶劣。表1-1 华电连江风电厂110 kv 升压变电站接地电阻测试对照表日期接地电阻值（欧）测试变化值运行时间（年）1998年1月0.46-2003年1月0.5增大0.0452008年1月0.915增大0.41552015年1月1.05增大0.1357华电连江风电厂110 kv 升压变电站接地网的不良状况接地电阻不合格、地网严重锈蚀等，直接影响设备安全运行和系统的安全可靠性。改造目标不但要解决地网缺陷问题，还要弄清造成地网不合格的原因，从而制定切实可行的解决方案。通过对华电连江风电厂110 kv 升压变电站地网不合格状态测试分析，得知自然环境是地网不合格的主要原因：地壤盐碱含量高；地质为沙石结

22、构；土壤电阻率高。通地开挖检查，发现靠近大门侧80%为沙石结构；35kv配电区域为沙粒结构；变压器及开关区域为土沙结构。当然还有其它一些原因，比如，施工时水平地网埋设较浅，地网连接没有严格按照规程规定施工等。总之，接地网不合格的主要原因是地质条件差。随着电力系统的发展，电网短路容量越来越大，对接地的要求也越来越高。长期、可靠、稳定的接地系统，是维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的根本保障，而选择品质好的接地材料和可靠的连接是保障接地系统长期安全可靠的重要因素。    长期以来，我国选用镀锌扁钢作为接地材料。这是因为解放初期，我国变电站的规模很小，由于经济和资源的

23、原因，普遍采用钢质材料作为变电站的接地 (体)极的材料，这种做法一直沿用到现在。上世纪八十年代末，全国各地相继出现了一些在系统发生接地故障时，因接地网原因，造成变电站高压串入控制室，烧毁控制室和保护盘柜的重大停电事故。根据国家电网公司统计资料，运行10年以上的变电所钢接地网均有不同程度的腐蚀，20年以上的更为严重。根据接地网事故的统计分析，地网腐蚀，接地体在故障时烧断是引发接地网事故的重要因素之一。为防止该类事故的发生，各地除加大接地体及接地引下线的截面外，还制定了相应的运行维护措施，如导通检查和开挖检查，有关院校开展了检测接地体腐蚀程度的分析研究。原国家电力公司“25项反措”对此给予了高度重

24、视，并制订了一系列反措，同时也提出：接地装置腐蚀比较严重的枢纽变电所宜采用铜质材料的接地网。   近年来，城市用电水平不断提高，城区内110千伏甚至220千伏变电站不断增多，由于这些站的占地面积普遍较小，而且地面基本无土壤露出，采用钢接地网的缺陷越来越突出，有关反措几乎无法实施，给变电站的安全运行带来了极大隐患。于是选择合适材料作为变电站的接地体而成为一项新课题。2 接地网优化设计的合理性2.1关于接地短路电流的计算及接地要求2.1.1关于接地短路电流的计算电力行业标准dl/t 6211997中的计算公式为 i = （imax - in）(1 - kel) 和 i = in

25、(1 - ke2)，取其最大值，式中i为接地短路电流，即通过接地网进行散流的电流。imax为接地短路时的最大接地短路电流，上述公式仅适用于有效接地系统，该值可向运行部门或继电保护部门索取，也可自己计算，一般采用单相接地时，最大运行方式下的最大短路接地电流。 in 为发生最大接地短路时，流往变电所主变压器中性点的短路电流。当所内主变压器中性点不接地时，in = 0，此是上述可简化为 i = imax（1 - kel）；当变压器只有1个中性点，发生所内接地时， in =30%imax，有2个中性点时，in约等于50% imax，实际值应以继电保护部门计算和实测为准。 kel为短路时，与变电所接地网

26、相连的所有避雷线的分流系数，据专家分析，kel应由避雷线的出线回路数确定，出线为1路时，取0.15，2路时取0.28，3路时取0.38，4路时取0.47，5路以上时取0.50.58，且应根据出线所跨走廊的分流效果做出相应的增减。 ke2为所外接地时，避雷线向两侧的分流系数，一般取0.18，这仅适于变电所内有变压器中性点接地的所外接地。 取值时，要考虑10年以上的发展规划，需乘以1.21.5的发展系数；在散流比较困难的地方，还应乘以散流系数1.25。由上述取值可得出，只有当变电所内有两个中性点接地时，所外接地时的入地短路电流才有可能大于所内短路的入地短路电流。2.1.2土壤电阻率的取值 土壤电阻

27、率是决定接地网的关键参数，选择变电所所址时，要考虑所在地的土质情况，接地网处的土壤分层情况，不能仅取表层土壤的电阻率，若土壤电阻太大，接地网的接地电阻值满足不了r2000/i 的要求。 2.1.3 接地电阻值的要求 根据电力行业标准dl/t 621197规定，接地装置的接地电阻值应满足r2000/i，即ir < 2000v。由于现在普遍采用微机保护，其对接地电阻值的要求很高，即r < 1，2000v难以满足要求，故有的采取铺设接地铜排等措施来降低接地电阻值，国外有的已要求ir < 650v。 （1）电气装置的下列部分均应接地：1）变压器、油开关、35pt、35ct、所用变、刀

28、构架等金属底座和外壳。2）控制保护用二次线等及外壳等可靠接地。3）控制设备的金属外壳。4）避雷针（2）电气装置的下列部分可不接地：1)安装在配电屏、控制盘和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其它低压电器等的外壳以及发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危险电压的绝缘子的金属底座等。2)安装在已接地金属构架上的设备，如穿墙套管等。（3）接地装置宜采用钢材，接地装置的导体截面应符合热稳定和机械强度的要求，但应不小于下表（2-1）规格。表2-1 钢材安装要求表种类 规格及单位地上地下室内室外交流电流回路直流电流回路园钢 直径（mm）681012扁钢载面（mm2）厚度（mm）603100410041006

29、角钢厚度（mm）钢管管壁厚度（mm）22 5 2 52 5 43 5 64 5 规范中严格规定电力系统各种接地装置的电阻值，接地网的设计就是以此为目标值。了解接地网电阻构成，在设计中可以在主要影响接地网电阻的环节采取相应的措施，以降低接地网的电阻值。接地网的电阻由以下几个部分构成： (1)接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。 (2)接地体本身的电阻，其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关。  (3)接地体表面与土壤的接触电阻，其阻值怀土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关。 (4)从接地体开始向远处（2

30、0米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电阻。决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。 接地电阻虽由四部分构成，但前两项所占接地电阻值的比例甚微，起决定作用的是接触电阻及散流电阻。故从接地网的接地体的量佳埋设深度和不等长接地体技术，两面三个方面来论述降低接触电阻和散流电阻 的措施。 (5)垂直接地体的量佳埋置深度，是指能使用权散流电阻尽可能达到的埋置深度。决定垂直接地体的量佳深度，应考虑到三维地网的因素，所谓三维地网，是指垂直接地体的埋置深度与接地网的等值半径处于同一数量级的接地网（即埋置深度与等值半径之比大于1/10）。在可能的范围内埋置深度应尽可能取最大值，但并不是埋置深度l越深越佳。 (

31、6)接地体的通常设计，是用多根垂直接地体打入地中，并以水平接地体并联组成接地体组，由于名单一接地体埋置的间距仅等于单一接地体长度的两倍左右，此时电流流入名单一接地体时，将受到相互的限制而妨碍电流的流散，即等于增加名单一接地体的电阻，这种影响电流流散的现象，称为屏蔽作用，如图一所示：由于屏蔽作用，接地体的流散电阻，并不等于名单一接地体流散电阻的并联值。从理论上说，距离接地体20米处为电气上的“地”，故极间距离为40米时，可以认为其利用系数为l。在接地网的接地体的布置上，是很难做到两单一接地体之间距离为40米，为解决在设计中与理论分析中的矛盾，采取不等长接地体的体系结构，即各垂直接地体的埋置深度各

32、不相等，便可达到良好的效果。不等长接地体技术，从理论上到实践应用中，都较好的解决了多个单一接地体间的屏蔽作用。2.2 对接地网优化设计的分析2.2.1 改善导体的泄漏电流密度分布表（1-1）是面积为190 m×170 m的华电连江风电厂110 kv 升压变电站接地网，在导体根数相同的情况下，分别按10 m 等间距布置和平均10 m不等间距布置。沿平行导体、的泄漏电流密度分布曲线见表（2-1）。从表中可见，不等间距布置的接地网，边上导体的泄漏电流密度较等间距布置的接地网平均低15%左右；对于导体的泄漏电流密度，这两种布置的接地网几乎相等(仅相差0.3%)；对于中部导体、，不等间距布置的

33、接地网的泄漏电流较等间距布置的接地网分别提高了9%，14%和15%。由此可见，不等间距布置能增大中部导体的泄漏电流密度分布，相应降低了边缘导体的泄漏电流密度，使得中部导体能得到更充分的利用。2.2.2 均匀土壤表面的电位分布由表（2-1）可知，不等间距布置的接地网能较大地改善表面电位分布，其最大与最小网孔电位的相对差值不超过0.7%，使各网孔电位大致相等，而等间距地网，其最大与最小网孔电位的相对差值在12.2%以上。同时不等间距地网的最大接触电势较等间距地网的最大接触电势降低了60.1%，极大地提高了接地网的安全水平。计算结果比较布置 最大网孔电位vmaxkv 最小网孔电位vminkv 最大接

34、触电势vjmaxkv 接地电阻 r % ；等间距 5.709 5.081 0.799 0.523 12.2 ；不等间距 5.544 5.506 0.315 0.519 0.7 。注：1)=(vmax-vmin)vmin； 2)地网面积为190 m×170 m； 3)长方向导体根数n1=18，宽方向导体根数n2=20。2.2.3节省大量钢材和施工费用如果按 10 m等间距布置的华电连江风电厂110 kv 升压变电站接地网，最大接触电势在边角网孔，其值为0.799 kv，但采用不等间距布置时，保持最大接触电势与该值接近，这时可节省钢材31.2%。3 城市变电站接地网的设计近年来上海电网容

35、量急剧扩大，系统短路故障电流越来越大，为确保系统短路快速散失，保证人身安全和电气设备的安全远行，生产运行等部门对降低变电站接地网的接地电阻值提出了更高、更严格的要求。随着变电站进入市区和住宅小区，大量gis设备的应用，使得变电站的布置紧凑、  占地面积更小。过去变电站的接地网的设计一般以水平接地网为主。由接地电阻值估算公式：（附1）可知其接地电阻值大小与土壤电阻率成正比而与水平接地网边缘闭合面积的大小成反比，也就是说当土壤电阻率为一定值时，降低接地电阻值需将接地网的面积做得很大。如今越来越多的变电站建于高楼林立，寸土寸金，地域较狭窄的市区，若仍按以往水平接地网为主思路的来设

36、计接地网，则变电站接地网的接地电阻值往往达不到要求。由于受变电站征地、地形等各方面原因的限制，接地网向水千方向扩张的可能性很小，人们将注意的焦点集中到向纵深方向发展，为此三维立体接地网技术应运而生。3.1 三维立体接地网基本原理 在水平接地网基础上把多根经过计算人地深度、位置和根数的垂直超深度钢镀铜接地棒打入地下深处，并与水平接地网连接起来，在地下的深层形成的半球散流接地网称为三维立体接地网。其主要特点是通过垂直超深度钢镀铜接地棒来降低整个地网的接地电阻值。  可见接地电阻值随垂直超深度钢镀铜接地棒长度的增加和土壤电阻率的减小而减小。在实际三维立体接地网中，垂直超深度钢镀铜

37、接地棒较长，它能穿透到地中深层，受地中矿物质、地下水等因素影响，有些地方还会出现低土壤电阻率，使接地电阻大大降低。我们曾在惠南变电站三维立体接地网施工现场收集了3组25·m的垂直超深度钢镀铜接地棒(共有24组)实测的工频接地电阻值分别为036，029，030，可喜的是实测值远远低于计算值163，就充分说明了这点。 当单根垂直超深度钢镀铜接地棒的接地电阻不能满足要求时，可以通过垂直超深度钢镀铜接地棒并联，组成三维立体接地网。因此其等值接地电阻值也将随bs-f型垂直超深度钢镀铜接地棒的接地电阻的降低而降低。 以往福州地区变电站的接地网是以水平接地网为主的，福州地区的土壤电阻率较低，一般取

38、3050m，若以接地电阻估算公式：（附1）来判别福州地区变电站接地网的接地电阻值，基本上能100地满足旧标准r05的要求。1998年1月1日起实施的dlt6211997交流电气装置的接地新规程要求接地装置的接地电阻值应符合r2000i，重申了故障时接地网的电位升高不超过2000v的规定。按福州电网若干技术原则规定220kv短路电流取50ka，110kv短路电流取25ka，土壤电阻率取30·m时，则220kv变电站接地网的接地电阻标准值应为r2000i=200050 x103=004，110kv变电站接地网的接地电阻标准值应为r2000i=200025×103=008，由此可

39、见新标准对不同电压等级的变电站地网的接地电阻值的要求远比旧标准中r05的笼统提法要严谨。 为使福州地区变电站接地网的接地电阻值满足观行标准r2000i的要求。在总结多年设计经验的基础上，2014年我们对福州地区的220kv、南门、红山、浦建4个变电站的接地系统应用三维立体接地网技术进行优化设计。我们在传统的水平接地网基础上，采用垂直超深度钢镀铜接地棒，应用它超深降阻的原理，将其作为水平接地网的垂直接地极，并与传统设计中的水平接地网相连组成一个三维立体接地网来达到降低整个变电站接地装置的接地电阻值。通过计算垂直超深度钢镀铜接地棒的入地深度并运用合理的布点位置及根数，首次使这4个220kv变电站接

40、地网的接地电阻计算值达到r004，发生接地故障时，接地装置的标准电位为ug=2000v，完全符合上海电网若干技术原则规定及电力行业标准(dlt6211997)交流电气装置的接地的要求。上述4个变电站的复合接地网中的垂直超深度钢镀铜接地棒的长度在2530m，土壤电阻率为30·m，按传统水平接地网设计和按三维立体接地网优化设计后的这4个站接地电阻值的计算数据。3.2 垂直超深钢镀铜接地棒     上述4个变电站的接地网的接地电阻值不论从计算结果还是从施工现场情况分析及对已完工的220kv南门站接地网接地电阻值的实测为0036的结果来看，都达到了三维

41、立体接地网设计的预期效果。采用垂直超深度钢镀铜接地棒传统的水平接地网相联组成的三维立体接地网，确实起到了降低接地网的接地电阻值并使其满足r2000i标准要求。解决了以往设计中变电站接地网接地电阻值受变电站占地面积大小制约的问题，同时又避免了若变电站接地网的接地电阻值不满足r2000i的标准要求时将会出现的一系列问题。3.2.1 优劣 垂直超深钢镀铜接地棒是三维立体接地网降阻和快速向大地深处泄流的关键，其产品的优劣直接影响到变电站接地网的质量。上海地区变电站三维立体接地网采用的均为上海邦盛防电避雷技术有限公司从欧洲地区引进的bsf型垂直超深钢镀铜接地棒，是由纯度为999的电解铜分子覆盖

42、到低碳钢芯上制成的，钢镀层厚度为0250mm以上，具有很强的耐腐蚀性，将其弯曲180°后不会出现裂缝和剥落。棒芯是用特制的硬质钢材料，具有高达600nmm2抗拉强度，所以借助特殊冲击钻能将接地棒垂直联接打入地下35m处，在地下使用寿命可达30年以上，可与变电站设计的使用寿命相同步。 在水平基础上把多根垂直超深度钢镀铜接地棒打入地下并与水平接地网连接起来就形成三维立体接地网。三维立体接地网能将入地电流迅速引入土壤深层流散，因而能有效地降低接地网的电阻。其降阻的作用绝不能单纯看作是多根垂直超深度钢镀铜接地棒接地电阻的简单并联，它与垂直超深度钢镀铜接地棒接地的深度及布点的位置和根数有着密切

43、联系，若设计不当，其降阻的效果并不明显，这是由于增设的垂直超深度钢镀铜接地棒的降阻的作用被水平接地网和垂直超深度钢镀铜接地棒相互屏蔽抵消的缘故。 在水平接地网的边角和外围的地方装设垂直超深度钢镀铜接地棒可最大限度降低接地电阻，而且装设的垂直超深度钢镀铜接地棒在水平接地网外围上应尽可能均匀分布以拉开距离，使垂直超深度钢镀铜接地棒间互相屏蔽的作用尽可能减少。 装设的垂直超深度钢镀铜接地棒的根数越多，其利用率就会下降；装设的根数太少，又达不到降阻要求。同时还要根据具体情况考虑其深度问题。只有适当地选取装设垂直超深度钢镀铜接地棒的根数和深度才能使其经济合理。均匀土壤中的三维立体接地网应尽量采取根数少长

44、度增加的垂直超深度钢镀铜接地棒的敷设方式，这样降低接地电阻的效果最好。垂直超深度钢镀铜接地棒费用的经济性。 从220kv惠桥、南门、红山、浦建变电站的三维立体接地网来看用于单纯钢镀铜接地棒材料的费用分别约为1115万元。我们认为：(1)费用对变电站地初期投资有所增加，但增加幅度不大。 (2)优化后的复合三维立体接地网无需维护使用寿命长，因此全寿命投资实际上要比传统的水平接地网低，具有较强的经济性。(3)建立一个合格的、满足观行标准dlt6211997交流电气装置的接地r2000i要求的接地网，对保证变电站的安全运行，乃至对整个电网来说产生地作用是不可估量的。 (1)能大幅度将接地电阻减少，泄能

45、力增强，且不受接地网面积的限制； (2)接地电阻值稳定，由于采用了垂直超深度钢镀铜接地棒后不会因季节变化、水分蒸发、土壤干燥、冰冻而影响接地电阻的变化；  (3)安全可靠，能有效地改善地表电位分布，降低接触和跨步电压，满足人体安全的要求； (4)bs-f型垂直超深度钢镀铜接地棒具有很强的耐腐蚀性，在地下使用寿命可达30年以上。3.2.2掌握大地导电率的有关资料接地电阻与大地导电率密切上关，掌握大地导电率的第一手资料，对接地网的设计关系重大。如福州地区，根据土壤和水的电阻率参考值表，一般取=30m计算接地电阻。在一些城市35kv变电站建设中，接地电阻实测值与计算值相差较多，除了采取一定

46、降低电阻措施各测量时的环境因数外，变电站土壤电阻率偏大可能也是原因。同时，由于城市中各种金属管线比较多，这对降低电阻率也起作用。由于上述测量年代已久，如有可能，有关单位应组织重新对土壤电阻率进行测量，以便接地网设计中合理取值。3.2.3接地网的形式 城市变电站大多采用屋内配电装置形式，整个变电站位于一二幢建筑内，接地网包围建筑成为一个闭合接地网，变电站座于网格上。一般的郊外变电站，收于占地较大，接地网网格是让开建筑物，如控制综合楼等，而城市变电站应充分利用建筑本体下的面积。采用这种形式，在工艺上要防止由于建筑下沉而压断接地网。城市变电站建筑开挖较深，一般有地下水，对降低接地电阻非常有利，当然接

47、地全引入建筑时必需注意防渗水。3.2.4接地体的选择城市变站接地网的接地体，宜采用铜接地体，虽然铜材的价格高于扁钢，但铜的抗腐蚀性要优于钢，特别是当接地网面积较小时，希望有水及金属等导电性较好介质时，抗腐蚀是一个重要问题。采用铜接地体虽一次投资较大，但从长远看还经济合理的。采用铜接地体做接地网，用铜绞线要优于铜排。首先，由于铜绞线比铜排不更好的柔韧性，可克服由于建筑沉降压断接地网的情况，如铜绞线在建筑边缘留一定余量，就不易被压断。其次，铜排的长度有一定限制，一个接地网需要许多铜排气焊连成，受施工工艺和场地条件限制，工作难度较大，质量也较保证。铜绞线的长度强以很长，敷设方便，但在连接时，无法进行

48、气焊，以前大多采用压接或螺栓连接，连接可靠性较低，现在新型放热焊接工艺已非常成熟，对铜绞线的连接非常方便，可靠性也高，虽然放热焊接工艺接头价格非常高，但铜绞线接头较少，总体费用啬不多。而铜排如采用放热焊接工艺，接头数量多，总体费用增加较多。接地网的引入干线的连接需引起足够重视。要防止这样的情况：原接地网接地电阻很小，由于接地干线连接的接触电阻的影响，到设备时接地电阻已较大。城市变电站室内的接地体可采用扁钢或铜排，只要满足热稳定条件，扁钢或铜排与接地支线连接方便，铜铰线连接较困难。3.2.5 采取降低跨步电势的措施由于系统短路容量的增大，如220kv系统达50ka，虽然想了许多方法降低电阻，但仍

49、可能产生较高的跨步电势，必须采取措施。在站内，接地体一般埋在混凝土内，混凝土电阻率较高，中以有效提高跨步电势允许值，保证人向安全。在站外，由于城市变电站一般不设围墙，周围可能就是公共场地，特别是一些城市变电站上有绿化、草坪等，接地网敷设电阻率较高的碎石、混凝土，埋深接地网也是较好的办法。4 接地网优化设计的方法变电所接地装置是保证人身和设备安全、维护电力系统可靠运行的重要措施。资料表明，国内外近年来有不少由于接地不良引起和造成事故扩大，导致系统停运、设备损坏的实例。由于110kv变电所占地面积越来越小（对于2台主变，24回出线这样规模的户外变电所，一般占地面积在3500m2左右，而对户内变电所

50、占地面积仅为20002500m2左右）；变电所附近没有可以利用的空地或可引接的接地面积也很有限，接地网一般只能在围墙内这部分面积采取措施；特别是一些变电站所处地域土壤电阻率较高，如何采取有效措施，使高土壤电阻率地区地网的接地电阻达到国家标准，是摆在设计工程师面前的重要课题。4.1接地网接地电阻计算及量大电阻的确定4.1.1   水平主接地网接地电阻计算 接地电阻可以看成是接地网导体的电阻与接地网相对于无限远处的无限大电极间大地土壤的电阻的串联。在一般情况下前者远远小于后者，其电阻值实际设计计算中可以忽略不计。根据水平接地网接地电阻计算公式 r=0.443p/s+p/l0.5

51、p/s （4.1）由计算式可见，当p（土壤电阻率）一定时，接地电阻基本上由接地网面积决定，当土壤电阻率较高时，地网接地电阻就很难达到设计要求。要降低地网的接地电阻，采用传统的扩大接地网面积的办法，在高土壤电阻率地区是不可取。因为扩大地网面积需按土壤电阻率的平方增长。假设要使接地电阻小于0.5 ，设定土壤电阻率为300 ·m，水平地网面积要大于90000 m2，这在实际运用中是极不经济的，也是不可能的。4.1.2    如何确定变电所允许的最大接地电阻在接地网设计中应先计算出流经接地装置的入地短路电流i值，然后取下面两式中较大的i值;即i = （imax

52、- in）(1 - kel) （4.2） i = in(1 - ke2) （4.3）注:1)  imax接地短路点的最大接地短路电流；  2)  in流经变电所接地中性点的最大接地短路电流；3) ke1、ke2所内和所外短路时，避雷线的分流系数。计算分流系数先要分析每个变电所的实际情况。而流经接地网的入地短路电流，应按系统最大运行方式进行计算，并考虑510年的发展，同时还考虑到因零序保护对接地短路电流的影响。另外，当接地短路发生在接地网内或在接地网外，分流系数差别很大。在高电阻率地区，如果缺乏计算分流系数的资料时，根据国内外的试验资料和计算结果，可取kf10.5(

53、接地网内短路)；kf20.1(接地网外短路)。根据交流电气装置的接地规程变电所最大接地电阻应满足。4.2 减小接地电阻的方法接地网设计时，首先应对变电所地域的地质状况进行测试和研判。由于土壤电阻率是不均匀的，特别是随着深度的变化，电阻率一般有着较大差别即土壤分层特性。这种差别主要是由于大地结构不同所致，如水层和非水层的差别以及一般土壤和岩石层的差别。故必须对土壤分层状况进行测试，以了解地层电阻率较低的位置。然后对各种能减小接地电阻的方法进行计算，以求得到符合要求的方法，否则，等到地网施工完成后进行实测，这时若实测值无法满足要求，往往很难有好的补救办法，而且代价将是昂贵的。4.2.1

54、两层接地网110 kv变电所的所址场地标高应考虑高于50年一遇洪水位，并高于城市规划道路的道路标高。综合这两个因素，有的变电所要将现有场地填高23 m。填土层多为塘渣、煤渣、砾石等，土壤电阻率较高，在3001000·m左右，而原土层的土壤电阻率较低，在30150·m左右。在原土层内敷设一个下层接地网，由于存在屏蔽效应，为了节省钢材及施工费用，该层接地网宜采用长孔方式，其孔距按10 m左右布置。另外在填土层内也敷设一个上层接地网，可以起着均压、降低接触电势及降低接地电阻作用，对于场地填高不大不必设上层地网。4.2.2 深井式垂直接地极深井式垂直接地极是在水平接地网的基础上向大

55、地纵深寻求扩大接地面积。据分析表明，在大地分层情况下，只有穿入第二层的垂直接地极对接地电阻的影响较大。深井接地极可以克服场地窄小的缺点，同时不受气候、季节等条件的影响。根据实际经验，附加于水平接地网的垂直接地体，接地电阻仅能减少28%8%，只有当垂直接地体的长度增大到可以和均压网的长、宽尺寸相比拟，均压网趋近于一个半球时，接地电阻才会有较大的减小，可减小30%左右。深井接地极的布置要合理，为避免垂直接地极相互的屏蔽作用，根据规程要求，垂直接地极的间距不应小于其长度的两倍，一般将深井接地极布置在接地网四周的外缘。同时为了减小深井接地极地表的跨步电压，应埋设帽檐形辅助均压带，改善深井接地极地面上的

56、电位分布。4.2.3扩大接地面积扩大接地网面积对减小接地电阻，效果较为明显。直接扩大变电所接地网面积（即外引接地网），往往受变电所四周场地的限制。特别是市区变电所，布点都很困难，周围常有住宅、公建等设施，只能保证最起码的安全距离，故这个方法在市区变电所接地设计中常常无法实施。4.2.4 使用降阻剂当采用其他方法已无法使接地电阻满足要求时，可以考虑使用降阻剂，但降阻剂会污染水源，目前一些地区为保护水资源已禁止采用降阻剂，故慎用降阻剂。以上几种降低电阻的方法都各有其应用的特定条件。针对不同地区，不同土壤条件而采用不同的方法才能有效地降低接地电阻。而且各种方法也不是孤立的，可以相互配合，以获得更好的实际效果。在110kv双阳变电所接地设计中（所区占地3500m2），就采用两层接地网及深井接地极两种方法，从而形成一个立体接地网。该所址场地需回填最高处有3 m，首先在原土层埋设接地网面积2000m2，用土壤电阻率较低的原土回填，并夯实；另在接地网外边缘处打6根30m垂直接地极。实测接地电阻0.8,可以满足ir2000v，获得较好的效果。4.3工程设计中的几点建议4.3.1 土壤电阻率的测量要准确在接地网设计中，提供的土壤电阻率要准确，否则将造成设计的误差。为保证电阻率准确性，要求勘测时采用两种以上方法（如温纳法、接