本科毕业设计_某山区110kV变电站防雷接地系统的改造

1、nding resistance;step voltage ;tough voltage ;enlarging grid目 录 1绪论11.1 本课题研究背景及意义11.2 国内外研究状况11.3 变电站的防雷与接地11.4 变电站接地网存在的问题21.5 论文章节安排以及相关内容32电力系统防雷接地42.1.接地系统及其特性参数42.2 接地电阻的测量方法以及优缺点42.3土壤电阻率的测量方法以及优缺点52.3.1文纳四极法62.3.2模拟法73 电力系统降阻措施103.1.利用自然接地体103.2增大接地网面积103.3增加垂直接地体103.4人工改善地电阻率103.5深埋接地体113.6

2、敷设水下接地网113.7利用接地电阻降阻剂123.8其他方法124 某山区110kV变电站接地网的改造134.1 110kV变电站接地网概况134.2 改造前变电站接地网详细参数134.3 接地网改造设计目的与参照标准144.3.1改造目的144.3.2 设计遵循的主要标准144.4 改造方案144.5 接地网改造设计及计算154.5.1 竹林接地网的设计与改造154.5.2木材加工厂接地网的设计与改造164.5.3废弃茶园接地网的设计与改造184.5.4 总的改造方案194.6接触电压和跨步电压的校验204.6.1跨步电压的计算204.6.2接触电压235 总结与改进26参考文献27致谢29

3、 1 绪论1.1 本课题研究背景及意义 随着电力行业的不断发展，电网的规模也在不断的扩大，电压等级及电网容量也越来越大，尤其是在国家电网“三集五大”的号召下，特高压超高压线路的建设也紧锣密鼓的开始了。而随着近些年来现代化大电网向着超高压和大容量的发展，变电站的入地短路电流也越来越高，对于变电站的安全、稳定运行构成了威胁1，生产运行部门对于降低地网接地电阻、设备接触电压和地面跨步电压,保障电力系统安全、可靠运行的要求越来越高。要确保人身和设备的安全,维护电力系统的可靠运行,需主要考虑如何降低地网接地电阻以及设备接触电压和地面跨步电压所带来的危害，因而电力系统的接地研究问题也成为了电力系统设计的重

4、中之重。而接地问题是一个比较复杂的东西，接地装置的效果和接地装置接地电阻的大小，地网是否均压良好，电气设备是否有效接地，接地线是否符合热稳定的要求以及接地装置的腐蚀均有关系。1.2 国内外研究状况 国外变电站的接地系统大多采用铜导体或者镀锡铜导体，铜材料抗腐蚀性好，腐蚀断裂的情况不太严重，因此国外研究接地网故障诊断的文献较少。近年来，由于，铜材料的价格上涨，北美，欧洲等一些国家也开始采用镀锌钢导体作为接地网的主要材料。因在建运行时间较短，所暴露出的问题还不明显，对此方面的文献研究较少。 而在我国国内，接地网普遍采用5×60或6×50mm的扁钢或者直径为20mm的圆钢水平铺设

5、，排列成长孔行或者方孔行，埋入地下0.6-1米深处，其面积大概与变电站的面积相同，两条水平接地地带的间距为3-10米，有时为了要加强冲击电流的扩散或者接地电阻不满足施工需求，通常在接地网上装设集中的垂直接地极，垂直接地极一般为长度2.5米的角钢或者钢管2。 1.3 变电站的防雷与接地 接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。变电站的接地网上连接着全

6、站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接线、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高3。如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。1.4 变电站接地网存在的问题 通过对变电站接地网的测试和查阅资料得知，变电站接地网存在的问题主要

7、有如下几种: (1）接地网的均压问题。经过对若干所变电站接地网的电位分布测试，发现接地网均压大多不符合要求，特别是横向电位分布，电位梯度大，跨步电压超标。这是由于在接地网的设计中把接地电阻作为了主要的技术指标，从而忽略了电网的均压和散流，或者只用长孔地网而很少用方孔地网计算。由于地网的均压不好，在短路电流或者冲击电流入地的时候就会造成电网的局部电位升高，高压向低压反击烧坏设备。 （2）设备接地与地网之间的联通问题。对于运行中的若干座变电所进行全面检查和试验,发现存在的最大问题不是接地网的各项技术指标,而是变电所的内电气设备与接地网的连接问题，设备的接地引下线与地网焊接不良，从焊口处开路。接地网

8、水平接地体的接头处焊接不符合要求，经过长时间的腐蚀形成电气上的开路15。设备接地引下线的截面小，经过长时间的锈蚀，从地下锈断。有些设备接地引下线与设备外壳用螺丝连接，经过长时间会锈蚀，在连接处由于生锈形成开路。 （3）接地引下线及接地体的截面偏小满足不了短路电流的热稳定。由于接地体或设备的接地引下线不能满足短路电流热稳定的要求，在发生接地短路时，接地引下线往往被烧断，使设备外壳上有较高的过电压，有时会反击到低压二次回路，使事故扩大。有的用户就是因为设备的接地引下线截面不够，在设备发生接地短路时，高压窜入低压回路，烧坏二次保护、控制电缆，使事故扩大。 （4）接地装置的腐蚀问题。接地装置的腐蚀是一

9、个普遍存在的问题，变电所接地网最容易发生腐蚀的是接地引下线。由于腐蚀，接地线不能满足接地短路电流热稳定的要求，或者形成电气上的开路，使设备失去接地。还有电缆沟内的接地带也容易发生腐蚀，尤其是各焊接头。 （5）水平接地体的埋深不够。标准规定水平接地体要埋深0.6m以下，可是通过开挖检查发现许多水平接地体埋深不足0.3m，有的甚至浮在地表遥由于水平接地体埋深不够，接地电阻受季节影响，尤其受土壤干湿度影响较大，由于表层土壤容易干燥，所以造成接地装置的接地电阻不稳定。由于水平接地体的埋深不够，就影响接地网的均压，在发生接地短路时，地面的跨步电压较大，对巡视人员构成威胁。上层土壤的含氧浓度高，容易发生腐

10、蚀，这也是水平接地体容易损坏的主要原因。 （6）接地电阻超标问题。一是由于各种条件的限制，在变电所建成时接地电阻就超标，这些情况一般发生在山区变电所等土壤电阻率较高的地方；二是由于腐蚀使接地网部分和主地网断开，由于腐蚀使接地体的电阻变大。1.5 论文章节安排以及相关内容 本文分为如下部分： 第一章为绪论部分，主要介绍变电站防雷接地网改造的研究背景和现实意义，国内外的研究状况，变电站的防雷与接地以及接地网的现有问题等。 第二章介绍了接地技术的理论以及相关的基础知识。 第三章主要介绍了降低接地电阻的几种方法。 第四章针对山区某110kV变电站的防雷接地系统进行相关的改造、计算以及相关测试。 第五章

11、对全文进行简要的总结，说明了本文改造的优缺点，改进与创新方法，所参考的书籍等。 2 电力系统防雷接地2.1.接地系统及其特性参数 接地是为防止触电或保护设备的安全而把电力电讯等设备的金属底盘或外壳接上地线，利用大地作电流回路接地线的安全措施。在电力系统中，往往表现为将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气。接地的功用除了将一些无用的电流或是噪声干扰导入大地外，最大功用为保护使用者不被电击。接地的种类包括保护接地，工作接地，防雷接地，屏蔽接地，防静电接地等。接地线,电气设备、杆塔的接地端子与接地体或零线连接用的正常情况下不载流的金属导体;接地体,埋入土中并直接与大地接触的

12、金属导体,称为接地体11。分为垂直接地体和水平接地体;接地装置 ,接地线和接地体的总称 ;接地网,由垂直和水平接地体组成的具有泄流和均压作用的网状接地装置;接地电阻,接地体或自然接地体的对地电阻的总和,称为接地装置的接地电阻,其数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。土壤电阻率是单位长度土壤电阻的平均值。土壤电阻率是接地工程计算中一个常用的参数，直接影响接地装置接地电阻的大小、地网地面电位分布、接触电压和跨步电压。接地电阻是直接反映出接地情况是否符合规范要求的一个重要指标。对于接地装置而言，要求其接地电阻越小越好，因为接地电阻越小，散流越快，跨步电压、接触电压也越小。而影响接地

13、电阻的主要因素有土壤电阻率，接地体的尺寸、形状及埋入深度，接地线与接地体的连接等。2.2 接地电阻的测量方法以及优缺点 接地电阻是电流I经接地电极流入大地时接地电极的电位U和I的比值。接地电阻也可定义为由接地电极到无穷远处的土壤的总电阻。当入地电流为交流时,接地极上的电位不仅有与电流同相的分量,还有与入地电流正交的分量。但在地网面积不大(小于400 m×400 m)、土壤电阻率不是非常低的地区(大于10·m),阻抗中的感性分量很小,可以忽略。 接地电阻的测量方法，按角度的不同,大致可分为:按测试极位置来分,可分为远离法、补偿法和电位降法。补偿法又分为直线、三角布置。按测试极

14、数量,可分为三极法、四极法、多极法。按测试电流,可分为大电流法和小电流法。大电流法包括三极法、四极法、瓦特表法等。小电流法包括仪表法、异频法、白噪声(功率谱高阶谱)法10。 其中仪表法的接地电阻测试仪体积小巧,电源方便,操作简单,适用于电线杆塔、微波塔、避雷针等小型接地装置。研究表明,由于输出功率小或测试原理等方面的原因,接地电阻测试仪不适合大地网的测试。因此导则推荐,当接地装置的最大对角线较小,且工频接地电阻值大于0.5时,也可以用接地电阻测量仪测量,但其电压极和电流极应按远离法和补偿法的要求布置。 异频法的优点是设备轻小、电流引线细、操作方便,且能比较有效消除地网中的工频及高频干扰。瓦特表

15、(包括功率因数表)法的优点是测量原理简单明了、试验操作简单、测量数据少、计算方便。能消除测量引线间互感的影响,结合倒相法,能有效消除地网中各频率成分(包括直流)的干扰电压。同时测量电源容量可适当降低(根据干扰的大小),且不受电源波形或非工频干扰成分的影响。但瓦特表法的缺点也非常明显,一是瓦特表的内阻不能比电压极的接地电阻大许多(如50,),以致实际需要修正。多极法优点多电极布置为入地电流提供了多个通道。地中电流的分布范围更广,与真实的电流场分布更加接近,因而测量的电阻更接近真实性。并且测量的接地电阻误差更小。电位降法是正确且原始的方法。虽然不会出现差错，但工作量很大。直流法的测试电源用的是电池

16、,所以引线间根本不会产生感应电势。但需要用专门研制的仪器和电极以消除电解和极化等因素所致的误差,因此提出后未见推广。 补偿法可按直线或三角布置,优点是测量准确。缺点是直线型布置时.0618点难以确定;在某些特殊情况下,如山区、地面建筑物、地下金属管道,直线和三角布置都难以应用;全部测量过程中只有一个电阻读数,常无法判断测量结果正确与否,使测量结果的可信度降低。远离法的优点是在测量过程中多次移动电压极,这样即可确信电压极被置于零电位区内,使测量的可信度大为增加。其缺点是测量误差比较大8。 三极法结合倒相法能在信噪比较大的情况下,消除地网不平衡电流，而四极法在信噪比较大时能消除电流、电压引线间的互

17、感；四极法结合倒相法在信噪比较大时能消除地网不平衡电流的影响,并能进行相互验证并且能够在信噪比较大时能消除电压线上短时比较稳定的干扰电压。2.3土壤电阻率的测量方法以及优缺点 土壤电阻率的测量方法主要有地质判定法、双回路互感法、自感法、线圈法、偶极法文纳四极法以及模拟法等。通常我们采用文纳四极法和模拟法来测量土壤电阻率。 2.3.1文纳四极法当被测接地装置的最大对角线D 较大，或在某些地区(山区或城区)按要求布置电流极和电压极有困难时，可以利用变电所的一回输电线的两相导线作为电流线和电压线。四极是指被测接地装置G、测量用的电流极C 和电压极P 以及辅助电极S。辅助电极S 离被测接地装置边缘的距

18、离dGS=30100m。图2.3.1 是测量土壤电阻率的四极法的原理接线图，两电极之间的距离a 应等于或大于电极埋设深度h 的20 倍，即a20h。由接地电阻测量仪的测量值R，得到被测场地的视在土壤电阻率 =2a R (2-1)测量电极建议用直径不小于1.5cm 的圆钢或25×25×4 的角钢，其长度均不小于40cm。被测场地土壤中的电流场的深度，即被测土壤的深度，与极间距离a 有密切关系。当被测场地的面积较大时，极间距离a 应相应地增大6。为了得到较合理的土壤电阻率的数据，最好改变极间距离a，求得视在土壤电阻率与极间距离a 之间的关系曲线=f(a)，极间距离的取值可为5、

19、10、15、20、30、40m、，最大的极间距离amax 可取拟建接地装置最大对角线的三分之二。 图2.1 文纳四极法测量土壤电阻率原理接线图C1和C2测量用电流极 P1和P2测量用电压极M接地电阻测量仪 h测量电极埋设深度 a测量电极之间距离文纳四极法测试后经得出的土壤电阻率计算值应根据测量时的情况进行季节系数修正。计算接地装置的土壤电阻率时，应取雷雨季节中无雨水时最大的土壤电阻率，一般按下式计算： （2-2） 式中：季节系数；为其实测值；为其计算值在计算接地电阻时，实测的土壤电阻率，要乘以表2-1中所列季节系数、或进行修正。表2-1 各种性质土壤的季节系数土壤性质深度/m粘土0.50.80

20、.80.33221.51.51.4陶土022.41.41.2砂砾盖陶土021.81.21.1园地031.31.2黄沙022.41.61.2杂以黄沙的砂砾021.51.31.2泥炭021.41.11.0石灰石022.51.51.2注：测量前数天下过较长时间的雨，土壤很潮湿时用之; 测量时土壤较潮湿，具有中等含水量时用之； 测量时土壤干燥或测量前降雨不大时用之。2.3.2模拟法模拟法又叫三极法，其中的三极是指图2.2 上的被测接地装置G，测量用的电压极P 和电流极C。图中测量用的电流极C和电压极P离被测接地装置G边缘的距离为dGC=(45)D 和dGP=(0.50.6)dGC， D 为被测接地装置

21、的最大对角线长度，点P 可以认为是处在实际的零电位区内。如果想较准确地找到实际零电位区，可以把电压极沿测量用电流极与被测接地装置之间连接线方向移动三次，每次移动的距离约为dGC 的5%，测量电压极P 与接地装置G 之间的电压。如果电压表的三次指示值之间的相对误差不超过5%，则可以把中间位置作为测量用电压极的位置。用电压表指示值UG除以电流表的指示值I，得到被测接地装置的工频接地电阻RG。如果在测量工频接地电阻时，dGC 取(45)D 值有困难，那么当接地装置周围的土壤电阻率较均匀时，dGC 可以取2D 值，而dGP 取D 值；当接地装置周围的土壤电阻率不均匀时， dGC 可以取3D 值，dGP

22、 取1.7D 值。如果接地装置周围的土壤电阻率较均匀，也可以用三角形布置电极的方式测量工频接地电阻。电压极和接地装置等效中心的连接线与电流极和接地装置等效中心的连接线之间的夹角，一般取dGPdGC=2D，30°。当接地装置的最大对角线较小，且工频接地电阻值大于0.5时，也可以用接地电阻测量仪测量接地电阻，但其电压极和电流极应按前面提到的要求布置。测量土壤电阻率的模拟法是在被测场地打入一垂直接地体，用接地电阻测量仪测量得到该接地体的接地电阻值R，然后由下式得到等效土壤电阻率 （2-3）接地极的直径d 应不小于1.5cm，长度 h应不小于1m。 图2.2 模拟法测量土壤电阻率原理接线图C

23、测量用电流极 P测量用电压极 G被测接地装置M接地电阻测量仪 h测量电极长度 模拟法只适用于土壤电阻率较均匀的场地。因为土壤结构的不均匀性，测量电极应尽量避开有明显岩石、裂缝和边坡等不均匀土壤上布置。为了得到较可信的测量结果，通常采用九点法（即把被测场地分为九片，进行多处测量，土壤电阻率列表取测量结果的平均值）。九点法测量土壤电阻率通常采用的是在以设计接地网的四个角、四个外边缘的中点及接地网的中心点共九点进行测量。模拟法测试后经得出的土壤电阻率计算值应根据测量时的情况进行季节系数修正。计算接地装置的土壤电阻率时，应取雷雨季节中无雨水时最大的土壤电阻率，一般按下式计算： （2-4） 式中：季节系

24、数；为其实测值；为其计算值在计算接地电阻时，实测的土壤电阻率，要乘以表2-2中所列季节系数、或进行修正。表2-2 各种性质土壤的季节系数土壤性质深度/m粘土0.50.80.80.33221.51.51.4陶土022.41.41.2砂砾盖陶土021.81.21.1园地031.31.2黄沙022.41.61.2杂以黄沙的砂砾021.51.31.2泥炭021.41.11.0石灰石022.51.51.2注：测量前数天下过较长时间的雨，土壤很潮湿时用之; 测量时土壤较潮湿，具有中等含水量时用之； 测量时土壤干燥或测量前降雨不大时用之。3 电力系统降阻措施3.1.利用自然接地体 充分利用混凝土结构物中的钢

25、筋骨架、金属结构物，以及上下水金属管道等自然接地体，是减小接地电阻的有效措施，而且还可以起引流、分流、均压作用，并使专门敷设的接地带的连接作用得到加强5。3.2增大接地网面积 大地电阻率和介电系数不容易改变，而接地电阻R与接地网电容C成反比：从理论上分析，接地网电容C主要由它的面积尺寸决定，与面积成正比，所以接地网面积与接地电阻成反比。减小接地网接地电阻，增大接地网面积是可行途径。一个有多根水平接地体组成的接地网可以近似地看成一块孤立的平板，借用平板接地体接地电阻计算公式，当平板面积增大一倍时，接地电阻减小29.3%。 3.3增加垂直接地体 依据电容概念，增加垂直接地体可以增大接地网电容。当增

26、加的垂直接地体长度和接地网长、宽尺寸可比拟时，接地网由原来的近似于平板接地体趋近于一个半球接地体，电容会有较大增加，接地电阻会有较大减小。由埋深为零半径为的圆盘和半径为的半球电容之比4 r2r可得，接地电阻将减小36%。但是对于大型接地网，其电容主要是由它的面积尺寸决定，附加于接地网上有限长度（23m）的垂直接地体，不足以改变决定电容大小的几何尺寸，因而电容增加不大，亦接地电阻减小不多。所以大型接地网不应加以增加垂直接地体作为减小接地电阻的主要方法，垂直接地体仅作为加强集中接地散泄雷电流之用。唯一有效的途径是采用深井接地12。 3.4人工改善地电阻率 在高电阻率地区采用人工改善地电阻率的方法，

27、对减小接地电阻具有一定效果。例如，对于一个半径为的半圆球接地体而言，其接地电阻的 50%集中在自接地体表面至距球心2r的半圆球内，如果将r至2r间的土壤电阻率降低，可使接地电阻大大减小。 设原地电阻率为2，将r至2r范围内的电阻率为2的土壤用低电阻率的材料1置换，则半圆球接地体的接地电阻为：RX=(+)/4r (3-1)置换前的接地电阻 RX为： RX=/2r (3-2) R与RX之比为： R/RX=(+)/2 (3-3)当<<，上式改写为： R=RX/2=/4r (3-4)故接地电阻减小的百分数为50%。另外由上式可以看出，用低电阻率的材料置换半球附近高电阻率的土壤，相当于将半球

28、接地体的半径由R增大到2R，由于接地体几何尺寸的增加，而使接地电阻减小17。 3.5深埋接地体 在地电阻率随地层深度增加而减小较快的地方，可以采用深埋接地体的方法减小接地电阻。地的电阻率随深度而减小的规律，往往在达到一定深度后，地电阻率会突然减小很多。因此利用大地性质，深埋接地体后，使接地体深入到地电阻率低的地层中，通过小的地电阻率来达到减小接地电阻的目的。 对于地电阻率随地层深度的增加而减小不大的地方，由于地电阻率变化不大，增加接地网的埋深只是增大接地网的电容。利用电容的概念，电容具有储藏电场能量的本领，它所储藏的能量，不是储藏在极板上，而是储藏在整个介电质中，即整个电厂中：介电质中的能量密

29、度，既与介电系数有关，又与电场的分布有关，因此，比起接地网的几何尺寸小得多的有限埋深，所增加的储藏能量的介质空间极为有限；在有限空间中的能量密度又小，储藏的总能量也就增加不多，即电容增加不大，所以对减小接地电阻作用不大，不宜采用深埋接地体的方法减小接地电阻。深埋接地体和敷设水下接地网可以大大降低直流电阻，但对降低交流电阻作用不大11。 3.6敷设水下接地网 在有适宜水源的地方敷设水下接地网，由于水的电阻率比地电阻率小的多，可以取得比较明显的减小接地电阻的效果。而且敷设水下接地网施工比较简便，接地电阻比较稳定，运行可靠，但应注意水下接地网距接地对象的距离一般不大于1000m。3.7利用接地电阻降

30、阻剂在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低接触电阻的作用。降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂，是具有导电性能良好的强电解质和水分。这些强电解质和水分被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不致于随地下水和雨水而流失，因而能长期保持良好的导电作用。而降低阻剂的主要作用是降低与地网接触的局部土壤电阻率,换句话说,是降低地网与土壤的接触电阻,而不是降低地网本身的接地电阻。这是目前采用的一种较新和积极推广普及的方法。降阻剂已有超过二十年的工程运用历史，经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是使用施工工艺都已经是相当成熟的产品了。3.8其他方法如何降低接地

31、电阻目前已成为工程建设的难点之一，除了以上方法外，增加地网的埋设深度、利用深孔爆破接地技术、自然接地体、局部换土、深井接地、扩大接地面积和采用两层水平接地网等等也都有一定的可行性。根据各个工程的不同情况可以选择适合的降阻措施，而各种方法也不是孤立的，可以相互配合，以取得更好的实际效果。 4 某山区110kV变电站接地网的改造4.1 110kV变电站接地网概况 该110kV变电站位于福建省福清市某县，1972年2月破土动工，1973年3月安装运行2011年对该站接地网进行了普查。经开挖检查接地极及接地引下线锈蚀严重，断电较多，多处出现锈蚀的情况，后经测量该站平均接地电阻已达到1.2，但个别点的接

32、地点已经达到6，根据DL/T6211997交流电气装置的接地中所表述，有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电所电气装置保护接地的接地电阻宜符合下列要求： 1) 一般情况下，接地装置的接地电阻应符合下式 (4-1) 式中： R考虑到季节变化的最大接地电阻，； I计算用的流经接地装置的入地短路电流，A。 公式(5)中计算用流经接地装置的入地短路电流，采用在接地装置内、外短路时，经接地装置流入地中的最大短路电流对称分量最大值，该电流应按510年发展后的系统最大运行方式确定，并应考虑系统中各接地中性点间的短路电流分配，以及避雷线中分走的接地短路电流。 2) 当接地装置的接地电阻不符合式(4-1)要求时

33、，可通过技术经济比较增大接地电阻，但不得大于5，且应符合本标准6.2.2的要求1.部分地方接地电阻过高，已经严重影响该站的安全运行，对设备及运行人员构成威胁，为此，为消除安全隐患，保证电网安全运行，根据福建省电力公司技术改造计划，确定对该110kV变电站接地网进行技术改造。4.2 改造前变电站接地网详细参数 根据实测，变电站平均接地电阻为1.2，最大短路电流为I短Max =5kA，保护装置速动时间为0.9s。变电站及周围10kM土壤地质情况为；顶层为少部分为土壤，厚度约为0.6m至0.8m；中层块沙石层，厚度约为4米；底部仍为土壤；表层土壤电阻率实测为605·m，取值：600

34、3;m；中层砂石电阻率实测为1072·m，取值：1000·m；下层土壤电阻率约为1500·m，土壤季节变化系数较小，综合考虑土壤分布以及接地网的埋深，取中层土壤电阻率为平均土壤电阻即1000·m；4.3 接地网改造设计目的与参照标准 4.3.1改造目的 （1）根据DL/T6211997交流电气装置的接地中所表述，变电站接地电阻应符合以下要求： （4-2） 式中：R考虑到季节变化的最大接地电阻，； I计算用的流经接地装置的入地短路电流，A。 （2）改造后的接地装置应有良好的均压措施，其地面跨步电压和设备接触电压应满足下式3： （4-3） （4-4）式中为地

35、面跨步电压，V；为设备接触电压，V；为地面土壤电阻率。 （3）改造后的接地装置应有较好的热稳定系数，满足DL/T6211997交流电气装置的接地中相关规定。 （4）地网内发生5kA工频接地电流入地时，地网内下应有明显的局部电位升高，不应向低压设备和二次电缆反击； （5）改造后的接地网应有10年以上的设计使用寿命和再改造空间，并且一年四季不会因季节变化对接地网主要参数产生影响。 4.3.2 设计遵循的主要标准 (1） DLT 621 交流电气装置的接地 (2） GB50169 电气装置安装工程接地装置施工与验收规范 (3） DL475 接地装置工频特性参数的测量导则 (4） DLT596 电力设

36、备预防性试验规程 (5） DLT 5161.6 接地装置施工质量检验 (6） DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合4.4 改造方案 经现场勘查，该变电站北部有一个面积约200m×200m竹林可设计外延接地网，在距其不远有一个面积为185m×300m木材加工厂可设计外延接地网，南部有一个面积约为150m×250m废弃茶园可作为外延接地体。设计采用埋深1米，规格为16的圆钢，并采用多张外延接地网并联，若再不符合要求则施加降阻剂以达到标准要求。4.5 接地网改造设计及计算 4.5.1 竹林接地网的设计与改造 通过对竹林地区的勘查，我们根据现场条件

37、设计一个面积为200m×200m的水平外延接地体，考虑到降阻以及电网均压问题，内部网格规划为20×20的网格。如图4.1所示 图4.1竹林接地网与主接地网示意图 竹林土壤电阻率为1000，此外延接地体长度为200m，宽度为200m，面积为40000m2，接地体材料为16的圆钢，埋深为1m。外延接地网接地电阻为：S=200×200=40000，L=4400m，=800m，h=1m，d=0.016m，=1000B= (4-5)Re=2.3826 ( 4-6)0.9897 (4-7)Rn1=2.3581式中：S外延接地网面积；L接地网中水平接地体总长度 m；接地网中水平

38、接地体周长 m；h电阻率为的地层深度 m；土壤电阻率 ；d水平接地体的直径。 经计算得知，竹林接地网的接地电阻为2.3581，主接地网接地电阻为1.2，则并联后的接地网的接地电阻为0.7953，达不到0.4的技术要求，故选择木材加工厂做第二接地体进行扩网。 4.5.2木材加工厂接地网的设计与改造 通过对木材加工厂地区的勘查，由于正方形电网及方形网孔有利于电网均压及降阻，我们根据现场条件设计一个面积为180m×180m的水平外延接地体，内部网格规划为20×20的网格。如图4.2所示图4.2木材加工厂接地网示意图木材加工厂土壤电阻率为1000，此外延接地体长度为180m，宽度为

39、180m，面积为32400m2，接地体材料为16的圆钢，埋深为1m。外延接地网接地电阻为： S=1800×180=32400，L=3600m，=720m，h=1m，d=0.016m，=1000 (4-8)Re=2.6663 (4-9)0.9897 (4-10) Rn2=2.6388式中：S外延接地网面积；L接地网中水平接地体总长度 m；接地网中水平接地体周长 m；h电阻率为的地层深度 m；土壤电阻率 ；d水平接地体的直径。 经计算得知，木材加工厂接地网的接地电阻为2.6388，与竹林接地网并网后接地电阻为0.7953，则并联后的接地网的接地电阻为0.6111，达不到0.4的技术要求，

40、故选择废弃茶园做第三接地体进行扩网。 4.5.3废弃茶园接地网的设计与改造 经过对废弃茶园的勘查，得知其土质为土壤以及腐蚀沉积物，含水率高，有较好的导电性，实测得土壤电阻率为578，取近似值为600，根据现场条件设计一个面积为150m×150m的水平外延接地体，内部网格规划为30×30的网格。如图4.3所示图4.3废弃茶园接地网示意图 废弃茶园土壤电阻率为600，此外延接地体长度为150m，宽度为150m，面积为22500m2，接地体材料为16的圆钢，埋深为1m。外延接地体接地接地电阻值计算：S=150×150=22500，L=1800m，=600m，h=1m，d

41、=0.016m，=600 (4-11)Re=2.0559 (4-12)0.9897 (4-13)Rn3=2.0347式中：S外延接地网面积；L接地网中水平接地体总长度 m；接地网中水平接地体周长 m；h电阻率为的地层深度 m；土壤电阻率 ；d水平接地体的直径。经计算得知，废弃茶园接地网的接地电阻为2.0347，扩网并网后接地电阻为0.6111，则并联后的接地网的接地电阻为0.4700，达不到0.4的技术要求，故采用施加降阻剂以降低接地电阻。经过现场考察，木材加工厂接地网较适合施加降阻剂。 4.5.4 总的改造方案 综合考察后，我们决定采用HTJ-03型物理降阻剂对木材加工厂接地网进行二次改造。

42、改造后的接地网如图4.6.2所示 查阅HTJ-03型物理降阻剂的相关资料后，我们得到其降阻计算公式： 闭合均匀水平接地网（设施居于网内），当网面积S100m2时，则： ( 4-14) 式中：R地网接地电阻（）； 校正后的土壤电阻率（m）； S地网面积（m2）； K降阻系数取2.5 。则木材加工厂接地网的接地电阻为 经过测量，施加降阻剂后木材加工厂的土壤电阻率已达到450·m，则最终改造后的接地网的接地电阻为主接地网与其他三张外延接地网的并联电阻，R=0.3768，达到了0.4的技术要求。经过现场测试， 变电站接地电阻已降到0.37，已经远超过预期，方案可行有效。另外，还需考校接地体引

43、下线的截面大小是否符合接地短路电流热稳定的要求和地面跨步电压和接触电压是否符合规章要求，分别计算如下：热稳定系数： =142.8171（m） （4-15）因此，选用的16的圆钢截面积为201m，完全符合短路电流的热稳定需要。 式中：接地线的最小截面积，m 流过接地线的短路电流稳定值，A t接地短路电流持续时间，s C接地线的热稳定系数，钢取704.6接触电压和跨步电压的校验 根据DL/T6211997交流电气装置的接地的有关要求，跨步电压和接触电压要满足以下要求：在发生单相接地或同点两相接地时，变电站站及电力设备接地装置的最大跨步电压和最大接触电压不可以超过如下允许值： Us （4-16） U

44、t （4-17） 式中 Us跨步电压 V； Ut接触电压 V； 4.6.1跨步电压的计算 竹林跨步电压目标值： =921.26V （4-18） 式中：地面土壤电阻率，取1000·m，t接地短路电流持续时间，取0.9s；最大跨步电压计算：S=200×200=40000，L=4400m，=800m，h=1m，d=0.016m 最大跨步电压为： 式中：为最大跨步电压，为最大跨步系数 n值按方形地网计算 n=11 （4-19） B=0.1=0.3317 （4-20） =0.5224 （4-21） d=0.016m =0.0428 （4-22） =1884v （4-23） =0.04

45、28×1884=80.64v921.26v （4-24） 满足跨步电压要求。木材加工厂跨步电压目标值： =515.5V （4-25） 式中：地面土壤电阻率，取450·m，t接地短路电流持续时间，取0.9s；最大跨步电压计算：S=1800×180=32400，L=3600m，=720m，h=1m，d=0.016m，=450 最大跨步电压为： 式中：为最大跨步电压，为最大跨步系数 n值按方形地网计算 n=10 （4-26） B=0.1=0.3162 （4-27） =0.4782 （4-28） d=0.016m =0.0453 (4-29) =1884v （4-30）

46、=0.0453×1884=85.35v515.5v （4-31） 满足跨步电压要求。 废弃茶园跨步电压目标值： =626.2V （4-32） 式中：地面土壤电阻率，取600·m，t接地短路电流持续时间，取0.9s；最大跨步电压计算：S=150×150=22500，L=1800m，=600m，h=1m，d=0.016m，=600 最大跨步电压为： 式中：为最大跨步电压，为最大跨步系数 n值按方形地网计算 n=6 （4-33） B=0.1=0.2449 （4-34） =0.3270 （4-35） d=0.016m =0.0531 (4-36) =1987.5v （4-37） =0.0531×1884=100.04v626.2v （4-38） 满足跨步电压要求。 4.6.2接触电压 竹林最大接触电压计算： 均压带等间距布置时，接地网地表面的最大接触电位差，即网孔中心对接地网接地极的最大电位差，可按下式计算： （4-39） 其中：最大接触电位差 最大接触电位差系数 计算公式如下： = （4-40） 公式中：Kd=0.8410.225lgd=1.24507 （4-41） 在方孔接地网中KL=1 Kn=0.076+0.076/n=0.0