高土壤电阻率地区变电站接地处理

1、高土壤电阻率地区变电站接地网的新型降阻措施汤东升1吕勤1 蒋燕2（1.嘉兴恒创电力设计研究院 2.嘉兴电力局）摘要本文通过对刚果（金）120kV华友MIKAS变电站接地网设计方案的阐述，介绍了高土壤电阻率地区变电站接地网的新型降阻处理方式，指出采用换土、深孔等常规降阻方法的局限性，并提出在高土壤电阻率地区不必片面追求低的接地电阻值，在防止电位转移、验算接触电压和跨步电压并采取均压措施后，接地电阻值可取一个适当的数值。【关键词】：高土壤电阻率、接地网、降阻、新型接地材料、校验0前言120kV华友MIKAS变电站是浙江华友公司位于刚果（金）利卡西市的一座厂 用变电站，该厂区属高原地貌，地质以强风化

2、砂质泥岩为主，无粘性土层。变电 站可供接地网用地面积小，土壤电阻率 p 1800。 m对接地电阻而言，地质情 况非常恶劣。刚果（金）地处遥远的非洲大陆，电力工业基础薄弱，由中国工程 技术人员设计和施工的变电站若接地电阻不能满足运行要求，日后采取补救措施将非常困难。基于此，笔者多次改进变电站接地网设计方案，以保证变电站接地网一次施工成型。1接地网常规设计及接地电阻计算变电站的接地网由水平接地网和垂直接地体组成复合接地网， 水平接地网干 线采用-8 X60mn镀锌扁钢，垂直接地体采用-6.3 X 63热镀锌角钢。根据变电 站的布置型式和现场实际情况，变电站的接地网占地面积为 2040平方米（40m

3、 X51m, 土壤电阻率以1800Q m计，其工频接地电阻R的计算值为：L 1 1R : 05 /、S = 0.5 1800 . 2040 = 19.9311根据DL/T 621-1997交流电气装置的接地（鉴于刚果（金）的实际情况， 本次设计采用国内标准，下同）的要求：一般情况下 R r1外至地中流散电流密度一 0的区域内的P ,并不 是金属接地体周围的p ,将金属接地体周围的泥土更换为低 p的泥土降低接地网 电阻并无无太大意义，仅仅将接地极外形尺寸扩大而已。采用降阻剂方法的原理和效果与换土法相差不多。通过以上分析可以看出，该两种方法并不是可靠的降阻措施， 不适用于本工 程。深埋接地极当地下

4、深处的土壤或水的电阻率较低时， 可采取深埋接地极的方法来降低接 地电阻值。根据厂区岩土工程勘察报告，该场地钻探揭露深度内未见地下水， 且地下深处土壤电阻率未见降低。故深埋接地极方法也不适用于本工程。多支外引式接地装置此方法需接地装置附近有导电良好及不冻的河流湖泊，且在设计、安装时， 必须考虑连接接地极干线自身电阻所带来的影响。现场情况不适合采用此方法。3接地网新型降阻措施在常规降阻措施难以达到降阻目的的情况下， 笔者通过查阅大量资料，最终 采用常规接地网配合ALG防腐离子接地体加CE磔置的处理方式，以达到降阻目 的。目前，该处理方式在国内部分位于高土壤电阻率地区的变电站已开始采用。新型接地材料

5、的技术特点ALG防腐离子接地体技术特点ALG防腐离子接地体主要由电极单元、高能回填料和防护罩组成。长度一般 为30米，采用垂直敷设。电极单元采用高纯度铜材或特殊钢材制成， 与接地网连接的引出线为120mm 金属绞线，其体内的复合内填料具有非常好的吸水性和渗透性，能使周围土壤保持一定的湿度，同时向周围的土壤释放导电离子，增大周围土壤的离子浓度，已达到更佳的导电状态，且能随着时间的推移， 逐渐扩大周围土壤的导电范围，进 一步降低土壤的电阻率。高能回填料以火山灰形成的天然粘土为主要原料，经特殊加工后，具有极强 的导电泄流能力、防腐能力、很低的接触电阻和极强的保水能力， 进一步强化了 接地系统的性能。

6、ALG防腐离子接地体具有以下技术优点：1）能自动补充水分和导电离子，自动调节功能强，稳定性高，接地电阻随 季节变化小。2）由于选择耐腐蚀和防腐蚀材料，装置使用年限长。3）电极单元主要选用低导磁性材料，具抗直击雷感应脉冲袭击强，更有利 于保护电器、电子、通讯等室内设施。4）由于其高效的降阻性能，占地面积小，施工工程量小，材料用量少。对需 要长距离运输，现场施工条件恶劣的工程，优势明显。CET装置技术特点CET装置主要有电极单元和复合回填料组成。长度约 8米，采用水平敷设。电极单元设计有泄流环结构，能有效降低大电流通过时引起的地电位升高。 复合回填料主要物质是导电石墨。 靠电子导电，电极单元可不断

7、向周围土壤中释 放导电离子，改善接地体周围的土壤，接地电阻随季节变化小。接地网优化设计变电站的接地网在常规设计的基础上增加了 5套ALGB腐离子接地体和23 套CE磔置。防腐离子接地体均匀布置与接地网外沿，垂直敷设； CET装置敷设 于接地网四周，与接地网外沿干线成九十度水平敷设。接地网敷设见图3.2-1。*nc图3.2-1接地网敷设平面图接地电阻计算接地网接地电阻由前面计算可知Ri0.5 ：=19.93 Q外延射线（CET装置）接地电阻Rc =0.05：cRCr2 =NN: CET接地装置数量，23:利用系数0.85R2 = 5.115接地网与外延射线（CET装置）的接地电阻R3 =RR2(

8、Ri R2)R1：水平地网的接地电阻，19.93 QR2：外延射线的接地电阻，5.115 QR：总的接地电阻，Q“：并联利用系数，0.85R=4.79 Q单套防腐离子接地体的电阻：8 L1Rv =(In -1) K2二 L DRv :单套ALG防腐离子接地体的接地电阻0: 土壤电阻率，1800Q.mL:离子接地体长度，30mD:接地体等效直径，0.18m （安装离子接地体的深井钻孔直径）K: 土壤调节系数，20%Rv =11.845套垂直防腐离子接地体的电阻R -RvR4 -nR4:为多套离子接地体并联接地电阻，QRv:单套离子接地体的接地电阻，11.84 1n:离子接地体数目，5套”:多套离

9、子接地体并联利用系数，0.85R4=2.79 j地网总接地电阻R4 R3(R3 R4)R：接地网总接地电阻R3：水平接地体与外延射线的总接地电阻，4.79 GR：垂直接地体并联垂直接地电阻，2.79夏:利用系数，0.9R=1.96 J工程中没有一味的增加防腐离子接地体的数量，使接地电阻值达到小于 2000/1（或0.5 Q）的目标，这其中有技术经济性的考虑，更重要的是考虑高土壤 电阻率地区不必片面追求低的接地电阻值，在防止电位转移、验算接触电压和跨 步电压并采取均压措施后，接地电阻值可取一个适当的数值。由计算可知，经处理后变电站的接地电阻满足小于 5c的规程要求，但还需进行接触电势和跨步电 压

10、的校验，并采取电位转移的措施。4接触电势、跨步电压校验以及防止电位升高和转移措施174 0.17 阡U t接触电位差允许值 错误！未找到引用源。5,跨步电位差允,174 0.7 DfUs 许值错误！未找到引用源。由 ，其中pf为人脚站立处地表面的土壤电阻率，t为接地短路电流的持续时间。人行通道铺设 20cm厚的碎石或沥青混凝土后，pf 取 2500Q - m t = 0.2s,计算得允许值 Ut=1339 V, Us= 4302M接地装置电位Ug=IR,其中I为入地短路电流，R为接地装置接地电阻。根 据系统参数计算，I取3.5kA,计算得Ug= 3.5 x 1.96=6.86kV。接触电势校验

11、：Utmax=KtmaxUg1其中Ktmax=KdKLKnKsKd=0.841-0.225lgdKL=1.0 方孔接地网Kn=0.076+0.776/nKs=0.234+0.414lg错误！未找到引用源。d为均压带等效直径，n为均压带计算根数，S为接地网面积计算得 Ktmax= 0.179 , Utmax=KtmaxUg=1228V1339 V,1足要求。跨步电压校验：Usmax=KsmaxUg其中s max(1.5-1 2)n -2 114 、/ S 2 = 0.35()1.14() -n 300.3088:=0、n 0.316T=0.8m,即跨步距离，h为接地网埋深，n为均压带计算根数，S

12、为接地网面积。计算得 Ksmax= 0.075, Usmax=KsmaxUg=512V4302耦足要求。防止电位升高危及安全的措施：为保证人员安全，独立避雷针5m范围内及站内人行通道均采用碎石、沥青 混凝土作均压处理。PVCt;为防止电位转移引起危害，站内所有电缆管和水管都采用非金属的本工程无通信电源，不考虑加装隔离变压器，含通信电源的变电站，应考虑加装隔离变压器。5结束语接地网是变电站可靠运行的基本保障，而接地电阻值是考核接地网是否满足 运行要求的核心参数。常规降阻措施的应用往往都有前提条件，具有很大的应用 局限性，新型接地材料的出现和应用给接地网的设计、施工、维护带来新的提升和发展。接地网

13、设计是一项系统工程，设计时不能纯粹的以降低接地电阻值为目的，有时硬要把接地电阻值降到2000/1 （或0.5 Q）以下非常困难，从技术经济的 角度看也极不合理，在正确理解和运用规程的基础上，在进行相关的验算和采取 必要的措施后，接地电阻值可取一个适当的数值。近年来，中国工程技术人员的足迹已遍布广袤的非洲大陆，本文对具有相同地质地貌的海外变电站工程的设计、施工具有一定的借鉴意义。参考文献1DL/T 621-1997,交流电气装置的接地S。北京；中国电力出版社，1998。2水利电力部西北电力设汁院，电力工程电气设汁手册：第 1册 电气一 次部分M。北京：水利电力出版社，1989。3DL/T620 -1997,交流电气装置的