城市GIS变电站的接地设计

1、 城市GIS变电站的接地设计 PAGE 第 页摘要 目的、方法、结果、结论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。伴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，最近几年，发

2、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。本文通过对某一特定参数的变电所接地装置进行研究、设计，在其与周围城市地网相连的情况下保证变电所地网能有效抗腐蚀并能长期运行，通过多种有效措施从而达到降阻的目的。关键字：接地装置；降阻措施；抗腐措施Abstract目录1、绪论1 1.1本课题研究的意义2 1.2国内外研究现状3 1.3本课题研究内容.42、城市GIS变电所接地的特点和要求5 2.1城市GIS变电所接地的特点6 2.2城市GIS变电所接地的要求.7 2.2.1接地电阻的基本要求.8

3、2.2.2接地网均压要求.9 2.2.3接地装置的热稳定 2.2.4接地装置的防腐要求. 2.2.5接地网的形式要求 2.2.6变电所GIS的接地线及其连接要求3、城市GIS变电所接地装置降阻的措施. 3.1基本措施介绍 3.1.1利用自然接地体降阻 3.1.2外引接地装置降阻 3.1.3采用深井式接地3.1.4扩网及设置水下地网3.1.5填充电阻率较低的物质或降阻剂人工改善土壤电阻率 3.2对于城市GIS变电所的综合降阻措施4、城市GIS变电所接地装置的腐蚀及防腐措施4.1接地装置的腐蚀机理分析4.2接地装置的腐蚀环境4.3防止接地体腐蚀的主要措施5、结合福建省某110KV变电站设计出最佳接

4、地方案 5.1该变电站的总体情况概述 5.2现场地形、地势分析 5.3该变电站地网设计的目标和任务 5.4该变电站地网的设计与计算 5.4.1接地网的设计 5.4.2地面跨步电压及设备接触电压的计算 5.4.3接地线热稳定校验 5.5对该变电站设计方案的总结 结束语致谢参考文献绪论变电站接地设计对电网安全运行起着非常重要的作用, 有效、可靠的接地设计是变电站安全运行的最基本的保证,这也对确保人身、设备安全至关重要。1.1本课题研究的意义 随着我国经济社会的快速发展，我国的用电量在不断地增加，从而需要建设大容量的市内变电站来满足这些市内集中的用电需求。同时，随着电力系统的不断发展和技术的快速升级

5、，紧凑型、小型化设备的大量采用，城市小型化变电所在电力系统中越来越得到了广泛的应用。接地网作为变电所交直流设备接地措施及防雷保护接地设计，对系统的安全稳定运行起着非常重要的作用。变电所接地网运行的好坏程度直接关系到我们电气设备和运行工作人员的人身安全。人们很容易忽视接地网作为作为隐性工程所带来的一系列问题，也就往往没有注意到目前接地装置中存在着接地电阻偏高这种非常严重的问题，如果不对其采用措施则会对电力系统安全运行及电气设备和人身安全产生极大的威胁，现代变电站内微机保护、综合自动化装置等弱电原件的大量投入使用也需要现代变电站对接地的要求更高。由于现在城市地价普遍偏高，城市GIS变电所容量较大，

6、但其占地面积是有限的，且周围存在着很多建筑和其他装置的地线，因此在有限的空间达到防腐、降阻且不对周围环境及人身安全造成威胁显得至关重要。找出保证城市小型化变电站参数达标、与周围环境相协调、经济可靠的接地措施对保证变电站以及周围居民安全具有极其重要的意义。1.2国内外研究现状近年来，电力工程项目建设如火如荼，建设速度也在不断加快，变电站数量也在逐年稳步增加，但是对于开发商而言建设变电站的征地难度却越来越大。变电站有效、稳定可靠的接地设计方案对于电网本身安全运行、确保我们的人身、设备安全是非常重要的一环。从最近几年的实例来看，随着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，

7、由于这些GIS变电站的占地面积一般都比较小，而且更重要的是地面基本无土壤露出来，从而采用钢接地网的缺陷也就显露无疑，但有关对应的措施几乎无法实施，给变电站的安全运行带来了极大隐患。 随着电力系统的快速发展，电网短路容量越来越大，从而对接地的要求也越来越高。能维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的最基本地线是长期、稳定、可靠的接地系统，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。伴随着电力工业技术的发展，变电站一次设备的二次保护对接地装置的要求也在不断提高，接地装置是保证电力设备的安全运行及其运行工作人员的个人人身安全的重要设备，由于变电所接地系统直接关系到变电所的正

8、常运行，更涉及到人身与设备的安全，所以电力系统中对接地装置的要求越来越严格。然而由于接地网设计考虑并不周全、施工也很粗糙、测试通常也有许多问题等原因，最近几年，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，造成了严重的事故在逐步扩大，故接地网的设计对电力系统的安全平稳的运行起到不可忽视的重要的作用。人们现在越来越重视变电所接地装置的好还，因为它直接关系到接地设备和人身的安全，变电所的接地网不但要满足工频短路电流的要求，还要满足在有雷电产生的冲击电流的要求。以前由于接地网存在的缺陷，曾发生了不少严重的事故，事故的起因主要有设计地网接地电阻方面的问题，当然也有

9、地均压方面的问题。传统的接地体主要是水平接地体网，在低土壤电阻率某些地区的变电站铺设水平接地网就可以使它的接地电阻满足相关的规程要求。但是，在气候较为干燥或土壤电阻率比较其它地区高的地区其接地电阻最大值和计算所得的跨步电压、接触电压的值是很难满足规程要求的，通常在这种情况下，除用水平地网外，还需采取其他的辅助措施。对变电所的接地装置的设计来说工频接地电阻的大小是接地装置考核的主要指标，它是直接关系到变电所的人身安全，因而也是在实际的接地工程中需要重点解决的技术问题。可是在实际的接地工程中，有些地方由于土壤电阻率高的离谱，要使其工频接地电阻降到（）规定值以下这是非常困难的，通常在这种情况下，我们

10、往往就要根据现场实际情况想办法降低接地装置的工频接地电阻。在目前，常用的降低接地电阻的方法有：扩网及铺设水下地网和利用自然接地体、深井式接地极、采用降阻剂降低接地电阻、多支外引式接地装置、填充电阻率较低的物质等。而当前，降阻剂往往由于能够起到增大接地极的外形尺寸大小并降低与其周围大地介质间的接触电阻的作用，因而能在一定程度上可以降低接地极的接地电阻大小。在小面积的集中接地、小型接地网中，我们通常广泛采取具有显著的降阻效果这种措施，降阻剂是由几种特殊的化学物质配制而成的化学降阻剂，是一种具有导电性能良好的强电解质和水分的结合。这些强电解质和水分被一种网状胶体所包围，网状胶体的空格间又被部分水解的

11、胶体所填充，使它不至于随地下水和雨水的流动而流失，因而能长期有效的保持良好的导电作用。接地装置长期运行在地下，运行环境十分的恶劣，最容易发生各种各样的腐蚀。接地装置的腐蚀，按运行的环境分类，主要是属于自然环境下的自然腐蚀；按腐蚀机理分主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀。目前接地装置的防腐蚀措施较多，主要有加大接地体截面、采用铜及其它耐腐蚀的有色金属或复合材料作接地材料、热镀锌及刷导电防腐涂料等方法，但这些方法要么就是成本过高，要么就是防腐效果不理想，甚至有的方法还对土壤造成了污染。通过学者么大量的实践证明，高效膨润土降阻防腐剂法和阴极保护法解决了上述方法的不足，对接地装置的防腐具有非常好的效果，将两

12、种方法取长补短起来运用，对接地装置可以起到更好的防腐效果。 城市GIS变电所是一种含有六氟化硫气体的全封闭组合电器它将断路器、隔离开关、负荷开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、出线套管、电缆连接装置、间隔汇控柜等按要求组合在一起，构成的一种高压配电装置。根据现如今的实际情况，GIS变电所非常适合建在对于土地面积又有严格要求的城市区。所以对于GIS变电所来说，只要将抗腐、降阻及是否与其他接地网相连做好，就可以再该城市建立变电所。1.3本课题研究的主要内容 本文结合国内外研究情况，根据城市GIS变电所接地装置降阻和抗腐蚀所遇到的实际问题和难点，查阅相关资料，结合如今使用的各种针对城市GIS

13、变电所接地降阻和抗腐措施，并对这些措施进行说明，再根据老师的指导，通过分析、计算及实例验证，总结出最佳的防腐、降阻措施，以便于能够将这些措施应用与实际工程中。2、城市GIS变电所接地的特点和要求 由于城市GIS变电所可以利用的面积非常有限，且其往往建于人口密集处，所以要求其要有足够的安全性，所以根据城市GIS变电所的接地特点，我们将提出具体的对于接地的要求。衡量接地装置是否符合要求主要从接地电阻、抗腐蚀能力、接触电势和跨步电势几个方面来考虑。接地电阻直接关系到工频接地短路电流流入地时电位的升高，跨步电压和设备接触电压主要用来衡量接地网的均压效果，同时还要考虑接地装置的热稳定性及变电所所在地网的

14、形式要求。2.1城市GIS变电所接地装置的特点GIS就是SF6气体绝缘全封闭组合电器，其具有的主要优点有：占地面积小，一般220 kV GIS设备的占地面积也只有为常规设备的37%；110 kV GIS设备占地面积为国际标准常规设备的46%左右，符合我国节约用地的基本国策，也大大减少了用于征地、拆迁、巨额赔偿等昂贵的前期工程费用。 由于GIS设备的元件一般都是是全封闭式的，因此不受污染、酸雾、潮湿等自然环境的影响 ，GIS设备的导电部分外壳是屏蔽的，良好的接地方式，导电体产生的大量辐射、电场磁场干扰、断路器开断的噪音均被设备外壳屏蔽了，而且GIS设备一般都被牢固地安装在基础的预埋件上，产品具有

15、重心低，强度高以及优良的耐震性能，尤其适合在城市中心或居民区大量使用。为了能充分满足环境的要求，我们常常来选用GIS来作为变电所的主要设备。SF6气体作为绝缘介质，气体本身很难燃烧，防火性异常优秀，而且具有难以匹敌的绝缘性能和完全的灭弧性能，运行绝对安全可靠，维护工作量少之又少，检修周期非常的长，适合于变电所的大量使用。（4）施工工期短。（5）由于城市用电量较大，所以城市GIS变电所大多位于市区，城市GIS变电所的入地短路电流通常也较大，同时其占地面积又受到严格的限制，所以无法通过外引接地网或扩网的方法进行降阻，而要将接地电阻降到规程以下也十分困难。 城市GIS变电所一般与周围建筑物的接地线相

16、连,所以其安全性更加重要，必须严格控制其跨步电压。如果变电所电网与居民楼电网相连，同时，居民楼地网下面伴有大量的通信电缆、煤气管道等，稍有不慎就将造成不可估量的损失和危险，所以其安全性问题显得至关重要。 城市GIS变电所的送出线路一般都是通过地下管道的电缆引出，如果接地装置的降阻措施做的不好，很可能带来高电位的引出。所以在设计变电所接地网时要注意以上问题，避免造成不必要的损失。2.2城市GIS变电所接地装置的要求 2.2.1接地电阻的基本要求 在有效接地系统和低电阻接地系统中城市GIS变电所电气装置保护接地电阻应符合下列要求：一般情况下，接地装置的接地电阻应按 （21）式中：R考虑到季节变化的

17、最大接地电阻； I流经接地装置的入地短路电流； 上式中计算用流经接地装置的入地短路电流，采用当在接地电网内、外短路时，经接已经辐射好的地装置流入地中的最大短路电流对称分量最大值，该电流需要按发展后的系统最大运行方式确定，而且应该考虑到系统中各接地中性点之间的短路电流分配方式。变电所内与外发生接地短路时，流经接地装置的最大电流可分别按 （22） 或 （23） 来计算，式中I入地短路电流；Imax发生接地短路时的最大接地短路电流；IN发生最大接地短路电流时，流经变电所接地中性点的最大短路电流；Ke1、Ke2变电所内或外短路时，避雷线的工频分流系数。(2)当接地网的接地电阻在受条件限制时，例如土壤电

18、阻率较高，而又没法扩大地网，可是地下又没有可充分利用的地层时，可以通过比较经济的技术，适当地增大接地电阻的数值，但又不得大于且等于5，其人工接地网及其有关电气装置设计需要符合以下要求：a、对可能将接地网的高电位引向变电所外或将低电位引向变电所内的设施，应采取隔离措施，从而防止转移电位而引起的不必要的危害。b、由于考虑到短路电流非周期分量的严重影响，当接地网电位在快速升高时，变电所内的310kv阀式避雷器不应动作或动作后应能够承受被强加的能量。c、设计接地网时，需要验算接触电压和跨步电压。 在不接地、高电阻接地和消弧线圈接地系统中，城市GIS变电所电气装置保护接地的接地电阻应符合下列要求：(1)

19、高电压与变电所电力生产过程中用低压电气装置共用的接地装置必须应符合,但又不应大于或等于4。高压电气装置的接地装置，应符合，但不要大于10。应注意，变电所的接地电阻值，可包括引进电力线路的避雷线接地装置作用。（2）消弧线圈接地系统中，计算用的接地故障电流应采用：a、对于那些装有消弧线圈的GIS变电所电气工作装置的接地装置，计算电流等于接在同一接地装置中同一系统各消弧线圈额定电流总和的1.25倍；b、对于不装消弧线圈的GIS变电所电气装置的接地装置计算电流，等于系统中断开断开最大一台消弧线圈或系统中最长线路被切除时的最大可能残余的电流值。（3）对于那些在高土壤电阻率地区的接地电阻值不应大于30，且

20、必须要符合跨步电压和接触电压的要求。（4）变电所酥油爆炸是及其危险的，这个我们都知道，且爆炸后所带来的效果有可能波及变电所内主设备或严重影响发供电的建筑物，要注意防雷电感应的接地电阻不应大于30。2.2.2接地网均压要求 确定GIS变电所接地装置的型式和布置时，考虑保护接地的要求我们应降低接触电位差和跨步电位差，并应该符合：在110kv及以上有效接地系统和635kv低电阻接地各种电力系统，发生单相接地或异点两相同时接地时，变电所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过数值： （25） 和 （26）式中Ut接触电位差； Us跨步电位差； 人脚站立处地表面的土壤电阻率； t接地短路电流持续时间（2

21、）366kv不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统，发生单相接地故障后，当我们不迅速切除故障时，只能要求变电所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过的数值 （27） 和 （28）在条件恶劣的场所，例如在水田中，接触电位差和跨步电位差的允许值需适宜降低。 跨步电势和接触电势及其计算：均压带等距布置时接地网地表面的最大触电位差、跨步电位差的计算。（1） 接地网外的地表面最大跨步电位差可按： （29）式中 Usmax最大跨步电位差； Ksmax最大跨步电位差系数； Ug接地装置的电位 正方形接地网的最大跨步电位差系数可按下式： （210） （211） （212）式中 A接地网的面积；T=0.8m2

22、，即跨步距离。而对于矩形接地网，n值由下式： （213）式中 L0接地网的外缘边线总长度，m L水平接地极的总长度，m最大接触电位差可按下式计算 （214）式中 Usmax最大跨步电位差,V； Ksmax最大跨步电位差系数 Ug接地装置的电位，V当接地极深埋的深度h=0.60.8m时，Ktmax可按 Ktmax=KdK1KnKs （215）来计算其中： （216）式中 n均压带根数； d均压带等效直径，m L2、L1接地的长度和宽度 2.2.3接地装置的热稳定 在有效接地系统中，GIS变电所电气设备接地线的截面，应按接地短路电流进行稳定校验。钢接地线的短时温度不应超过400，铜接地线不应超过4

23、50，铝接地线不应超过300。当校验不直接接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中电气设备接地线的热稳定时，敷设在地上的接地线长时间温度不应大于150，敷设在地下的接地线长时间温度不应大于100。对于敷设在地上的接地线，当按70的允许载流量曲线选定接地线的截面时，流过接地线的计算电流应采用单项接地故障电流的60；而对于敷设在地下的接地线，流过接地线的计算电流应采用单项接地故障电流的75。 与架空送、配电线路相连的666kv高压电气设备接地线，还应按两相异地短路校验热稳定，接地线的短时温度与在有效接地系统中的要求一样。接地线就是把工作电流或短路电流引向接地体的金属导体，其实对于交流地网来说，在正常情

24、况下其实流经接地线的电流并不大，所以交流地网的接地线通常不存在长期发热的问题，其实接地网的截面可按短时发热的热稳定要求选择，其公式： （217）在选定接地线的导体材料后，上述公式可以进一步简化成 （218）其中：A接地线带的截面，m2 Id接地短路电流的稳定值； C接地线导体的比热； td接地线的温升，s。 2.2.4接地装置的防腐要求 计及腐蚀影响后，接地装置的设计使用年限，应根据实际情况与地面工程设计使用年限相当。接地装置的防腐蚀设计，宜按当地的腐蚀数据进行。在腐蚀严重地区，敷设在电缆沟中的接地线和敷设在屋内或地面上的接地线，宜采用热镀锌；对埋入地下的接地体宜采用适当的防腐措施，如果在接地

25、体四周施加高效膨润土降阻防腐剂，或者采用阴极保护等措施。接地线与接地极或接地极之间的焊接点，应涂防腐材料。 2.2.5接地网的形式要求 变电所GIS装置的接地装置，除了利用自然接地极外，敷设以水平接地体为主的人工接地网。人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧型，其半径不宜小于均压带间距的一半，接地网内应敷设水平均压带。接地网的埋设深度不宜小于0.6m，条件较理想的话最好埋设在1m以下。如果实在北方，要注意应将地网埋设在冻土层以下。 接地网可采用长孔网或方孔网，但方孔网的均压在冲击电流作用下的其效果要好得多，接地网的均压带可采用等距或不等距布置。35kv以上变电所接地网边缘经常有人出入的走道

26、外，应铺设砾石、沥青路面或在地下装设两条与地网相连的均压带。 2.2.6变电所GIS的接地线及其连接要求 三相共箱式或分相式的GIS，其基座上的每一接地母线应采用分设其两端的接地线与发电厂或变电所的接地网连接，接地线应和GIS室内环形接地母线连接。当接地母线较长时，其中部宜另加接地线，并连接至接地网。接地线与GIS接地母线采用螺栓连接式，并应采取防腐蚀措施。当GIS露天布置或装设在室内与土壤直接接触的地面上时，其接地开关、金属氧化物避雷器的专用接地端子与GIS接地母线的连接处，宜装设接地装置。GIS室内应敷设环形接地母线，室内各种设备需接地的部分应以最短路径与环形接地母线连接，GIS布置于室内

27、楼板上，其基座下的钢筋混凝地板中的钢筋应焊接成网，并和环形接地母线相连接。变电所电气装置地网之间的连接方式，应采取加强分流，装设集中接地装置，设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点，避雷针接地引下线尽量远离电气设备等，并宜在靠近避雷针的发电机出口处装设一组旋转电机阀式避雷器。35kv及以下变电所的屋顶上，如装设直击雷保护装置时，若为金属屋顶或屋顶上有金属结构，则将金属部分接地；若屋顶为钢筋混凝土结构，则将其焊接成网状接地；若结构为非导电的屋顶时，则采用避雷带保护，该避雷带的网格为810m，每隔1020m设引下线接地，以上接地引下线与主接地网连接，应在连接处加装集中接地装置。3、城市GIS

28、变电所接地装置降阻的措施3.1基本措施介绍对于GIS变电所的接地装置来说，接地电阻的大小是考核接地装置的主要指标，它直接关系到变电所的人身安全，因此这也是在实际的接地工程中重点解决的技术问题。 3.1.1利用自然接地体降阻 在接地工程中，充分利用混凝土结构物中钢筋骨架、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、节约钢材以及达到均衡电位接地的有效措施。城市小型化变电所可利用的自然接地体一般有周围建筑的基础以及上下水管道等。GIS变电所可以利用的自然接地体有：a、各类钢筋混凝土基础或钢板衬砌的竖井。b、钢筋混凝土或用钢板衬砌的地下式厂房。c、埋于地下的金属自来水管和有金属外皮的电缆

29、。d、GIS变电所主控楼，或高压配电室的钢筋混凝土地基。 在利用这些自然接地体时，要事先应做好规划，在施工时应对这些钢筋混凝土内的钢筋的连接，以及引出与人工接地网的连接时都预先做好计划，施工时同步进行。在人工接地网的设计和施工时，为了充分利用自然接地体的降阻作用，应尽量减少人工接地体对自然接地体的屏蔽作用。 3.1.2外引接地装置降阻当距发电厂、变电所 2000m 以内有较低电阻率的土壤时，可敷设引外接地极。尤其是有一些变电所为了节约耕地，一般大部分都建在山坡上而这地方的土壤电阻率都比较高，如洛阳110kv变电所的土壤电阻率高达1500 m;翁源所的龙仙 110KV 变电所土壤电阻率高达 15

30、00 m ，且下层土壤电阻率更高。变电所占地面积最大者不超过100m100m，如在所内把接地电阻降到合格值 0.5以下几乎是不可能的。但这座变电站所在 2KM 的范围内都有土壤电阻率比较低的地方（ m 800 ），因为可以在低电阻率的地方铺设专门用于降阻的接地装置，然后用23 根水平接地体与变电所的人工地网可靠地连接起来，可以起到有效地降低工频接地电阻的作用,这里要注意的是用来降阻的外引接地装置其深埋要达到1.21.5m以下，这样才能不影响农民的耕作，使接地体免遭由于耕地而造成的破坏。另外，连接线与外引接地装置的截面还要满足要求，并做好防腐处理。如一处外引接地装置能把接地电阻降到合格范围，可根

31、据现场实际情况设置34 个外引接地装置。 但是，由于城市小型化变电所一般处于市内，建筑物比较密集，因此一般不能采用这种方法降低接地电阻。 3.1.3采用深井式接地当地下较深处有土壤电阻率较低的地质结构时，可用井式或深钻式接地极。把平面地网做成立体地网，利用下层低电阻率的地层来降阻，根据地质结构分为如下三种情况。 （1）当土壤为均匀土壤，上下层的土壤电阻率值变化不大，但地面由于受面积的限制或地形的限制无法外延，只有向下发展时，可采用深井压力灌降阻剂的方法建成立体地网。这是流过大地的电流，向垂直和水平方向扩散，在均匀电阻率的土壤中呈半球形等位面扩散，充分利用电流垂直方向的扩散分量，可将较大的电流引

32、入地的深层。 （2）当土壤为不均匀土壤，土壤在垂直于地面的方向上分层，但下层土壤的电阻率2远远小于上层土壤的电阻率1时，一般为地下有各类金属矿藏、石墨、煤等的土壤，这时可把竖井打到下层土壤中，充分利用下层较低的电阻率的地质层来降阻。这时，接地电阻的计算公式如下：单根垂直接地极的电阻： （31） （32） （33）式中：电阻率； h的底层深度； L垂直接地体的长度； d垂直接地体的直径； 上层土壤电阻率； 下层土壤电阻率； 等值电阻率；为了充分利用下层较低电阻率的地层来降阻，应多布置一些垂直接地极，并使接地极深入下层土壤的深度要大一些，但深井接地极也有互相屏蔽的问题，布局时应尽量减少屏蔽。（3）

33、土壤为不均匀土壤，但下层的土壤电阻率2高于上层的土壤电阻率1，这种地质结构多为山区，上层为土壤，下层为岩石，这种情况再采用深井法降阻效果不大，也就没有必要再采用深井法降阻，因为打井的费用要比水平接地体高许多倍，且降阻效果还没有水平接地体的效果好，应尽量采用外延扩网的方法降阻。深埋接地极埋设选择时应注意以下几点：首先用等距四极法测量土壤电阻率，并改变极间距离a，测量不同深度的土壤电阻率，找出地层深处电阻率最小的地层，选定若干个深埋接地点，并进行比较。这些深埋地点出地层深处电阻率是较小者外，还应是电阻率随深度增加而减小较快者，即高电阻率的地面覆盖层的厚度不大，或地下水位较高的地方。在岩石地区选择深

34、埋地点时，应在地质和物探人员的协助下，仔细勘测和分析地下水的位置和深度特别是选择那些在水库蓄水后及引水系统放水后，使地下水位升高的地方。在多年冻土地区，深埋接地体可以选择在融区处。在变电所附近的地区，如发现有金属矿体，可将深埋接地体插入矿体上，利用矿体来延长接地的范围。当地面的电阻率较高，一般浅埋的水平接地网主要是起均压作用。因此，深埋接地体可以放在均压网内。为了减少屏蔽，最好放在接地网，或接地网四周。在深埋接地体的施工方法中，利用钻井法可把平面地网组成立体地网，这时地面的电位分布比较均匀，可以降低设备的接触电压和地面的跨步电压。接地电阻不会受季节的影响，但由于打井所需施工的费用较高，所以一般

35、情况下不采用。而且，深井法也有垂直极的互相屏蔽问题，如需用立体地网，垂直极也应放在地网四周，极间距离应为垂直接地极长度的2倍。3.1.4扩网及设置水下地网若在条件许可的条件下，扩大接地网面积和设置水下、水底、岸边地网是降低接地电阻最有效，也是最常用的方法。由公式 （34） 可知，地网接地电阻的大小，主要取决于接地网的面积。但如果接地电阻率值过高，比如 3000 m ，那么要把接地电阻降到 0.5以下，地网面积的方根达到 3000m，地网面积要达到30003000=9000000（），要建设这么大的接地网几乎是不可能的。但扩网前一定要对变电所周围的地形情况进行认真勘察，看是否有土壤电阻率较低的地

36、方，并应尽量利用这些土壤的电阻率低的地方扩网。 在实际接地工程中，往往会遇到没有可直接利用的地形扩大接地网，这时要注意现场实际情况，采用扩网和水平外延相结合的方法，即从变电所的四周想办法，用水平接地体外延。遇到土壤电阻率较低的场所能建立地网的尽量建立地网，另外再加上使用降阻剂，即能把变电所的工频接地电阻降到0.5以下。 需要指出的是，外延接地、扩网和水下地网，接地体都位于变电所的外部，要严格验算其跨步电压，保证其安全性，另外还要加强保持，防止破坏，防止腐蚀，保证接触装置的可靠运行。3.1.5填充电阻率较低的物质或降阻剂人工改善土壤电阻率经过近年来一系列的实践证明，人工改善接地装置附近的土壤电阻

37、率是降低接地网工频接地电阻的有效而又常用的措施。由式（34）可见，离开接地电极距离为接地电极尺寸10倍以内的土壤对接地电阻起着很大的作用。接地电阻除了与接地网的面积A直接相关外，还与当地的土壤电阻率直接相关。当接地电阻的面积一定时，接地电阻与土壤电阻率成正比，这就是启示我们要降低接地网的工频接地电阻，除了可以增大接地网的面积外，如果能像办法降低土壤电阻率，也可以达到降阻的目的。改善土壤电阻率的办法有： 换土法即使用电阻率较低的土壤来换掉电阻率较高的土壤，这种方法虽有效果，但对于大中型地网由于工程量太大而很少使用；工厂废渣填充法，即利用附近工厂的废渣，做到综合利用。置换材料的特性应保证：电阻率低

38、、不易流失、性能稳定、易于吸收和保持水分、无强烈腐蚀作用，并且施工方便、经济合理，但这种置换方法由于受材料的来源限制，局限性较大，同时有些废渣对钢接地体有腐蚀作用，所以仅在一些发电厂的地网和工业区的接地网有少量采用。目前最常用的是各种降阻剂法，降阻剂可以分为化学降阻剂、物理降阻剂、树脂降阻剂，还有稀土降阻剂和膨润土降阻剂。降阻剂的使用应结合上述的各种降阻方法一起使用。值得注意的是： （1）在大中型地网内施加降阻剂主要是起到均压作用，对降低地网接地电阻效果不太明显，这是因为内部的散流收到屏蔽的缘故。 （2）降阻的降阻效果是通过合理的设计和施工体现出的，并不是说施加了某某降阻剂就能把接地电阻降低到

39、百分之几。 （3）有些降阻剂对钢接地体具有防腐作用，但有些降阻剂对钢接地体的腐蚀性却很强，使用时应多加注意。 （4）降阻剂的稳定性和扩散性也好似相互矛盾的，扩散快的易随水土流失，而性能稳的扩散慢。 目前我们常用的是GPF-94高效膨润土降阻剂。它的主要机理分一下四个方面：在接地体施加该降阻剂后，由于加水后膨胀到原体积的2到3倍，也就相当于扩大了接地的有效截面，填充了接地体周围的土壤间隙，使接地体的有效散流面积增大，从而使接地电阻降低。添加该降阻剂后，由于降阻剂一方面与接地体紧密接触，另一方面其具有较大的膨胀系数，膨胀后与周围的土壤紧密接触，从而达到消除接地体与土壤的接触电阻。该降阻剂的另一个机

40、理就是随着其向周围土壤渗透、扩散改善土壤的电阻率。当其施加与接地体周围后，随着时间的推移，尤其是在雨后，降阻剂中的导电离子会逐渐向周围土壤渗透和扩散，从而使周围土壤的电阻率不断下降。大地导电主要是离子导电，而电解质必须在有水的情况下才能离解为导电粒子，由于干燥的土壤是不导电的，这也是干旱季节为什么接地装置的接地电阻变大的原因。GPF94高效膨润土降阻剂由于具有较强的吸水性和保水性，这一点对改善土壤导电非常重要。3.2对于城市GIS变电所的综合降阻措施前面提到外延接地降阻法、深井立体地网法、扩网法、水下接地网法和降阻剂法，但是在实际的工程操作中，并不单单只使用某一种方法，即要通过现场的勘察、测量

41、、论证，看土壤是否为均匀土壤，周围有没有土壤电阻率低的地方（2000m范围以内）可以用来外引接地装置，有没有扩网的位置及位置大小，地下有没有电阻率低的地质层，附近有没有可以利用的水资源和土壤较湿的地方，做好认真的技术经济分析。根据变电所的规模及接地短路电流的大小，按照接地电阻及接地均压的要求，经过认真的分析计算决定采用哪种接地降阻措施。 之前讲过的是接地降阻常用的方法，但针对城市小型化变电所不是都适用的，或者说是在一定条件下才能进行使用。对于本课题，以下措施是要重点考虑的： （1）充分利用自然接地体。利用建筑物的基础地网和城市的供、排水管道等，这些都是很好的可以利用的自然接地体。但在利用这些自

42、然接地体时，要进行严格的计算和测量，防止在变电所发生接地短路时，造成高电位的外引。 （2）充分利用变电所的周边地形。当变电所周围有道路、围墙等空隙时，要充分利用设置外延接地。但也应当注意，要严格计算跨步电压，保证外延接地地带的安全性，以免对行人造成人身安全上的危害。（3）采用深井接地。采用深井接地，首先应勘察变电所的地质结构，当土壤深层有较低土壤电阻率时，可采用深井接地来降低接地电阻。 （4）利用降阻剂进行降阻。对于城市GIS变电所，非常适合利用降阻剂法进行降阻。，在大中型地网中，降阻剂主要起到均压防腐措施，而对于城市小型化GIS变电所，降阻剂的降阻效果却是非常明显的。不过在选择降阻剂时，一定

43、要选择降阻性能好、无腐蚀性、能稳定降阻的降阻剂进行降阻。比如 GPF-94 高效膨润土降阻，此降阻剂在实际使用中已解决了许多大、中型接地装置的降阻问题，其中有在一些城市小型化变电所的接地中，有取得了良好的接地效果。论证变电站地网和周围建筑物地网的连接方式。4、城市GIS变电所接地装置的腐蚀及防腐措施由于接地装置一般只能运行于地下，运行环境恶劣，非常容易发生腐蚀，而对于城市GIS变电所的接地装置，其位于市区内部，所以其土壤较外部自然环境中的更加复杂，所以在考虑接地装置降阻的同时也要考虑到接地装置的受腐蚀与防腐措施，本章将对接地装置在不同环境下的腐蚀机理进行分析，并得出最好的接地装置防腐措施。4.

44、1接地装置的腐蚀机理分析接地装置的腐蚀，按环境分类，主要是属于自然环境下的腐蚀；按腐蚀机理分主要属于化学腐蚀和电化学腐蚀。（1）化学腐蚀化学腐蚀是指金属表面和非电解质 发生纯化学作用而引起的坏。其反应过程的特点是金属表面的原子与非电解质中氧化剂直接发生氧化还原反应，形成某种腐蚀产物。腐蚀过程中电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，因而没有电流产生。其实在实际中纯化学腐蚀的情况不多。主要为金属在无水的有机液体和气体中的腐蚀以及在干燥空气中的腐蚀，对接地装置来说，主要是接地线在空气中的腐蚀。（2）电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质（电解质）发生电化学反应而引起的破坏。任何以电化学

45、机理进行的腐蚀反应至少包含一个阳极反应和一个阴极反应，并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流形成回路。阳机反应是氧化过程，即金属离子从金属转移到介质中并放出电子；阴极反应为还原过程，即介质中的氧化剂组分吸收来自阳极的电子过程。例如，碳钢在随行溶液中腐蚀时，在阳极区铁被氧化为Fe2+离子，所放出的电子由阳极（Fe）流至钢中的阴极（Fe3C）上被+H离子吸收而还原称为氢气，即阳极反应：FeFe2+2e阴极反应：2H+2eH2总反应：Fe+2H+Fe2+H2由此可见，与化学腐蚀不同，电化学腐蚀的特点在于，它的腐蚀可分为两个相对独立并可同时进行的过程。由于在被腐蚀的金属表面上存在着时间或空间上分开的

46、阳极区和阴极区，腐蚀反应过程中的电子地传递可通过金属从阳极区流向阴极区，其结果必有电流产生。由上述电化学腐蚀机理可知，金属的电化学腐蚀实质上是指短路的电偶电池作用的结果。这种原电池称为腐蚀电池。电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀。金属在海水、土壤、大气和各种电解质溶液中的腐蚀都属此类。其实电化学作用既可单独引起金属腐蚀，又可和机械作用、生物作用共同导致金属腐蚀。（3）微生物引起的腐蚀在缺氧的土壤中，金属腐蚀过程似乎难以进行，但这种土壤条件却有利于某些微生物的生长。这些细菌极有可能引起土壤物理和化学性质的不均匀性，从而造成氧浓差电池腐蚀。细菌在生命活动中产生硫化氢、二氧化碳和酸腐蚀金属。细菌还可能

47、参与腐蚀的电化学过程，在缺氧的中性介质中，因氢的电位过高，阴极氢离子的还原比较困难，所以阴极上只有一层吸附氢。硫酸盐还原菌能消耗氢原子，是去氢化反应顺利进行，即：阳极反应：FeFe2+2e水的电离：H2OH+OH-阴极反应：H+eH吸附总反应：4Fe+S+4H2OFeS+3Fe+2OH-在硫酸盐被还原的同时，铁被腐蚀生成FeS 和Fe两次腐蚀产物。在土壤中由于污物发酵结果产生硫代硫酸盐，有利于排硫杆菌的繁殖，生成元素硫，而氧化硫杆菌将硫化物又氧化成硫酸，造成底下金属构件的严重腐蚀。4.2接地装置的腐蚀环境其实接地装置去的腐蚀最直接的关系就是与其接触的环境有关，所以通过分析得出接地装置接触的三种

48、环境便是：土壤、大气和海水。（1）大气腐蚀大气腐蚀指的是暴露在空气中金属的腐蚀。大气腐蚀基本上属于电化学腐蚀范围，它是一种液膜下的电化学腐蚀，和浸在电解质溶液中的腐蚀有所不同。由于金属表面存在着一层饱和了氧的电解液薄膜，使大气腐蚀以优先的氧去极化过程进行腐蚀。另一方面在薄层电解液下很容易造成阳极钝化的适当条件，固体腐蚀产物也常以层状沉积在金属表面，因而带来一定保护性。从腐蚀条件看，大气中主要成分是水和氧，而大气中水分决定大气腐蚀速度和历程的主要因素。因此，经过一系列的研究我们总结出根据腐蚀金属表面的潮湿程度可把大气腐蚀分为以下几类：干的大气腐蚀，也叫干的氧化和低温下的腐蚀，就是金属表面基本上没

49、有水膜存在时的大气腐蚀，这种腐蚀属于化学性腐蚀的常温氧化。潮的大气腐蚀，相对温度在100以下，金属的肉眼不可见的薄水膜下进行的腐蚀。湿的大气腐蚀，即水分在金属表面上凝聚成肉眼可见的液膜层时的大气腐蚀。（2）土壤腐蚀土壤腐蚀是一种电化学腐蚀，土壤中还有水分、盐类和氧。大多数土壤是中性的，但有些土壤是碱性的粘土，pH值大概在7.59.5。也有些土壤时酸性的，pH大概在36。土壤中大都含有固体颗粒沙子、灰泥渣和植物腐烂后的腐殖土。土壤是无机和有机胶质混合颗粒的集合，是由土粒、水、空气组成，结构相对复杂。土壤颗粒间形成大量毛细管微孔或孔隙，孔隙中充满空气和水，一般大部分形成胶体体系，是一种离子导体。溶

50、解有盐类和其他物质的土壤水，则是电解质溶液，土壤的导电性与土壤的干湿程度及含盐量有关。土壤的性质和结构是不均匀、多变的，土壤的固体部分对埋设在土壤中饭接地体的金属表面来说是固定不动的，而土壤中气、液则是可做相对有限运动的。这些性质，尤其是电化学特性直接影响着土壤的腐蚀过程的特点，使不同土壤的腐蚀性差别很大。土壤的腐蚀类型一般有：微电池和宏观电池引起的土壤腐蚀杂散电流引起的土壤腐蚀土壤中微生物引起的腐蚀。防止土壤腐蚀一般采取的措施：覆盖层保护，较广泛采用的是石油沥青和煤焦油沥青的覆盖层，一般用填料加固等。耐蚀金属材料和金属镀层，采用某些合金钢和有色金属来防止土壤腐蚀。处理土壤，一般采用石灰处理酸

51、性土壤，或在地下构件周围填充石灰石碎块，移入侵蚀性小的土壤。在接地体四周施加高效膨润土降阻防腐剂进行保护（3）海水腐蚀在高压直流输电系统中为了降低接地电阻，防止接地极发热，有时需要建立岸边和海水中的接地装置。 海水腐蚀的特征：海水腐蚀是氧去极化过程，多数金属受氧的去极化阴极过程控制。过程的快慢取决于氧的扩散的快慢。海水中还有大量的Cl-离子，对于大多数的金属，其阳极阻滞程度是很小的。在海水中用提高演技阻滞的方法来防止铁基合金腐蚀作用是有限的。海水的电导率很大，电阻性阻滞很小，在金属表面形成的微电池和宏观电池都有较大的活性。在海水中异种金属的接触能造成显著的电偶腐蚀，且作用强烈，影响范围较远。海

52、水中除发生均匀腐蚀外，还易发生局部腐蚀，由于钝化膜的破坏，最易发生孔蚀和缝隙腐蚀，且在高流速的情况下，还易产生空蚀和冲击腐蚀。4.3防止接地体腐蚀的主要措施对于接地体的防腐主要从以下几个方面来考虑：（1）接地装置要尽量铺设在远离强腐蚀性的场所和严重污染的场所，要尽量避开透气性较强的啥时地带，因为在这些场所不但降阻困难，且还因为氧的渗透性强，而容易造成接地体的腐蚀。接地体要埋的足够深，因为把接地体埋设到一定的深度不但是接地电阻得到盖申，而且下层土壤的含氧量小，从而减小腐蚀速度。（2）对于缓蚀剂的使用，缓蚀剂是一些少量加入腐蚀介质中就能显著减缓或阻止金属腐蚀的物质，其防护金属的优点在于用量少，见效

53、快，成本低，使用方便。缓蚀剂的保护效果与金属材料的种类、性质和腐蚀介质的性质、温度、流动情况有密切关系。（3）接地装置所发生的腐蚀基本上都是电化学腐蚀，所以在防腐蚀保护措施上可采取电化学保护，而电化学保护又分为阴极保护和阳极保护。阴极保护是使金属构件作为阴极，通过阴极极化来消除该金属表面的电化学不均匀性来达到保护的目的。阳极保护时将被保护的金属设备与外加直流电流的正极相连，在腐蚀介质中使其阳极极化到稳定的钝化去，金属设计就得到保护。结合福建省某110KV变电站设计出最佳接地方案5.1该变电站的总体情况概述110k福建某变电站是福建省电业局规划建设的一座城市综合用地变电站，位于某市内。该变电站与

54、周围居民楼相邻，一同被规划，由于位于市区内，土地使用非常紧张，所以变电站规划的设计面积比较小，而且无法使用外引接地。我们都知道变电站的接地直接关系到电气设备的安全和人身安全，特别是现如今随着微机保护和综合自动化设备的大量投运对接地提出了更高和更严的要求，而该变电站本身面积就比较小，又与居民楼相临，所以设计安全可靠的接地更加重要。5.2现场地形、地势分析该110kv变电站属于城市综合用地小型化变电站，规划建在市区内，而且与居民楼相临。变电站由于规划面积较小，而且位于市区，所以无法使用外延扩网，这给降低接地电阻带来了很大的困难。从现场土壤电阻率的实际测量情况来看，a=5米时，土壤电阻率约为200.

55、m,（测点1周围可能存在下水管道，会使其土壤电阻率的测量值偏低）而深层会更低。所以可以考虑在规划区域内铺设地网的同时，做深井接地极来降低接地电阻。周围居民区的地网是否与变电站地网相连，则要看实际的计算结果，比较相连与否的安全性。根据现场的测试情况，我们得出：、a=5m, R=1.5 =2 =2Ra=21.552.0=94.2.m。 a=10m, R=1 =2=2Ra=21102.0=125.6.m、a=5m, R=3 =2.0=2Ra=2352.0=188.4.m5.3该变电站地网设计的目标和任务110kv该变电站的接地设计的主要目标和任务：1、设计合理的地网，使地网的接地电阻降到0.5以下。

56、2、对铺设的地网采取严格的防腐措施，使其在寿命期内满足接地短路电流动热稳定的要求；3、使地网满足良好的地网均压的要求，能够很好的保护微机保护系统和综合自动化系统。4、设计变电站地网和周围居民楼建筑地网的连接关系，以确保跨步对人体没有伤害5.4该变电站地网的设计与计算 5.4.1接地网的设计在地面下1.5米深处铺设地网，并在周围打深井接地极。接地网铺设在整个用地规划区域内，包括变电站区域和居民用地区域，深度在地下1.5米处（指变电站开挖3.5米之后的深度）。由于建筑楼下本身铺设有接地网，所以接地网不用覆盖建筑楼所占区域。在地网内铺设成7m7m网孔的方孔地网，这样可以起到地网均压的作用，能很好地保

57、护微机变电站保护系统和综合自动化系统。该层地网主要起降阻、均压的作用。当有接地网与建筑物地网相连时：接地网的接地电阻这时接地网面积应为这个规划区域面积。总面积S=8988m2,，土壤电阻率按=200.m计算接地电阻该值不能满足0.5的目标值要求，为了降阻和防腐的共同要求需要在水平接地体四周加GPF-94高效膨润土降阻防腐剂进行降阻防腐处理。接地体四周加该降阻防腐剂后接地电阻为:Rg2=Rg1kfKp式中Rg1未施加降阻剂时的工频接地电阻, ；Rg2施加降阻剂以后，接地装置的接地电阻，；Kf降阻剂的降阻系数，其值与施加降阻剂的截面尺寸有关;kp:一大型地网的屏弊系数,对大型地网；kp一般为1.2

58、1.4。取降阻剂的施加尺寸为0.30.2则Kf=0.4,Rg2=Rg1kfKp=1.050.41.3=0.546。Kf的值与断面尺寸关系表：降阻剂施加截面尺寸m20.40.30.30.30.30.20.20.20.20.150.150.15 降阻系数0.250.350.40.50.60.8每米用量(kg)604530201511当变电站地网与居民楼地网不相连时：、变电站地网的接地电阻由于下层接地网没有覆盖居民楼所在区域，所以此时面积只能按变电站规划区域面积计算。S=2709 m2,接地电阻为了降阻和防腐的共同要求需要在水平接地体四周加GPF-94a高效膨润土降阻防腐剂进行降阻防腐处理。接地体四

59、周加该降阻防腐剂后接地电阻为:Rg2=Rg1kfKp取降阻剂的施加尺寸为0.30.2则Kf=0.4,Rg2=Rg1kfKp=1.9210.41.3=0.999。Kf的值与断面尺寸关系表：降阻剂施加截面尺寸m20.40.30.30.30.30.20.20.20.20.150.150.15 降阻系数0.250.350.40.50.60.8每米用量(kg)604530201511、深井接地极的接地电阻在变电站区域四角打四口深井。深层土壤电阻率按平均180.m计算，由于施加的GPF-94降阻剂本身的电阻率远小于180.m，所以深井接地极的接地电阻可以用计算，每口深井的接地电阻为5.15。4口深井并联后接地电阻为： .下层地网的接地装置和深井接地极并联后，考虑互感因素后，接地