110KV變電站接地網(wǎng)改造（降阻）實(shí)施方案

一、 變電站接地概述:接地網(wǎng)作為變電站交直流設(shè)備接地及防雷保護(hù)接地，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著重要的作用。由于接地網(wǎng)作為隱性工程容易被人忽視，往往只注意最后的接地電阻的測(cè)量結(jié)果。隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的升高及容量的增加，接地不良引起的事故擴(kuò)大問題屢有發(fā)生。因此，接地問題越來越受到重視。變電站地網(wǎng)因其在安全中的重要地位，一次性建設(shè)、維護(hù)困難等特點(diǎn)在工程建設(shè)中受到重視；另外，在設(shè)計(jì)及施工時(shí)也不易控制，這也是工程建設(shè)中的難點(diǎn)之一。因此，為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，降低接地工程造價(jià)，應(yīng)采用最經(jīng)濟(jì)、合理的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)思路。

 二、 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案
 1. 引用標(biāo)準(zhǔn)
 DL/T621-97 《交流電氣裝置的接地》
 GBJ65-83 《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》
 GB50059-92 《35-110KV變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》
 GB50057-94 《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》
 2. 環(huán)境概況
 A、變電站總占地面積為90×80共7200平方米。
 B、工程所在地土層平均厚度約為5米估算；
 C、工程為110kv變電站；
 D、土壤電阻率估測(cè)為160Ω?m；     

結(jié)論：變電站位于河床旁，由現(xiàn)場(chǎng)勘察和土壤電阻率測(cè)量可知，變電站地質(zhì)結(jié)構(gòu)表層為黏土，地層為卵石，片巖為主�？紤]季節(jié)系數(shù)，設(shè)計(jì)用土壤電阻率取160Ω?m；3. 設(shè)計(jì)方案1. 接地環(huán)采用Φ14.2鍍銅鋼棒；2. 站內(nèi)采用30處深12mΦ14.2鍍銅鋼棒深埋接地體； 3. 在站內(nèi)圍墻內(nèi)四角處安裝4套長效電解離子接地系統(tǒng)；4. 變電站原地網(wǎng)保留不拆除，與新地網(wǎng)可靠連接；5. 主地網(wǎng)采用95mm2引至地面200mm，再采用50*5鍍鋅扁鋼與架構(gòu)相連接；6. 接地系統(tǒng)焊接工藝采用目前最先進(jìn)“凱威火泥熔接”技術(shù)連接；
4. 設(shè)計(jì)計(jì)算
1) 接地體的熱穩(wěn)定校驗(yàn)：
接地線的最小截面應(yīng)符合下式要求：
本方案中采用的主網(wǎng)材料為紫銅排， C＝210；當(dāng)短路電流值取20KA,te＝1s時(shí)，Sg>95mm2。本設(shè)計(jì)采用的鍍銅鋼棒截面為120mm2,完全滿足要求。

（鍍銅接地棒與水平鍍銅鋼絞線T型焊接圖）
2) 接地網(wǎng)的腐蝕
接地網(wǎng)的腐蝕狀況在八十年代及以前變電站的設(shè)計(jì)中，很少或根本就沒有考慮地網(wǎng)的腐蝕問題。由于地網(wǎng)腐蝕引起的安全事故屢有發(fā)生，如接地引下線斷開使高壓運(yùn)行設(shè)備處于無接地狀態(tài)，地下主網(wǎng)腐蝕斷裂使地網(wǎng)分割成幾塊，發(fā)生接地時(shí)使二次設(shè)備燒壞等。另外，由于地網(wǎng)屬隱蔽工程，埋于地下后不易檢查、修復(fù)等，因此，從設(shè)計(jì)的角度應(yīng)加大對(duì)地網(wǎng)腐蝕的調(diào)查研究，以便有利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行。一般變電站的設(shè)計(jì)年限按25～30年考慮，但地網(wǎng)的實(shí)際安全壽命只有10～15年左右，與變電站的設(shè)計(jì)年限極不配套。加之，由于系統(tǒng)容量的增加，短路水平的提高，腐蝕后的地網(wǎng)更不能滿足安全運(yùn)行的要求。
接地網(wǎng)的防腐設(shè)計(jì)接地網(wǎng)的材料一般為扁鋼和圓鋼，其腐蝕狀態(tài)應(yīng)根據(jù)變電站當(dāng)?shù)氐母�蝕參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。但一般情況下其腐蝕參數(shù)很難測(cè)定。因此，在工程設(shè)計(jì)沒有實(shí)際數(shù)據(jù)時(shí)按扁鋼腐蝕速度：0.1 -0.2 mm/a；圓鋼腐蝕速度：0.065 -0.07 mm/a；熱鍍鋅扁鋼腐蝕速度：0.065 -0.07 mm/a計(jì)算。在計(jì)算時(shí)，還應(yīng)考慮不同敷設(shè)部位腐蝕情況不同的影響，可參考以下數(shù)據(jù)。采用扁鋼接地網(wǎng)的年腐蝕率，當(dāng)接地網(wǎng)部位為水平接地體時(shí)年腐蝕速度：0.1 -0.12 mm/a；為設(shè)備引下線時(shí)年腐蝕速度：0.2 -0.3 mm/a；為電纜溝中的接地帶時(shí)年腐蝕速度：0.47 mm/a�！　�
對(duì)于一般變電站地網(wǎng)的設(shè)計(jì)年限不應(yīng)小于30年，對(duì)于重要樞紐變電站的地網(wǎng)壽命應(yīng)按50年考慮。這兩種情況都不大于規(guī)程規(guī)定的設(shè)計(jì)年限，但更接近于實(shí)際。關(guān)于地網(wǎng)材料的選用問題，常規(guī)選用扁鋼和圓鋼兩種，相同截面的扁鋼與圓鋼與周圍土壤介質(zhì)的接觸面不一致，扁鋼約為50%左右，但由于其腐蝕機(jī)理不完全一致，腐蝕結(jié)果基本上一致，這已從陜西電網(wǎng)和青海電網(wǎng)地網(wǎng)腐蝕調(diào)查報(bào)告中已得到確認(rèn)，而且規(guī)程中也提供了不同的腐蝕數(shù)據(jù)。因此，我們選用強(qiáng)耐腐蝕性能的鍍銅鋼棒作為接地體，確保在30年內(nèi)免維護(hù)。
3) 跨步電壓和接觸電壓
《交流電氣裝置的接地》(DL/T621-97)中對(duì)接地電阻值有具體的規(guī)定，一般不大于0.5Ω。在高土壤電阻率地區(qū)，當(dāng)接地裝置要求做到規(guī)定的接地電阻在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上極不合理時(shí)，大接地短路電流系統(tǒng)接地電阻允許達(dá)到5Ω，但應(yīng)采取措施，如防止高電位外引采取的電位隔離措施，驗(yàn)算接觸電勢(shì)，跨步電壓等。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，主要是以發(fā)生接地故障時(shí)，接地電位的升高不超過2000V進(jìn)行控制，其次以接地電阻不大于0.5Ω和5Ω進(jìn)行要求。
接地的實(shí)質(zhì)是控制變電站發(fā)生接地短路時(shí)，故障點(diǎn)地電位的升高，因?yàn)榻拥刂饕�是為了設(shè)備及人身的安全，起作用的是電位而不是電阻，接地電阻是衡量地網(wǎng)合格的一個(gè)重要參數(shù)，但不是唯一的參數(shù)。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增大，一般情況下單相短路電流值較大，變電站大部分接地電阻又很難做到0.5Ω。因此，從安全運(yùn)行的角度出發(fā)，不管在什么情況下，都應(yīng)該驗(yàn)算地網(wǎng)的接觸電勢(shì)和跨步電壓，必要時(shí)應(yīng)采取防止高電位外引的隔離措施。
接地短路電流分析當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，產(chǎn)生的接地短路電流經(jīng)三種途徑流入系統(tǒng)接地中性點(diǎn)。(1)經(jīng)架空地線—桿塔系統(tǒng);(2)經(jīng)設(shè)備接地引下線，地網(wǎng)流入本站內(nèi)變壓器中性點(diǎn);(3)經(jīng)地網(wǎng)入地后通過大地流回系統(tǒng)中性點(diǎn)。而對(duì)地網(wǎng)接地電阻起決定性作用的只是入地短路電流。所以，正確地考慮和計(jì)算各部分短路電流值，對(duì)合理地設(shè)計(jì)地網(wǎng)有著很大的影響。
架空地線系統(tǒng)的影響對(duì)于有效接地系統(tǒng)110kV以上變電站，線路架空地線都直接與變電站內(nèi)出線架構(gòu)相連。當(dāng)發(fā)生接地短路時(shí)，很大一部分短路電流經(jīng)架空地線系統(tǒng)分流，因此，在計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮該部分分流作用，發(fā)生接地故障時(shí)，總的短路電流是一定的，只要增大架空地線的分流電流，就可減小入地短路電流，因此，降低架空地線的阻抗也是安全接地設(shè)計(jì)重要的一個(gè)分支。架空地線采用良導(dǎo)體，正確利用架空地線系統(tǒng)分流，將使地網(wǎng)的設(shè)計(jì)條件更為有利。
入地短路電流從上述分析可知，入地短路電流是總的接地短路電流減去架空地線的分流，再減去流經(jīng)變壓器中性點(diǎn)的電流(也就是流經(jīng)變電器的零序電流)。如此計(jì)算，入地短路電流值相對(duì)比較小。由于接地電阻允許值R≤2000I，所以接地電阻相應(yīng)的允許值就比較大，設(shè)計(jì)也容易滿足。另外，對(duì)于一個(gè)給定的地網(wǎng)，其接地電阻也基本確定:從R≈0.5ρ/S可知，對(duì)實(shí)際的接地網(wǎng)面積減少有很大影響。
在110kV以上有效接地系統(tǒng)和6-35kV低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地和同點(diǎn)兩相接地時(shí)，變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過下列數(shù)值：
Ut―――接觸電位差
Us―――跨步電位差
t――――接地短路（故障）電流持續(xù)實(shí)際
短路時(shí)間t取0.8s，在地表面沒有高阻層時(shí)，可以計(jì)算得出：
Ut＝224.95 V
Us＝319.76 V
為保障電力系統(tǒng)故障瀉流時(shí)，附近人員的人身安全，應(yīng)盡量降低跨步電壓（接觸電勢(shì)），《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ65-83第2.0.8條規(guī)定，在人員出入路口使用礫石或?yàn)r青覆蓋，地表面電阻率為3000Ω.m，可以得出
Ut＝967.32 V
Us＝3215.92 V
4) 接地體的接地電阻：
原接地網(wǎng)接地電阻：
式中：
ρ（Ω.m）-----土壤電阻率；
d(m)------------接地體等效直徑；
S（m2）---------地網(wǎng)面積；
H(m)------------埋設(shè)深度；
L(m)------------接地極長度(m) ；
A---------------形狀系數(shù)
原地網(wǎng)接地電阻為R原＝0.684Ω
上式表明，傳統(tǒng)的接地方式在土壤電阻率已經(jīng)確定的情況下，要想達(dá)到設(shè)計(jì)要求的電阻必須有足夠的接地面積，要降低接地電阻只有擴(kuò)大接地面積，每擴(kuò)大4倍的接地面積，接地電阻會(huì)降低一倍。
式（2）、（3）表明，在上述的接地網(wǎng)中，要降低接地電阻的另一個(gè)方法是加大接地材料的尺寸，但是耗材太大而且效果并不理想。以下降低接地電阻的一些常用的合理的方法。
為了達(dá)到降低接地網(wǎng)接地電阻之目的，首先需要從理論上研究降低接地電阻的方法。由公式R=ρε/C可以看出，降低接地電阻有以下兩種途徑，一是增大接地體幾何尺寸，以增大接地體的電容C；二是改善地質(zhì)電學(xué)性質(zhì)，減小地的電阻率ρ和介電系數(shù)ε。
接地網(wǎng)是在接地系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由接地環(huán)（網(wǎng)）、接地極（體）和引下線組成，以往常有種誤解，把接地環(huán)作為接地的主體，很少使用接地體，在接地要求不高或地質(zhì)條件相當(dāng)優(yōu)越的情況下，接地環(huán)也能夠起到接地的作用，但是通常的情況下，這是不可行的，接地環(huán)可以起到輔助接地地作用，主導(dǎo)作用是用接地體來完成的。
依據(jù)電容概念，增加垂直接地體可以增大接地網(wǎng)電容。當(dāng)增加的垂直接地體長度和接地網(wǎng)長、寬尺寸可比擬時(shí)，接地網(wǎng)由原來的近似于平板接地體趨近于一個(gè)半球接地體，電容會(huì)有較大增加，接地電阻會(huì)有較大減小。由埋深為零半徑為ｒ的圓盤和半徑為ｒ的半球電容之比４εr／２πεr可得，接地電阻將減�。常叮�。但是對(duì)于大型接地網(wǎng)，其電容主要是由它的面積尺寸決定，附加于接地網(wǎng)上有限長度（２～３ｍ）的垂直接地體，不足以改變決定電容大小的幾何尺寸，因而電容增加不大，亦接地電阻減小不多。所以大型接地網(wǎng)不應(yīng)加以增加垂直接地體作為減小接地電阻的主要方法，垂直接地體僅作為加強(qiáng)集中接地散泄雷電流之用，因此，唯一有效的途徑是采用深埋接地。
5) 深埋接地極
單根深埋接地極接地電阻：采用單根深埋接地極時(shí)的接地電阻為：
式中：
ρ（Ω.m）-----土壤電阻率；
L--------------深埋接地極的長度，m
d--------------深埋接地體等效直徑；
d＝20m時(shí)，可計(jì)算出單根深埋接地極接地電阻R單＝10.611 Ω
復(fù)合深埋接地極接地電阻：
其中a=ρ/2πRs
Rn----n個(gè)深埋接地極并聯(lián)，Ω
R---- 一個(gè)接地點(diǎn)的接地電阻Ω
s---- 并聯(lián)接地點(diǎn)之間的距離 m
ρ----土壤電阻率，Ω?m
λ---- 調(diào)整系數(shù)，40根時(shí)取15；
可以算出40根深埋接地極接地電阻Rn＝0.503 Ω
6) 長效電解離子接地系統(tǒng)接地電阻：
單根長效電解離子接地系統(tǒng)接地電阻：
R離＝0.2×k×ρ
式中：
ρ（Ω.m）-----土壤電阻率；
k--------------影響系數(shù)，與埋設(shè)截面，電解液擴(kuò)散等有關(guān)，這里取0.15可計(jì)算出單根深埋接地極接地電阻R離＝3.9Ω
4根長效電解離子接地系統(tǒng)接地電阻：R4＝λ×R離/n
式中：
λ-----并聯(lián)系數(shù)，與間距，數(shù)量，分布等有關(guān)，這里取2；
n------電解離子數(shù)量
計(jì)算得出　　R4＝2.08Ω
7) 總體接地效果：
R總＝R原// Rn// R4/N式中N為效果系數(shù)，這里取0.8可以算出R總＝0.358 Ω
結(jié)論：
針對(duì)該110kV變電站實(shí)際情況，凱威電氣設(shè)備有限公司公司采用深埋40處鍍銅接地極和4套長效電解離子接地系統(tǒng)，完成后其綜合效果可以將變電站接地電阻降為0.358 Ω，地網(wǎng)工程由很多未知因數(shù)影響，設(shè)計(jì)有可能在施工實(shí)際中發(fā)生偏差。