變電站接地設(shè)計(jì)若干經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

蔡文嬋+許爽

摘 要：近些年來(lái)電力系統(tǒng)容量在不斷地增加，變電站面積卻在不斷地減少，因此，對(duì)變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)工作也變得越來(lái)越困難。該文筆者即結(jié)合個(gè)人在變電站接地工程設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就接地工程設(shè)計(jì)問(wèn)題以及部分降阻措施應(yīng)該注意的具體事項(xiàng)展開(kāi)粗淺的探討，以期為營(yíng)造一個(gè)更加安全、高效的地網(wǎng)提供有益的鋪墊。

關(guān)鍵詞：變電站 接地設(shè)計(jì) 電阻率 降阻

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（a）-0093-02

現(xiàn)如今伴隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，接地短路電流也是越來(lái)越大，因此，對(duì)接地就提出了更高的要求。然而，受到變電站用地面積的影響，使得許多變電站在選址時(shí)只能選擇在高土堆電阻率地區(qū)，也就使得變電站的接地設(shè)計(jì)工作變得更加困難。也正因如此，如何做好變電站接地設(shè)計(jì)工作則儼然已經(jīng)成為電力工作設(shè)計(jì)人員所面臨的首要課題。以下筆者即結(jié)合個(gè)人參加變電站工程施工設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就變電站接地設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行探討與總結(jié)，以供廣大同行參考借鑒。

1 變電站接地工程設(shè)計(jì)問(wèn)題

1.1 測(cè)量土壤的電阻率ρ

在計(jì)算并設(shè)計(jì)接地工程的過(guò)程中，首先應(yīng)該確定土壤電阻率ρ值。尤其是在現(xiàn)實(shí)情況下的土地分布情況也是千差萬(wàn)別的，因此，也就使得土壤在分布上往往極為不均勻且不存在任何的規(guī)律。所以，僅僅根據(jù)地質(zhì)勘察資料所得的土壤電阻率ρ值為依據(jù)，進(jìn)行接地工程設(shè)計(jì)，其所得設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際情況所得結(jié)果存在著極大的差值。也正因如此，要想測(cè)量出準(zhǔn)確的土壤電阻率ρ值，就必須從不同的水平方面入手對(duì)土壤電阻進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而找出土壤電阻率ρ值最低的方向，并在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，向著這個(gè)方向優(yōu)先延伸地級(jí)。

1.2 確保變電站接地電阻規(guī)定的有效執(zhí)行

結(jié)合電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有效接地、低電阻接地系統(tǒng)中變電站電氣裝置保護(hù)接地的接地電阻要求，可以清楚地看到，在一般情況下接地裝置的接地電阻都應(yīng)該符合式（1）的要求。如若接地轉(zhuǎn)子的接地電阻不滿(mǎn)足式（1）的要求時(shí)，那么此時(shí)則可以通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較對(duì)接地電阻進(jìn)行增大，但是增大的數(shù)值不得大于5 Ω。

Rd≤2 000/I （1）

式中：Rd為季節(jié)變化的最大接地電阻；I為計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流。

而通過(guò)分析我們可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于110 kV以及以上電壓等級(jí)變電站接地電阻數(shù)值的取值，運(yùn)行人員往往抱有兩種截然不同的態(tài)度。一種態(tài)度認(rèn)為，流入接地裝置的入地電流無(wú)論是大，還是小，在接地電阻取值上都必須確保其在0.5 Ω以下，可以說(shuō)這種想法是片面的、不科學(xué)的。另一種則認(rèn)為只要將接地電阻控制在0.5 Ω以下就可以了，這種想法同樣也是片面的、不科學(xué)的。而實(shí)際情況卻是，對(duì)于接地電阻大小的確認(rèn)，應(yīng)該根據(jù)接地裝置流過(guò)接地短路電流入地時(shí)，接地裝置的電位不超過(guò)2 000 V為基準(zhǔn)，并且充分利用現(xiàn)今的科學(xué)技術(shù)，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，進(jìn)而使得變電站能夠擁有足夠安全的電位。

同時(shí)，正確計(jì)算出基地裝置的入地短路電流也十分重要，這是因?yàn)槿氲囟搪冯娏鱅與接地電阻、接地線(xiàn)的熱穩(wěn)定、設(shè)備接觸電壓、跨步電壓計(jì)算等都有著最為直接的聯(lián)系。所以，在計(jì)算入地短路電流的實(shí)際過(guò)程中，我們首先計(jì)算出最大短路電流Imax，主要是根據(jù)在最大運(yùn)行情況下電力系統(tǒng)的短路阻抗所計(jì)算得出的設(shè)計(jì)平均電網(wǎng)非對(duì)稱(chēng)故障，具體計(jì)算，如下所示：

I=（Imax-Iz）（1-Kf1） （2）

I=Iz（1-Kf2）

式中：I為計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流；Iz為最大接地短路電流流經(jīng)變電站接地中性點(diǎn)時(shí)的最大短路電流；Kf1、Kf2為變電站內(nèi)、外短路時(shí)避雷線(xiàn)的工頻分流系數(shù)。

而在實(shí)際工作中往往一些電力施工技術(shù)人員會(huì)將接地短路電流直接當(dāng)成是入地電流，而不再考慮架空地線(xiàn)的分流以及變壓器中性點(diǎn)的分流，也就在計(jì)算的過(guò)程中造成了對(duì)接地電阻盲目的高要求。而針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們應(yīng)該堅(jiān)持要按照式（1）的要求計(jì)算出基地電阻，并且按照式（2）的要求計(jì)算出入地短路電流，進(jìn)而準(zhǔn)確確定出接地電阻。

2 變電站接地工程設(shè)計(jì)中部分降阻措施應(yīng)注意的具體事項(xiàng)

2.1 利用自然接地體降阻時(shí)應(yīng)做好事前規(guī)劃工作

眾所周知，變電站可利用的自然接地體主要包括以下4種：第一，變電站的主控樓以及高壓配電室的混凝土基礎(chǔ)；第二，各類(lèi)設(shè)備的鋼筋混凝土基礎(chǔ)；第三，架空輸電線(xiàn)路的地線(xiàn)-桿塔地系統(tǒng)；第四，地下掩埋的金屬自來(lái)水管以及有金屬外皮的電纜。因?yàn)樗鼈兊姆植驾^廣且較為密集，所以在接地工程中均可起到均衡電位的重要作用。所以，在接地工程中應(yīng)充分利用這些自然接地體達(dá)到降阻的目的。而要想充分利用好這些自然接地體就必須做好事前規(guī)劃工作。尤其是接地圖紙通常情況下要比土建施工圖紙出圖晚上很多，所以，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)與施工之前，首先應(yīng)該和土建施工人員做好溝通，進(jìn)而更好地了解土建基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，確定哪些自然接地體可以被利用，進(jìn)而在移交資料的時(shí)候向土建施工人員提出增加這些自然接地體的要求，與此同時(shí)，土建施工人員也可以按照相應(yīng)的電氣要求為其留好必要的引出線(xiàn)。

2.2 在水下接地網(wǎng)敷設(shè)過(guò)程中要做好水體電阻的核實(shí)

在絕大多數(shù)人的眼中水就是最好的導(dǎo)體，也正因如此，如若變電站選址在高土壤電阻率地區(qū)，其附近又有水源，那么勢(shì)必會(huì)往水源處敷設(shè)接地裝置。但在這個(gè)過(guò)程中水源的電阻率往往會(huì)被接地設(shè)計(jì)人員所忽視，可是即便是有水，也并不是意味著低電阻率。所以，我們還必須在水下接地網(wǎng)敷設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)做好以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。

第一，水工建筑以及那些與水有接觸的金屬部分，其作為自然接地體要進(jìn)行充分利用。并且，還要在焊接水下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)綁扎鋼筋網(wǎng)的交叉縱橫點(diǎn)，使地網(wǎng)能夠更好地銜接在一起。

第二，如若單單利用水工建筑作為自然接地體，無(wú)法滿(mǎn)足降阻需求，那么就應(yīng)該在水中敷設(shè)外來(lái)接地裝置。這里需要注意的是，對(duì)于水中敷設(shè)的外來(lái)接地裝置應(yīng)該盡可能固定在水源流速較低或者是靜水之中。

第三，我們可以充分利用Φ12圓鋼，焊接出一個(gè)外緣閉合的矩形水下接地網(wǎng)。這里需要注意的是，矩形網(wǎng)內(nèi)縱橫連接帶所構(gòu)成的網(wǎng)孔不得多于32個(gè)。針對(duì)水下接地網(wǎng)的接地電網(wǎng)RW，我們可以利用式（3）進(jìn)行估算。

RW=Ksρs/40 （3）

式中：ρs為河水的電阻率；Ks為接地電阻系數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

變電站接地網(wǎng)作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，看似簡(jiǎn)單，其實(shí)際上卻是最為復(fù)雜、關(guān)鍵。尤其是伴隨著近些年來(lái)，變電站用地面積的日益緊張，致使絕大多數(shù)的變電站選址只能選擇在高土堆電阻率地區(qū)，更進(jìn)一步加劇了變電站接地設(shè)計(jì)工作的難度，這就要求設(shè)計(jì)工作人員在變電站接地設(shè)計(jì)工作上要更加嚴(yán)謹(jǐn)、仔細(xì)地做好接地設(shè)計(jì)工作，更加認(rèn)真、專(zhuān)業(yè)地做好接地施工工作，進(jìn)而通過(guò)電力工作人員的共同努力，構(gòu)建一個(gè)安全且高效的接地網(wǎng)，確保變電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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