淺談110kV變電站接地電阻超標(biāo)問題及改造

張桂榮

摘 要：接地系統(tǒng)是變電站的重要組成部分，它對(duì)變電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的影響，而接地電阻的大小是安全接地的重要指標(biāo)。因此，接地電阻必須要滿足變電站的安全運(yùn)行要求。結(jié)合實(shí)踐，就110 kV變電站接地電阻超標(biāo)問題進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并給出了具體的改造方案，經(jīng)校驗(yàn)后達(dá)到了變電站安全運(yùn)行的要求。

關(guān)鍵詞：接地電阻；超標(biāo)；改造；降阻；電勢(shì)校驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）03-0040-02

接地系統(tǒng)作為一個(gè)電位傳送系統(tǒng)，在建筑物遭遇雷擊時(shí)，能夠使雷電電流轉(zhuǎn)移到大地，以確保建筑內(nèi)部設(shè)備和人員的安全。因此，接地系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用十分廣泛。而接地電阻的大小至關(guān)重要：如果接地電阻較大，在發(fā)生系統(tǒng)接地故障或其他大電流入地時(shí)，可能會(huì)造成地電位異常升高，造成接地系統(tǒng)電位分布不均，使局部電位超過規(guī)定的安全值，輕則導(dǎo)致監(jiān)測(cè)或控制設(shè)備發(fā)生誤動(dòng)作或拒動(dòng)；重則破壞監(jiān)測(cè)設(shè)備、擴(kuò)大事故，帶來經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此，變電站一旦存在接地電阻超標(biāo)的問題，必須要結(jié)合規(guī)程和現(xiàn)場(chǎng)條件，運(yùn)用各種方法對(duì)該站進(jìn)行接地改造，降低接地電阻，使接地系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1 變電站情況介紹

某變電站是在山體推平后的基礎(chǔ)下規(guī)劃、建設(shè)的，因此，該變電站的土壤主要是以山巖和殘積礫質(zhì)黏性土為主，但這樣的土壤電阻率比較高。在變電站旁邊的空地上進(jìn)行分層電阻率測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果為：在40 m、30 m、20 m、10 m處的土壤電阻率分別為432Ω·m、923Ω·m、837Ω·m、640Ω·m，平均值為708Ω·m。在變電站的周邊四個(gè)方向又進(jìn)行了相應(yīng)的土壤電阻率的測(cè)試，結(jié)果土壤電阻率在700Ω·m左右，屬于土壤電阻率偏高的地區(qū)。由測(cè)試結(jié)果可知，縱向分布隨地層加深，其值先上升后下降，這與變電站所處位置的地形地貌有關(guān)。站內(nèi)接地網(wǎng)長(zhǎng)度為83.5 m，寬度為69.4 m，在施工后測(cè)試發(fā)現(xiàn)，接地電阻達(dá)到4.528Ω，嚴(yán)重超過設(shè)計(jì)值，不符合設(shè)計(jì)的要求，因而必須進(jìn)行降阻設(shè)計(jì)。

2 地網(wǎng)接地電阻超標(biāo)問題分析

通過現(xiàn)場(chǎng)勘察，分析變電站接地電阻超標(biāo)有如下幾個(gè)原因：接地電阻不穩(wěn)定；土層薄，地質(zhì)條件差；場(chǎng)地狹小，接地網(wǎng)面積偏小，使接地電阻偏高。

3 地網(wǎng)改造方案

3.1 接地降阻設(shè)計(jì)目標(biāo)值（在1.45后面加上單位Ω）

本變電站接地裝置的工頻接地電阻R≤

考慮到電力系統(tǒng)20年的發(fā)展，變電站的接地短路電流增大，為了最大限度地保護(hù)變電站的安全，將接地裝置的工頻接地電阻設(shè)為0.85Ω。

3.2 降阻設(shè)計(jì)方案確定

該變電站建設(shè)在山巖推平的基礎(chǔ)上，下層土壤為巖石，土壤電阻率比上層土壤電阻率高，土壤電阻率在垂直方向上分布是深層土壤電阻率高于表層的土壤電阻率，不符合深井接地極的條件，不適合深井接地法。另外，采用深井式接地極會(huì)極大地提高成本，并且效果不是很顯著。對(duì)變電站周邊建筑進(jìn)行了仔細(xì)的調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，利用自然接地體也是不合適的。在高土壤電阻率地區(qū)，當(dāng)在發(fā)電廠、變電所2 000 m以內(nèi)有較低電阻率的土壤時(shí)，可敷設(shè)引外接地極。在對(duì)站址附近的土壤電阻率水平方向和垂直方向進(jìn)行測(cè)量后，進(jìn)行綜合分析，決定采用外引接地加上降阻劑配合的降阻方法。對(duì)于銹蝕的地網(wǎng)實(shí)行開挖翻修的處理，在接地體周圍施加GPF-94a高效膨潤(rùn)土降阻防腐劑，并按照要求用量與施工。由于該降阻防腐劑具有降阻性能好、吸水保水性強(qiáng)，對(duì)接地體腐蝕率低和無毒無污染等優(yōu)良特性，并且在結(jié)合外延法處理的各大城市等多座大中型接地網(wǎng)都有良好、穩(wěn)定的降阻效果，改造完畢的測(cè)試驗(yàn)收也證明了其降阻效果。

3.3 接地電阻降阻計(jì)算

在該站所處位置附近選取了兩處進(jìn)行土壤電阻率的測(cè)量。

在變電站站外北側(cè)5 m，圍墻外背對(duì)大門側(cè)，距離圍墻5 m處，極間距a=10 m，測(cè)試電阻R=6.4 Ω，季節(jié)系數(shù)ψ取1.6，電阻率ρ=2πRaψ=2π×10×6.4×1.6=643 Ω·m；改變極間距a=

5 m，R=21 Ω，電阻率ρ=2πRaψ=2π×5×21×1.6=1 055 Ω·m。

在變電站站外東側(cè)公路北側(cè)150 m，變電站站外距變電站150 m處測(cè)量，極間距a=10 m，R=4.9 Ω，ψ取1.6，電阻率ρ=2πRaψ=2π×10×4.9×1.6=492.35 Ω·m；改變極間距a=5 m，R=9 Ω，電阻率ρ=2πRaψ=2π×5×9×1.6=452.16 Ω·m。

根據(jù)變電站附近土壤電阻率測(cè)試結(jié)果，在變電站東側(cè)的道路兩邊，其土壤電阻率相對(duì)較低，普遍比變電站土壤電阻率低，在距變電站140 m處，a=10 m時(shí)，土壤電阻率為492.35 Ω·m；a=5 m時(shí)，土壤電阻率為452.16 Ω·m，且道路兩邊的土壤電阻率由西向東有遞減的趨勢(shì)，適合做外延地網(wǎng)。另外，道路為開發(fā)區(qū)規(guī)劃道路，兩邊的空地?zé)o人使用，不會(huì)產(chǎn)生征地引發(fā)的不必要糾紛，其建設(shè)成本較低。

選站外東側(cè)道路北邊作為水平外延一號(hào)接地網(wǎng)，長(zhǎng)為320 m，寬為5 m，內(nèi)部做成10 m×5 m的網(wǎng)格，接地體使用60 m×6 m鍍鋅扁鋼，埋深為1.2 m，交點(diǎn)處打垂直接地極，垂直接地極為50 m×5 m的角鋼。

選站外東側(cè)道路南邊作為水平外延二號(hào)接地網(wǎng)，長(zhǎng)為320 m，寬為10 m，內(nèi)部做成10 m×10 m的網(wǎng)格，接地體使用60 m×6 m鍍鋅扁鋼，埋深為1.2 m，交點(diǎn)處打垂直接地極，垂直接地極為50 m×5 m×5 m的角鋼。同理計(jì)算可得，Rn2=0.655×3.633 7≈2.38 Ω。

為了降阻和防腐，在擴(kuò)大接地網(wǎng)的水平接地體四周敷設(shè)截面尺寸為0.2 m×0.2 m的GPF-94高效膨潤(rùn)土降阻防腐劑，站址東側(cè)道路北邊水平外延一號(hào)接地網(wǎng)添加降阻劑后的電阻為：Rg1=Rn1×Kf×Kp=2.705×0.5×1.2=1.632 Ω.

Kf為降阻劑的降阻系數(shù)。降阻劑的施加尺寸為0.2 m×0.2 m，根據(jù)GPF-94降阻劑的降阻系數(shù)和用量表（見表1），Kf=0.5；Kp為大型地網(wǎng)的屏弊系數(shù)，Kp一般為1.2～1.4.

同理可得，站址東側(cè)道路南側(cè)水平外延二號(hào)地網(wǎng)添加降阻劑后的電阻為：Rg2=1.428 Ω.

與站內(nèi)地網(wǎng)并聯(lián)后，R站內(nèi)電阻//Rg1//Rg2=0.650 4 Ω?？紤]到互電阻的影響，可把接地電阻降到0.813 4 Ω左右?？紤]到降阻劑的特性，一年以后可以把接地電阻降到0.8 Ω以下。

一號(hào)、二號(hào)外延地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案圖如圖1所示。

4 接地網(wǎng)跨步電勢(shì)和接觸電勢(shì)校驗(yàn)

4.1 站區(qū)校核

4.1.1 變電站內(nèi)跨步電壓

Usmax=KsmaxUg . （1）

Ksmax . （2）

. （3）

（4）

（5）

上述5個(gè)公式中：Usmax——最大跨步電壓，V；

Ksmax——最大跨步系數(shù)；

Ug——接地裝置的電位，V；

n——均壓帶根數(shù)，根；

L——水平接地極的總長(zhǎng)度，m；

L0——接地網(wǎng)的外緣邊線總長(zhǎng)度，m；

S——接地網(wǎng)面積，m2；

h——水平均壓帶的埋設(shè)深度，m；

d——均壓帶等效值徑，m。

根據(jù)式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5），可以求得Ksmax=0.066 8；Ug=IR=1 379.5×0.85=1 103.6 V；Usmax= KsmaxUg=0.066 8×1 103=73.72 V。因73.72 V<754.26 V，所以其滿足站內(nèi)跨步電壓的要求。

4.1.2 變電站站內(nèi)設(shè)備接觸電壓

Utmax=KtmaxUg. （6）

Utmax=KdK1KnKs. （7）

Kd=0.841-0.225lgd. （8）

K1=1.0 .

Kn=0.076+0.776/n . （9）

Ks=0.234+0.414 lg （10）

上述5個(gè)公式中：Utmax——最大接觸電位差，V；

Ktmax——最大接觸電位差系數(shù)；

Ug——接地裝置的電位，V；

S——接地網(wǎng)面積，m2；

d——均壓帶等效直徑，m；

n——均壓帶根數(shù)，根。

上述式中各系數(shù)按如下公式計(jì)算：Kd=0.841-0.225lgd= 0.158；K1=1.0；Kn=0.076+0.076/n=0.055 4；Ks=0.234+0.414lg =1.782 2；Ktmax=KdK1KnKs=0.156 8.

所以，Utmax=KtmaxUg=0.156 8×1 379.5×0.85=183.86 V，183.86 V<369.46 V，滿足接觸電壓的要求。

4.2 擴(kuò)大接地網(wǎng)外延跨步電壓計(jì)算

站址東側(cè)道路北邊擴(kuò)大接地網(wǎng)一跨步電壓校驗(yàn)：S=320×5=1 600 m2，L=805 m，L0=650 m。

根據(jù)式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5）最大跨步電壓為：Usmax=KsmaxUg=0.228×1 103=251.484 V。所以，外延一號(hào)接地網(wǎng)跨步電壓滿足要求。同理，對(duì)站址東側(cè)道路南邊二號(hào)外延接地網(wǎng)跨步電壓進(jìn)行了驗(yàn)算，也滿足要求。

5 熱穩(wěn)定參數(shù)校驗(yàn)

另外，還需考慮接地引下線的截面大小是否符合接地短路電流熱穩(wěn)定的要求：

Sg≥ （11）

上式（11）中：Sg——接地線的最小截面，mm2；

Ig——流過接地線的短路電流穩(wěn)定值；

te——接地短路的等效持續(xù)時(shí)間，取0.5 s；

c——接地線的熱穩(wěn)定系數(shù)。

6 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)接地電阻超標(biāo)問題必須予以高度重視。高土壤電阻率區(qū)的變電站應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)的地質(zhì)和環(huán)境條件，采用效果好、經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的輔助措施，因地制宜，綜合改造，以降低接地電阻，力求接地電阻滿足變電站的安全運(yùn)行要求。

參考文獻(xiàn)

[1]楊鑫，李景祿.寧德110 kV煙亭變電站接地改造分析[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2007（03）.

[2]張琪.變電站接地電阻阻值超標(biāo)的改造[J].農(nóng)村電工，2010（04）.

〔編輯：白潔〕

Kf為降阻劑的降阻系數(shù)。降阻劑的施加尺寸為0.2 m×0.2 m，根據(jù)GPF-94降阻劑的降阻系數(shù)和用量表（見表1），Kf=0.5；Kp為大型地網(wǎng)的屏弊系數(shù)，Kp一般為1.2～1.4.

同理可得，站址東側(cè)道路南側(cè)水平外延二號(hào)地網(wǎng)添加降阻劑后的電阻為：Rg2=1.428 Ω.

與站內(nèi)地網(wǎng)并聯(lián)后，R站內(nèi)電阻//Rg1//Rg2=0.650 4 Ω?？紤]到互電阻的影響，可把接地電阻降到0.813 4 Ω左右?？紤]到降阻劑的特性，一年以后可以把接地電阻降到0.8 Ω以下。

一號(hào)、二號(hào)外延地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案圖如圖1所示。

4 接地網(wǎng)跨步電勢(shì)和接觸電勢(shì)校驗(yàn)

4.1 站區(qū)校核

4.1.1 變電站內(nèi)跨步電壓

Usmax=KsmaxUg . （1）

Ksmax . （2）

. （3）

（4）

（5）

上述5個(gè)公式中：Usmax——最大跨步電壓，V；

Ksmax——最大跨步系數(shù)；

Ug——接地裝置的電位，V；

n——均壓帶根數(shù)，根；

L——水平接地極的總長(zhǎng)度，m；

L0——接地網(wǎng)的外緣邊線總長(zhǎng)度，m；

S——接地網(wǎng)面積，m2；

h——水平均壓帶的埋設(shè)深度，m；

d——均壓帶等效值徑，m。

根據(jù)式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5），可以求得Ksmax=0.066 8；Ug=IR=1 379.5×0.85=1 103.6 V；Usmax= KsmaxUg=0.066 8×1 103=73.72 V。因73.72 V<754.26 V，所以其滿足站內(nèi)跨步電壓的要求。

4.1.2 變電站站內(nèi)設(shè)備接觸電壓

Utmax=KtmaxUg. （6）

Utmax=KdK1KnKs. （7）

Kd=0.841-0.225lgd. （8）

K1=1.0 .

Kn=0.076+0.776/n . （9）

Ks=0.234+0.414 lg （10）

上述5個(gè)公式中：Utmax——最大接觸電位差，V；

Ktmax——最大接觸電位差系數(shù)；

Ug——接地裝置的電位，V；

S——接地網(wǎng)面積，m2；

d——均壓帶等效直徑，m；

n——均壓帶根數(shù)，根。

上述式中各系數(shù)按如下公式計(jì)算：Kd=0.841-0.225lgd= 0.158；K1=1.0；Kn=0.076+0.076/n=0.055 4；Ks=0.234+0.414lg =1.782 2；Ktmax=KdK1KnKs=0.156 8.

所以，Utmax=KtmaxUg=0.156 8×1 379.5×0.85=183.86 V，183.86 V<369.46 V，滿足接觸電壓的要求。

4.2 擴(kuò)大接地網(wǎng)外延跨步電壓計(jì)算

站址東側(cè)道路北邊擴(kuò)大接地網(wǎng)一跨步電壓校驗(yàn)：S=320×5=1 600 m2，L=805 m，L0=650 m。

根據(jù)式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5）最大跨步電壓為：Usmax=KsmaxUg=0.228×1 103=251.484 V。所以，外延一號(hào)接地網(wǎng)跨步電壓滿足要求。同理，對(duì)站址東側(cè)道路南邊二號(hào)外延接地網(wǎng)跨步電壓進(jìn)行了驗(yàn)算，也滿足要求。

5 熱穩(wěn)定參數(shù)校驗(yàn)

另外，還需考慮接地引下線的截面大小是否符合接地短路電流熱穩(wěn)定的要求：

Sg≥ （11）

上式（11）中：Sg——接地線的最小截面，mm2；

Ig——流過接地線的短路電流穩(wěn)定值；

te——接地短路的等效持續(xù)時(shí)間，取0.5 s；

c——接地線的熱穩(wěn)定系數(shù)。

6 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)接地電阻超標(biāo)問題必須予以高度重視。高土壤電阻率區(qū)的變電站應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)的地質(zhì)和環(huán)境條件，采用效果好、經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的輔助措施，因地制宜，綜合改造，以降低接地電阻，力求接地電阻滿足變電站的安全運(yùn)行要求。

參考文獻(xiàn)

[1]楊鑫，李景祿.寧德110 kV煙亭變電站接地改造分析[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2007（03）.

[2]張琪.變電站接地電阻阻值超標(biāo)的改造[J].農(nóng)村電工，2010（04）.

〔編輯：白潔〕

Kf為降阻劑的降阻系數(shù)。降阻劑的施加尺寸為0.2 m×0.2 m，根據(jù)GPF-94降阻劑的降阻系數(shù)和用量表（見表1），Kf=0.5；Kp為大型地網(wǎng)的屏弊系數(shù)，Kp一般為1.2～1.4.

同理可得，站址東側(cè)道路南側(cè)水平外延二號(hào)地網(wǎng)添加降阻劑后的電阻為：Rg2=1.428 Ω.

與站內(nèi)地網(wǎng)并聯(lián)后，R站內(nèi)電阻//Rg1//Rg2=0.650 4 Ω?？紤]到互電阻的影響，可把接地電阻降到0.813 4 Ω左右。考慮到降阻劑的特性，一年以后可以把接地電阻降到0.8 Ω以下。

一號(hào)、二號(hào)外延地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案圖如圖1所示。

4 接地網(wǎng)跨步電勢(shì)和接觸電勢(shì)校驗(yàn)

4.1 站區(qū)校核

4.1.1 變電站內(nèi)跨步電壓

Usmax=KsmaxUg . （1）

Ksmax . （2）

. （3）

（4）

（5）

上述5個(gè)公式中：Usmax——最大跨步電壓，V；

Ksmax——最大跨步系數(shù)；

Ug——接地裝置的電位，V；

n——均壓帶根數(shù)，根；

L——水平接地極的總長(zhǎng)度，m；

L0——接地網(wǎng)的外緣邊線總長(zhǎng)度，m；

S——接地網(wǎng)面積，m2；

h——水平均壓帶的埋設(shè)深度，m；

d——均壓帶等效值徑，m。

根據(jù)式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5），可以求得Ksmax=0.066 8；Ug=IR=1 379.5×0.85=1 103.6 V；Usmax= KsmaxUg=0.066 8×1 103=73.72 V。因73.72 V<754.26 V，所以其滿足站內(nèi)跨步電壓的要求。

4.1.2 變電站站內(nèi)設(shè)備接觸電壓

Utmax=KtmaxUg. （6）

Utmax=KdK1KnKs. （7）

Kd=0.841-0.225lgd. （8）

K1=1.0 .

Kn=0.076+0.776/n . （9）

Ks=0.234+0.414 lg （10）

上述5個(gè)公式中：Utmax——最大接觸電位差，V；

Ktmax——最大接觸電位差系數(shù)；

Ug——接地裝置的電位，V；

S——接地網(wǎng)面積，m2；

d——均壓帶等效直徑，m；

n——均壓帶根數(shù)，根。

上述式中各系數(shù)按如下公式計(jì)算：Kd=0.841-0.225lgd= 0.158；K1=1.0；Kn=0.076+0.076/n=0.055 4；Ks=0.234+0.414lg =1.782 2；Ktmax=KdK1KnKs=0.156 8.

所以，Utmax=KtmaxUg=0.156 8×1 379.5×0.85=183.86 V，183.86 V<369.46 V，滿足接觸電壓的要求。

4.2 擴(kuò)大接地網(wǎng)外延跨步電壓計(jì)算

站址東側(cè)道路北邊擴(kuò)大接地網(wǎng)一跨步電壓校驗(yàn)：S=320×5=1 600 m2，L=805 m，L0=650 m。

根據(jù)式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5）最大跨步電壓為：Usmax=KsmaxUg=0.228×1 103=251.484 V。所以，外延一號(hào)接地網(wǎng)跨步電壓滿足要求。同理，對(duì)站址東側(cè)道路南邊二號(hào)外延接地網(wǎng)跨步電壓進(jìn)行了驗(yàn)算，也滿足要求。

5 熱穩(wěn)定參數(shù)校驗(yàn)

另外，還需考慮接地引下線的截面大小是否符合接地短路電流熱穩(wěn)定的要求：

Sg≥ （11）

上式（11）中：Sg——接地線的最小截面，mm2；

Ig——流過接地線的短路電流穩(wěn)定值；

te——接地短路的等效持續(xù)時(shí)間，取0.5 s；

c——接地線的熱穩(wěn)定系數(shù)。

6 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)接地電阻超標(biāo)問題必須予以高度重視。高土壤電阻率區(qū)的變電站應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)的地質(zhì)和環(huán)境條件，采用效果好、經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的輔助措施，因地制宜，綜合改造，以降低接地電阻，力求接地電阻滿足變電站的安全運(yùn)行要求。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕