110kV变电所接地网设计研究

王德君 葛天奇

余杭供电局，浙江 杭州 311100

引言

接地网作为变电所防雷保护接地及交直流设备接地,对系统的安全运行起到重要作用。如果变电所接地设计不合理，可能造成接地系统局部电位超过安全值规定，严重影响到人员和设备的安全,严重时会引发电网事故。然而变电所接地网在设计和施工时，往往面临各种困难，接地网的各项参数难以达到目标值，因此，在实际操作中，接地网的设计需要综合考虑具体变电所的各方面实际情况，选取一种适合该变电所实际的合适方法进行设计，才能够确保接地网能满足变电所安全运行的要求，确保设备和人身安全。

1 接地网的主要性能参数

1.1 接地电阻

接地极或自然接地极的对地电阻和接地线电阻的总和，称为接地装置的接地电阻。接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地极流入地中电流的比值，除另外注明外，一般指工频接地电阻。

1.2 跨步电压差

接地短路(故障)电流流过接地装置时，地面上水平距离为0.8m的两点间的电位差，称为跨步电压差。DL/T 621-1997给出最大跨步电压允许值的计算公式[1]，同时设计手册给出[2]。

2 接地网安全评价

DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》给出计算公式，一般情况下，接地装置的接地电阻应符合R≤2000/I。不符合要求时，可通过技术经济比较增大接地电阻，但不得大于5Ω，且应符合隔离、反击、校验的要求。设计手册一次手册给出计算公式R<0.5Ω，(当I>4000A时)[2]，一般电力工程都大于4000A，因此均可以按照0.5Ω来控制，便于操作，接地是否合格判断起来简单明了，接触或跨步允许值校验也比较宽松。实际工程设计中，往往会兼顾两个公式综合评价。

3 影响接地电阻和跨步电压的因素

4 110kV变电所接地网常用型式

常用的接地网型式有方格式复合接地网和不等间距网格，110kV变电所接地网，接地网的网格布置大多数采用方格网，水平接地带间距通常为5m～8m。除了在避雷针(线)和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置2m～3m的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带，接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网[3]。

5 常用接地电阻措施[4-6]

（1）利用地质钻孔埋设长接地极。

（2）水平接地带换土。

（3）使用降阻剂，使用较多的是膨润土降阻剂和碳基类降阻剂。由于降阻剂对接地扁钢有腐蚀性，最近几年使用降阻剂的变电工程很少。

（4）利用地下水的降阻作用。

（5）超深井接地。由于施工费用高，效果的可预见性差，应用不普遍。

（6）引外接地。但引外接地需注意，距离不能太远，接地体要深埋，要作好安全保护措施，防止因跨步电位差引起人身触电事故的发生。

（7）扩大接地网面积。

6 接地网设计中常见的问题

在实际的110kV变电所接地网设计中，由于要对安全、经济等诸多因素均衡考虑，所以接地系统的设计是一个极其复杂的过程。本人在余杭供电局从事变电所的变电设计工作，近年来余杭电网飞速发展，截至2011年底，余杭电网共有110kV变电站31座,在变电所接地网设计时，经常遇到各种问题，结合实际工作经验归结为如下几点：

第一，电力系统的接地短路电流越来越大，导致接地电阻允许值R≤2000/I越来越小，给接地网设计增加了难度。

第二，随着设备的小型化，以及土地价值的提高，变电所的占地面积越来越小，现在余杭地区新建的变电所，均采用通用设计ZB-1方案，占地面积一般在2400～2700平方米。面积小导致设备布置紧凑，接地网设计时，各设备引至接地网的引下线间难以保证规程要求的距离。

第三，随着城市化建设的加强，变电所各级进出线经常均为电缆线路，无法通过架空线的避雷线往所外的线路终端塔的接地网进行分流。同时，变电所外无空地，也无法通过接地网延伸至所外进行分流。

第四，部分变电所选址在偏僻地区，地质条件差，土壤电阻率很高，根据DLT 621-1997标准中人工复合接地网的简易计算式，导致R值增大，难以达到目标允许值要求，需要采取降阻措施。

第五，由于变电所的建设周期短，且资金受到严格控制，一些施工周期长，资金投入大的降阻措施难以得到实际的广泛应用，如开挖深井、大面积换土、填充降阻材料、采用铜质接地材料等，只能采取其他相对方便快捷的措施来进行降阻处理。

7 几种有效的降阻方法及接地网设计常用方法

在本人近年设计的几个余杭地区110kV变电所接地网过程中，多次遇到了接地电阻偏大，超过目标值的情况。有几个较为方便可行的降阻方法可供借鉴：一、利用110kV架空进线的避雷线，将变电所接地网与所外110kV线路铁塔的接地网连接，实现短路电流的分流；二、在变电楼基础桩的表面沿长度方向预埋一根80X8的热镀锌扁钢，桩基础施工时将每段桩的预埋扁铁焊接连通，并引至主接地网，实现接地极深埋。该种方法成本低，施工简便，从110kV漳河变等工程的实测电阻值来看，降阻效果很明显。

我们在110kV变电所接地网设计时，通常采用如下方法与步骤。

（1）资料的搜集，包括变电所面积、土壤的电阻率、单相最大短路电流、变电所平面布置和建筑楼各层主平面图等。

（2）相关参数计算，包括根据R≤2000/I计算接地电阻允许值；根据得出接地电阻计算值；验算跨步电势；选取接地材料最小截面等。

（3）主接地网设计，一般采用包括水平接地网和垂直接地极的复合接地网，水平接地均压带采用60X8的热镀锌扁钢，间距10米左右，垂直接地极采用长度为2.5米的规格63×63×8热镀锌角钢。

（4）各层各一、二次电气设备及预埋基础与主接地网的有效连接。

（5）避雷针的接地网设计或屋顶避雷带与主接地网的连接，并做好散流。

（6）各类降阻措施的考虑。

（7）接地网的安全校验。

[1]DL/T 621-1997交流电气装置的接地.中国电力出版社，1997

[2]电力工程电气设计手册[M].西北电力设计院，水利电力出版社，1989

[3]DL/T 5149-2001 220kV-550kV变电所计算机监控系统设计技术规程.中国电力出版社，2001

[4]吴波.浅谈高土壤电阻率地区牵引变电所接地设计[J].科技交流，2005年第3期：65～64.

[5]宋春燕.110kV变电所接地设计问题的探讨[J].浙江电力，2001年第5期：34～37.

[6]俞晓东.高土壤电阻率地区变电站接地设计与降阻技术研究[D].重庆大学, 2009