110kV变电站接地设计的误区

周启虎（襄阳诚智电力设计有限公司）

110kV变电站接地设计的误区

周启虎
（襄阳诚智电力设计有限公司）

摘 要：目前110kV变电站接地设计中，经常面临地网面积小，常规方案难以满足接地设计要求的情况，接地设计往往容易走向盲目降阻的误区，既不经济合理，也难以评估地网系统的安全性。从接地网系统的设计要求入手，从土壤电阻率的勘测、合理选择降阻措施、强条反措等方面分析110kV变电站接地设计应注意的细节和关键，避免走向误区。

关键词：接地；土壤电阻率；散流；降阻

0　引言

接地设计是变电站设计的一个关键因素。接地设计达不到要求，不仅危及电气设备的安全，更威胁着人的生命。在110kV变电站的接地设计中，因110kV变电站通用设计总平面面积一般不大，在遇到中高土壤电阻率的情况下，常规方案难以达到接地电阻、跨步电压和接触电势的要求。盲目地采取降阻措施，既不经济合理，也难以评估地网系统的安全性。从接地系统的设计要求出发，针对土壤的勘测、降阻目标及措施的选择、地网安全性的校核等方面分析目前110kV变电站接地设计的误区。

1　接地网系统的设计要求

目前，我国变电站主接地网设计主要遵照电力行业标准（DL/T 621—1997）和国标（GB/T 50065—2011）的要求。

在有效接地和低电阻接地系统中，接地电阻一般情况应符合：R≤2000/I，同时国标规定，当不满足2000/I时，接地网电位升高不宜超过5kV，若无站用变压器向外低压供电时，地电位升高可提高到8kV。如果满足这些要求仍有困难时，经专门计算，且采取的措施可确保人身和设备安全时，可适当提高接地网电位升的数值。

不符合上述要求时，应符合以下要求：

1）验算接触电位差及跨步电压差（所有情况都应计算）；

2）防止转移电位引起的危害——隔离措施；

3）3～10kV阀式避雷器不应动作或动作后应承受被赋予的能量。

目前110kV变电站接地设计中，控制接地电阻成为接地系统设计的主要目标，缺乏对安全性的详细评估；设计人员经常只盲目考虑降阻措施，以满足R≤2000/I；却忽视应根据工程实际情况合理选择降阻目标。

随着我国可利用耕地越来越少，越来越多的变电站建在岩土、山石较多的地区，土壤电阻率较高，而110kV接地网面积一般偏小，以R≤2000/I为控制目标一般代价比较大，此时应结合场地情况，适当降低降阻目标，采取合理的降阻措施和均压措施，满足保护电气设备及人员安全的需要。

涉及电网短路电流变化的扩建工程设计中，必须对前期已投运的不满足热稳定容量校验的接地装置进行改造。

涉及电网短路电流变化的扩建工程设计中，往往重视电气设备的短路水平是否适应新的要求，进行相应的改造，却经常忽视接地网的校核，一方面原有地网接地电阻可能已经不满足要求，另一方面接地网材料可能不满足新系统的热稳定要求。

2　土壤电阻率的勘测

变电站土壤电阻率必须经过合理准确的测量才能作为接地电阻计算的依据，很多工程中，仅根据土壤性质对土壤电阻率进行估算，误差往往非常大，而土壤的类别应仅作为校核测得土壤电阻率是否正确的手段。

按现行规程规定：土壤电阻率测试深度要求最小不小于10m，有特殊要求时需按设计要求测量。设计值大多测试深度在几十米，即浅层土壤电阻率，但往往与变电站实际电阻率相差较大，导致设计计算接地电阻值与实际测试值出入较大。

（1）测试方法

土壤电阻率测试是接地系统设计的第一步，是接地系统设计及计算的基础。目前通用的土壤电阻率测试方法有等距四极法和电磁测深法。

工程中应用较多的是等距四极法，并且大多数采用普通电法测试仪，测深深度与电极的间距相关，间距越大，能反映的测试深度越深，该方法测试简单，费用低，但需要现场布线，对于地形狭窄变电站，往往没有足够场地，测试深度受到限制，工程设计中测量深度基本在20～100m之间。

电磁测深法基本不受场地限制，勘测范围广，从测试几十米到几公里，但该方法费用比较高，且测量表层土壤电阻率（几十米以内）结果不准，需要与四极法配合使用。

此外，地勘过程中往往容易忽视的是测试土壤的pH值，土壤的酸碱性不同，相应采取的降阻措施也不一样。敷设在大气和土壤中有腐蚀性场所的接地体和接地引下线，应根据腐蚀的性质通过技术经济比较采取热镀锌、热镀锡、铜覆钢等防腐措施。

（2）散流

理论上地网散流范围及深度为整个大地，接地系统的接地电阻大小，不完全取决于表层土壤，与深层土壤的电阻率也密切相关。

土壤模型是建立在勘测数据基础上的，对地网所在区域的勘测广度及深度很大程度地决定了土壤模型与真实土壤结构的接近程度，并且表层土壤电阻率随季节变化较大，测试结果并不能完全反应实际情况，需要进行季节修正，而深层土壤电阻率比较稳定，测试结果基本能反应实际情况。实际工程中，因考虑经济原因，在高土壤电阻率区域，土壤测试深度应不小于变电站对角线长度。

3　合理选择降阻措施

110kV变电站接地设计中，应根据工程具体情况选取降阻措施，下面对以下几种常用降阻方法进行分析比较。

1）换土。靠改变土壤电阻率、减小接触电阻的手段达到降阻的目的。只有换土层达到相当厚度才能明显降低接地电阻，换填量比较大，一般工程难以找到大量可供换填的土壤，同时加大地基处理工程量，一般不推荐大量使用。

2）电解离子接地极或接地模块。该方法主要改变接触部分土壤电阻率，适合在难以找到低电阻土壤或不易开挖的地方。

3）使用降阻剂。一般作为辅助手段，不推荐使用化学性质降阻剂，对土壤污染较严重。

4）扩大接地网面积和外引接地。比较有效，但受限周边条件，且需考虑地网外延后的安全性。

5）深井接地。在深层有低土壤电阻率或含水层的地方效果比较明显，有条件推荐优先采用。

4　接地网敷设中常忽视的强条及反措要求

1）主要电气设备（变压器、高压电抗器、避雷器、断路器、TV、TA等）需采用双接地，应用两根与主接地网不同干线连接的接地引下线，每根均应符合热稳定校核要求。

2）避雷器应用最短的接地线与主接地网连接，且应在连接处设置集中接地装置。

3）避雷针（网、带）及其接地装置，应采取自下而上的施工程序，首先安装集中接地装置，后安装引下线，最后安装接闪器。

4）对于腐蚀严重地区的接地装置，应根据具体情况选用接地材料，可采取阴极保护措施。

5）引入配电装置室的每条架空线路安装的避雷器接地线，应与配电装置室的接地装置连接，但在入地处应敷设集中接地装置。

6）变电站控制室及保护小室应独立敷设与主接地网紧密连接的二次等电位接地网，在系统发生近区故障和雷击事故时，以降低二次设备间电位差，减少对二次回路的干扰。

参考文献

[1] DL/T 621—1997 交流电气装置的接地[S].

[2] GB/T 50065—2011 交流电气装置的接地设计规范[S].

收稿日期：（2015-06-02）