山区变电站接地设计

汪淑芬

（黄山开创电力勘察设计院，安徽黄山 245000）

主接地网作为变电站交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的作用，因此在工程设计过程中主接地网的设计举足轻重。目前各电压等级的变电站在设计时，都严格贯彻“节地”思想，总平布置都相当紧凑。对于电压等级较低的小型变电站，紧凑布置给变电站主地网的设计和施工带来一定的难度。特别在山区，土壤电阻率较高的情况较为普遍，降低接地电阻势在必行。本文以农村35 k V变电站为例进行分析。

1 山区电网35 kV变电站降阻方式分析

根据GB／T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》规定：不接地、谐振接地和高电阻接地系统中发电厂和变电所电气装置保护接地的接地电阻应符合下列要求：R≤120／I，且不应大于4Ω。”目前，一般35 k V农村变电站主变配置为2台，35 k V设备及10 k V无功补偿装置采用户外布置方式。10 k V开关柜及二次控制室多采用单层建筑，根据规模及布置不同，变电站通常面积不大于1 500 m2，周长不大于165 m。常规设计的接地网均采用以水平接地极为主、垂直接地极为辅的复合接地网形式，当土壤电阻率超过310Ω·m时，接地电阻将超过4Ω，不能满足国家规范的接地要求。

在山区，土壤电阻率较高的情况时有出现。对此，在设计中就需要采取有效的降阻措施。一般可采用的降阻方法有：外引、深井接地、降阻剂、换土、爆破、接地模块等常用类型。针对这几种接地方式进行简单分析。

1.1 敷设外引接地

敷设外引接地方式的前提是变电所附近有较低电阻率的大片地块，可供敷设外引接地极，使变电所接地网的接地电阻符合规程规定。若该地块距离变电站较远，则长距离外引接地极的降阻效果大打折扣，需要满足要求的外引接地装置长度则会很长、面积延伸也会很大，必然会大大增加变电站征地、接地网的施工以及今后运行维护等的成本。因此，对于土壤电阻率较高的山区很难广泛应用。

1.2 深井接地

在山区，通常地表是多年沉积土，更深层往往是岩石风化层或者岩层，土壤电阻率一般都较高，即使山区积土层较厚，由于地下较深处地层分布土质与地表亦相差不大，土壤电阻率并未比地表处小多少，因此深井接地意义不大，另外对于接地网后期的维护也增加难度。因此，井式或者深钻式接地在山区通常也难以采用。

1.3 化学系降阻剂

化学系降阻剂由于稳定性、长效性较差，并且对土壤腐蚀性较强，近年来已被限制或禁止使用。而单纯的物理降阻剂主要通过降低接地体与土壤的接触电阻，从而降低接地电阻。变电站接地网面积是一定的，由于均压带和垂直接地极的存在，屏蔽作用较大，而可降低的接触电阻也是有限的，即使增加再多的降阻剂，也无法使电阻降得更低，因此在实际应用中也受到限制。

1.4 换土方式

对变电站站址整体地块土壤电阻率均很高的情况，由于接地网面积较大，需要挖方和填方以及运输的工程量将增加，造价也会提高，同时回填土夯实系数要达到工程需要值也将有很大的难度，而且对置换的土质要求较高，因此换土在整体变电站接地处理中很少使用，更多的是应用于输电线路杆塔的降阻处理。

1.5 爆破接地技术

爆破接地技术是近年发展起来的降低接地电阻的新技术，通过爆破制裂，再用压力机将低电阻率材料压入爆破裂隙中，加强接地电极与土壤、岩石的接触，从而起到改善较大范围的土壤导电性能的目的。但其主要针对于岩层站址，对于小型化的农村变电站，由于占地面积小，选址相对灵活方便，一般站址不会选择在大面积岩层的地方［1］，因此爆破接地介绍不适合农村变电站降阻。

1.6 接地降阻模块

接地降阻模块的原理为：采用防腐金属电极，外包裹着物理化学性质稳定的低电阻导电材料，同时配套使用专用增效剂降低模块附近土壤电阻率，从而有效降低接地网的接地电阻。与普通金属接地体相比，接地模块拥有低电阻和低接触电阻的明显优势［2］。但是，接地降阻模块也有着明显的局限性，在面积一定的情况下，接地材料的屏蔽系数会随着距离的减小逐渐增大，其利用率会越来越小；当接地材料之间的距离小到一定程度时，接地材料的增加对整个地网的接地电阻的贡献趋近于零。一般要求接地体之间的间隔不小于5 m。这样对于面积较小、土壤电阻率较高的山区变电站来说，即使装设了接地模块，仍然无法达到接地电阻的要求值，甚至仍需外延接地网面积，无疑增加了征地费用等。因此，此种方法对占地面积很小的变电站也有使用限制。

通过上述分析可知，单一的降阻方法都有明显的局限性，对于山区小型变电站的接地设计，需要结合多种方式综合考虑和布置，从而使接地电阻降低到要求值。

2 35 kV山区变电站接地网设计实例

某35 k V变电站，主变规模为2×10 000 k VA，4回35 k V出线，10 k V无功补偿2×1 800 kvar，户外布置；10 k V设备采用户内中置柜布置。变电站总面积为1 460.15 m2，周长为163 m。受地形影响，总平布置为缺口矩形，采用四极法测量土壤电阻率约为682Ω·m，按最低要求5 m网格布置常规复合地网（如图1所示）。

图1 某35 k V变电站接地网布置图

首先考虑采用接地降阻模块，经过初步计算得到，需设置约27块，考虑到接地材料的屏蔽效应，设置接地体之间的间隔为5 m。因变电站内部布局紧凑紧凑，接地网的敷设应避开设备基础、电缆管道、给排水管网等，本站合理布置27块接地模块比较困难。因此，决定采用离子接地降阻系统，通过深井钻孔方式达到降阻的目的。考虑现场实际情况，采用9 m深离子接地降阻系统均布在接地网外缘，每套降阻系统采用一根6 m长95 mm2铜包钢绞线配合使用一套3 m长的离子接地极，深井口径φ150 mm，深井中灌注低电阻率材料。经计算，每套离子接地极并联后的深井接地电阻为25.5Ω，则6组深井接地系统与水平地网并联后的综合电阻为：

式中 η——深井电极相互屏蔽的利用系数，取0.8。

变电站在实际施工过程中，通过布置6组9 m深离子接地降阻系统，降阻效果明显，接地电阻降到4Ω以下，满足接地要求。

3 结语

对于山区农村电网35 k V变电站，当土壤电阻率较高时，在主接地网设计时应根据测得的土壤电阻率，并结合现场实际情况，本着安全性、经济性、适用性、施工便捷性的宗旨，综合考虑来选取合适的降阻方式，以满足接地要求。

［1］ 安建强，何金良，孟庆波.爆破接地技术在地网改造中的应用［J］.电力建设，2000（4）：17.

AN Jian-qiang，HE Jin-liang，MENG Qing-bo.Applicatiou of explosive grounding technique in reformation of grounding networks［J］.Electric Power Construction，2000（4）：17.

［2］ 陆德琳.接地模块在降低变电站接地电阻中的应用［J］.电气技术，2012（1）：107.

［3］ 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册 电气一次部分［M］.北京：中国电力出版社，1989.