变电所接地装置设计

段峰　邹茜

摘 要：为了保障变电站的安全性和可靠性，相关工作人员应积极采取接地保护措施。在高土壤电阻率地区的施工中，要想满足工程要求是比较困难的，特别是在地网面积受限的情况下。因此，应根据不同的地质构造特点、电气设备的类型和系统的运行方式施工，从而达到经济、节约、安全、合理的目的。

关键词：变电站；接地保护；电阻率；接地网络

中图分类号：TM862 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.086

1 概述

在高土壤电阻率地区，对变电系统安全性和可靠性的要求非常高，即使采用投入接地电阻的方法，仍然无法避免发生事故。因此，只有采用合理的设计方法，才能制作出满足安全要求的接地网络。

将变电站内、外的接触电势、跨步电势和转移电势限制在安全范围内，是确保施工人员和设备安全的根本所在。66 kV奥镁变位于大石桥市城郊8 km处的一座山上，此地区的山包为风化石响砂土壤，上层土壤电阻率约为1 800 Ω·m，下层为岩石，土壤电阻率约为2 500 Ω·m。该变电站采取开山填平的方式建在半山腰部，面积大约为4 900 m2，土层厚约0.6 m，为风化石土质，接地电阻会随气候、土壤干湿度的变化而变化。

2 设计接地总则

变电站的设计和安装必须符合国家标准，并根据不同的地质特点、电气设备的运行方式和接地方式等，力求经济、节约、科学、合理，以“安全、规范”的原则和思路设计接地保护系统。

2.1 接地电阻值

接地电阻值主要根据接地时的电阻要求设置，应保证接地故障时因流入地网的故障电流而产生的地面电压不会对设备和施工人员造成威胁。比如，辽宁省66 kV变电站小接地短路系统采取消弧线圈接地的方式，允许单相接地故障存在的时间为2 h，因此，该变电站接地电压升高的最大允许值较小。

66 kV奥镁变高低压电气装置共用接地装置，需要满足R≤（120/I），且≤4 Ω。在高土壤电阻率地区，如果根据上述要求接地，则变电系统无法在经济、技术方面满足相关要求，因此，应适当提高接地电阻值，比如，在面积较小的接地系统中电流通过的电阻值R最高可提升至30 Ω。但在这种情况下存在较多的安全隐患，应采取隔离和均压等措施，将跨步电压和接触电势限制在安全范围内，并充分考虑转移电势造成的危害。

2.2 跨步电压和接触电压的范围

对于人体而言，所能承受的跨步电压和接触电压与很多因素有关，比如人体电阻、流经途径、通电时间和地表电阻等。在小电流接地短路电流系统中，由于单相接地故障允许的持续时间在2 h以内，因此，接触电势和跨步电势的允许值为：

由此可见，升高接触电阻和降低跨步电压的最佳途径是增大地面电阻率ρb，可采用水泥地面、混泥土、沥青地面或碎石铺盖等方式。

3 接地电网电路的设计流程

3.1 计算接地短路电流

可在中性点通过消弧线圈接地的电路中计算接地系统允许的电阻值，具体方法如下：①如果变电所中设有消弧线圈，则电流值为消弧线圈额定电流的125%.②如果变电所中未设置消弧线圈，则以系统中最大的消弧线圈被切断时电网中可能产生的接地剩余短路电流计算，但其数值应≥30 A。因此，计算接地短路电流时，应按照系统运行中可能存在的最大短路电流计算，从而确定接地方式。

3.2 设定接地设备的参数

接地装置大多数以接地棒为主。在计算以接地棒为主的系统电阻时，可不单独计算水平接地体的接地电阻，大多数情况下系统电阻为接地棒电阻的90%，进而可计算出接地棒的数量：

3.3 合理布局接地电网

在辽宁省多数无特殊情况的地区，联合接地装置均可采用棒形或带形。如果土壤电阻率不同，则应采取不同的接地设计，具体要求如下：①如果土壤电阻率ρ≤3×104 Ω·cm，出现电势迅速衰减的情况，则可以棒形垂直体的棒带接地装置为主。②当3×104 Ω·cm≤ρ≤5×104 Ω·cm，电势分布迅速衰减时，应以水平接地体的带棒接地体装置为主。③应使用固定的电缆支架，且吊架的预埋铁件应在室内接地主线，所有室外接地设备应埋于冻土层之下，深度应≥0.6 m。④设置接地设施时，应围绕室内、外的变电设备进行，如果控制室等处需要设置接地设施，则应围绕建筑物铺设环形接地网，接地设施外边缘的各个角度应围成圆弧形，且相邻接地设备间的连线应多余2根。⑤由于接地体间存在相互屏蔽的情况，因此，接地体间的距离应>3 m。水平铺设设备时，可用圆钢或扁钢接地体；垂直铺设设备时，可用角钢或圆钢接地体，接地体角钢一般为2.5 m的∠50×5热镀锌角钢。

3.4 避雷装置的接地

为了增强系统对电流的承受能力，可采用垂直接地体避雷针和避雷器集中接地的方法。变电设备上的避雷针应与地网相连接，且应在其附近埋设大量的接地棒；接地网中心距独立避雷针接地部分的距离应>3 m；变电设备上的避雷针与地网的连接部分，或35 kV以下设备与地网的连接部分的距离均应>15 m；独立避雷针与其接地部分、道路、房屋入口的距离应保持>3 m。

〔编辑：张思楠〕

Abstract： In order to ensure the safety and reliability of the substation， the relevant staff should take active measures to protect the ground. In the construction of high soil resistivity area， it is very difficult to meet the requirements of the project， especially in the case of limited ground area. Therefore， it should be based on the different geological structure characteristics， the type of electrical equipment and system operation mode， so as to achieve the economic， economical， safe and reasonable purpose.

Key words： substation； grounding protection； electrical resistivity； grounding network