变电站接地网与降阻措施

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1 接地网结构

变电站接地网是以水平接地网为主,垂直接地极为辅组成的复合接地网。对于户内变电站,在建筑物屋顶设避雷带,通过接地引下线与主地可靠连接;配电装置楼各层敷设辅助接地网,各层辅助接地网通过建筑物砼柱内接地引下线与主地网可靠连接;开关场需敷设专用铜排,保护室需敷设等电位地网,需直接可靠连接至主接地网。

2 接地方式与接地电阻

在二十世纪70年代以前,常采用“独立接地”形式,即将防雷接地,电源接地(保护接地),信号接地(工作接地)三个系统从接地线到接地装置都互不相连,故又称“三地”方式,这种方式虽可避免工频电源对信号系统的干扰,但往往发生因防雷接地与电源设备接地互不相连而造成的反击,致使设备损坏事故。70年代后的工程技术人员开始将防雷接地与电源系统的接地采用共用接地装置,而对电子设备仍然独立接地,这就是所谓的“西地”方式,在正常情况下电子设备能稳定地工作,但雷电造成其损坏的情况常有发生,于是“共用接地”技术受到人们高度重视,被逐步采用。直至2000年正式列为国家防雷标准《建筑物防雷设计规范》中的一条:“防直击雷接地宜和防雷电感应、电器设备、信息系统等接地共用同一接地装置”(GB50057—94中第3．3．4条),变电站也采用“三地合一”的接地方式。正确设计的变电站接地网,应当使电气和电子系统的所有部分,在任何时候都能通过所提供的低阻抗途径,均衡整个系统的能量并排泄入地,使其保持在同一电位上。接地系统的关键是地下的接地装置,这经常成为建立有效接地系统得最大困难。要提供最小而又能长期保持的低阻抗对地泄流,应考虑土壤条件、接地装置与土壤的接触面及接地装置的寿命等因素。接地电阻由三部分组成:接地线与接地极的自身电阻,这部分电阻一般只在总接地电阻的1%－2%。接地极与土壤间的接触电阻,它的大小与接地极的形状,与土壤接触的松紧程度直接有关,其值可占总接地电阻的20%－60%不等。电流经接地极流入土壤后的流散电阻,它的大小与接地极的形状、几何尺寸及土壤电阻率P0有关。即:R＝P0·f,其中f为接地极的形状因子。

3 降阻措施

设计时应该根据现场实测出变电站所在地土壤率,按照具体的接地形状、材料,通过CDEGS仿真计算出接地电阻,等到实际施工完成后,再经过现场实测接地电阻值,达到相关标准允许值才行。但是往往由于各种原因,现场实际接地电阻很难达到要求,这就需要采取一些降阻措施,具体分析如下。

3．1 采用接地降阻剂 降阻剂的作用是一种化学处理的方法,它是在接地体周围加入离子生成物质,以改善土壤的导电性能,这种物质的作用是增大接地体的有效半径,从而增大接地体的流散面积,使接地电阻降低,使用降阻剂还可减小接触电阻。接地降阻剂的材料可分为盐类(有机盐与无机盐)和凝胶两种,盐类(如氯化钠、硫酸铜等)可融解于水,能因降雨和地下水的冲洗而流失,目前已很少采用。当前使用比较多的是凝胶类降阻剂。它们有:丙稀酰胺凝胶,硅酸盐凝胶,亚铁氰化铜凝胶和石墨与水的混合物等。接地装置充填入降阻剂后,降阻剂的作用实质式增大接地体的有效直径,从而增大了接地装置对冲击电流的散流能力,降低了散流阻抗,理论上一般只可使接地电阻降低30%－60%,达到降低接地电阻的作用。但是由于使用化学材料,腐蚀性大,地网寿命在5年以内,成本高,近来禁止使用降阻剂的呼声越来越高。

3．2 扩大接地网面积 假设一个110k V变电站,所在位置的土壤电阻率ρ＝1000Ω·m,设计接地电阻R＝0．5Ω,则需接地面积S:根据接地网接地电阻公式,可计算出S＝1000m×1000m,即L1＝L2＝1000m。扩大接地网面积这种方式能够有效降低接地电阻,但是如果变电站原有占地面积比较小,需要另外征地设置接地网,实际可操作性低、成本高。

3．3 增加地网的埋设深度 变电站均压接地网一般敷设在冻土层以下(－0．8m左右),可以继续挖深1－3m,根据电阻公式可知,此方法可略微降低电阻,但效果不明显。

3．4 利用自然接地体 变电站均压接地网与控制室建筑基础地网相连,属站内地网,只能在内部增加泄流路径及速度,对整个电站的接地电阻降低基本没有效果。

3．5 打深井或深孔爆破法 此方法相当于增长垂直接地极,等于加大了接地网的半径及面积,有一定效果,但不一定达到接地电阻设计值,另外深孔爆破法的效果与地质结构有关,成本较高。

3．6 使用新型电解地极降阻 根据第2点分析,扩大水平接地面积会遇到征地及成本等问题,那么辅助打多口深井,即将接地网等效于一个半球接地体,见图。

依然假设,变电站土壤电阻率ρ＝1000Ω·m,设计接地电阻值R＝0．5Ω,需将半球接地体的半径r扩至,则应打很多个超300m深的井,这样做成本很高,也不是理想的解决办法。如果采用向土壤施放电解质,就能将大于接地半球r的土壤电阻率降下来,接地电阻值R就可以降下来。

4 结束语

接地网是人身安全和设备安全稳定运行的有力保障,研究接地降阻技术并将其应用于实际工程中具有重要意义。变电站接地网电阻会受到变电站占地面积、土壤电阻率、施工工艺等条件的影响,应依据工程实际情况对接地网进行设计,应选择效果好、经济、合理、安全、可靠、环保的降阻措施,因地制宜,综合治理已达到降低接地电阻。