高土壤電阻率地區(qū)變電站接地處理

1、高土壤電阻率地區(qū)變電站接地網(wǎng)的新型降阻措施湯東升1呂勤1 蔣燕2（1.嘉興恒創(chuàng)電力設計研究院 2.嘉興電力局）摘要本文通過對剛果（金）120kV華友MIKAS變電站接地網(wǎng)設計方案的闡述，介紹了高土壤電阻率地區(qū)變電站接地網(wǎng)的新型降阻處理方式，指出采用換土、深孔等常規(guī)降阻方法的局限性，并提出在高土壤電阻率地區(qū)不必片面追求低的接地電阻值，在防止電位轉移、驗算接觸電壓和跨步電壓并采取均壓措施后，接地電阻值可取一個適當?shù)臄?shù)值。【關鍵詞】：高土壤電阻率、接地網(wǎng)、降阻、新型接地材料、校驗0前言120kV華友MIKAS變電站是浙江華友公司位于剛果（金）利卡西市的一座廠 用變電站，該廠區(qū)屬高原地貌，地質以強風化

2、砂質泥巖為主，無粘性土層。變電 站可供接地網(wǎng)用地面積小，土壤電阻率 p 1800。 m對接地電阻而言，地質情 況非常惡劣。剛果（金）地處遙遠的非洲大陸，電力工業(yè)基礎薄弱，由中國工程 技術人員設計和施工的變電站若接地電阻不能滿足運行要求，日后采取補救措施將非常困難?；诖?，筆者多次改進變電站接地網(wǎng)設計方案，以保證變電站接地網(wǎng)一次施工成型。1接地網(wǎng)常規(guī)設計及接地電阻計算變電站的接地網(wǎng)由水平接地網(wǎng)和垂直接地體組成復合接地網(wǎng)， 水平接地網(wǎng)干 線采用-8 X60mn鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用-6.3 X 63熱鍍鋅角鋼。根據(jù)變電 站的布置型式和現(xiàn)場實際情況，變電站的接地網(wǎng)占地面積為 2040平方米（40m

3、 X51m, 土壤電阻率以1800Q m計，其工頻接地電阻R的計算值為：L 1 1R : 05 /、S = 0.5 1800 . 2040 = 19.9311根據(jù)DL/T 621-1997交流電氣裝置的接地（鑒于剛果（金）的實際情況， 本次設計采用國內(nèi)標準，下同）的要求：一般情況下 R r1外至地中流散電流密度一 0的區(qū)域內(nèi)的P ,并不 是金屬接地體周圍的p ,將金屬接地體周圍的泥土更換為低 p的泥土降低接地網(wǎng) 電阻并無無太大意義，僅僅將接地極外形尺寸擴大而已。采用降阻劑方法的原理和效果與換土法相差不多。通過以上分析可以看出，該兩種方法并不是可靠的降阻措施， 不適用于本工 程。深埋接地極當?shù)叵?/p>

4、深處的土壤或水的電阻率較低時， 可采取深埋接地極的方法來降低接 地電阻值。根據(jù)廠區(qū)巖土工程勘察報告，該場地鉆探揭露深度內(nèi)未見地下水， 且地下深處土壤電阻率未見降低。故深埋接地極方法也不適用于本工程。多支外引式接地裝置此方法需接地裝置附近有導電良好及不凍的河流湖泊，且在設計、安裝時， 必須考慮連接接地極干線自身電阻所帶來的影響?，F(xiàn)場情況不適合采用此方法。3接地網(wǎng)新型降阻措施在常規(guī)降阻措施難以達到降阻目的的情況下， 筆者通過查閱大量資料，最終 采用常規(guī)接地網(wǎng)配合ALG防腐離子接地體加CE磔置的處理方式，以達到降阻目 的。目前，該處理方式在國內(nèi)部分位于高土壤電阻率地區(qū)的變電站已開始采用。新型接地材料

5、的技術特點ALG防腐離子接地體技術特點ALG防腐離子接地體主要由電極單元、高能回填料和防護罩組成。長度一般 為30米，采用垂直敷設。電極單元采用高純度銅材或特殊鋼材制成， 與接地網(wǎng)連接的引出線為120mm 金屬絞線，其體內(nèi)的復合內(nèi)填料具有非常好的吸水性和滲透性，能使周圍土壤保持一定的濕度，同時向周圍的土壤釋放導電離子，增大周圍土壤的離子濃度，已達到更佳的導電狀態(tài)，且能隨著時間的推移， 逐漸擴大周圍土壤的導電范圍，進 一步降低土壤的電阻率。高能回填料以火山灰形成的天然粘土為主要原料，經(jīng)特殊加工后，具有極強 的導電泄流能力、防腐能力、很低的接觸電阻和極強的保水能力， 進一步強化了 接地系統(tǒng)的性能。

6、ALG防腐離子接地體具有以下技術優(yōu)點：1）能自動補充水分和導電離子，自動調(diào)節(jié)功能強，穩(wěn)定性高，接地電阻隨 季節(jié)變化小。2）由于選擇耐腐蝕和防腐蝕材料，裝置使用年限長。3）電極單元主要選用低導磁性材料，具抗直擊雷感應脈沖襲擊強，更有利 于保護電器、電子、通訊等室內(nèi)設施。4）由于其高效的降阻性能，占地面積小，施工工程量小，材料用量少。對需 要長距離運輸，現(xiàn)場施工條件惡劣的工程，優(yōu)勢明顯。CET裝置技術特點CET裝置主要有電極單元和復合回填料組成。長度約 8米，采用水平敷設。電極單元設計有泄流環(huán)結構，能有效降低大電流通過時引起的地電位升高。 復合回填料主要物質是導電石墨。 靠電子導電，電極單元可不斷

7、向周圍土壤中釋 放導電離子，改善接地體周圍的土壤，接地電阻隨季節(jié)變化小。接地網(wǎng)優(yōu)化設計變電站的接地網(wǎng)在常規(guī)設計的基礎上增加了 5套ALGB腐離子接地體和23 套CE磔置。防腐離子接地體均勻布置與接地網(wǎng)外沿，垂直敷設； CET裝置敷設 于接地網(wǎng)四周，與接地網(wǎng)外沿干線成九十度水平敷設。接地網(wǎng)敷設見圖3.2-1。*nc圖3.2-1接地網(wǎng)敷設平面圖接地電阻計算接地網(wǎng)接地電阻由前面計算可知Ri0.5 ：=19.93 Q外延射線（CET裝置）接地電阻Rc =0.05：cRCr2 =NN: CET接地裝置數(shù)量，23:利用系數(shù)0.85R2 = 5.115接地網(wǎng)與外延射線（CET裝置）的接地電阻R3 =RR2(

8、Ri R2)R1：水平地網(wǎng)的接地電阻，19.93 QR2：外延射線的接地電阻，5.115 QR：總的接地電阻，Q“：并聯(lián)利用系數(shù)，0.85R=4.79 Q單套防腐離子接地體的電阻：8 L1Rv =(In -1) K2二 L DRv :單套ALG防腐離子接地體的接地電阻0: 土壤電阻率，1800Q.mL:離子接地體長度，30mD:接地體等效直徑，0.18m （安裝離子接地體的深井鉆孔直徑）K: 土壤調(diào)節(jié)系數(shù)，20%Rv =11.845套垂直防腐離子接地體的電阻R -RvR4 -nR4:為多套離子接地體并聯(lián)接地電阻，QRv:單套離子接地體的接地電阻，11.84 1n:離子接地體數(shù)目，5套”:多套離

9、子接地體并聯(lián)利用系數(shù)，0.85R4=2.79 j地網(wǎng)總接地電阻R4 R3(R3 R4)R：接地網(wǎng)總接地電阻R3：水平接地體與外延射線的總接地電阻，4.79 GR：垂直接地體并聯(lián)垂直接地電阻，2.79夏:利用系數(shù)，0.9R=1.96 J工程中沒有一味的增加防腐離子接地體的數(shù)量，使接地電阻值達到小于 2000/1（或0.5 Q）的目標，這其中有技術經(jīng)濟性的考慮，更重要的是考慮高土壤 電阻率地區(qū)不必片面追求低的接地電阻值，在防止電位轉移、驗算接觸電壓和跨 步電壓并采取均壓措施后，接地電阻值可取一個適當?shù)臄?shù)值。由計算可知，經(jīng)處理后變電站的接地電阻滿足小于 5c的規(guī)程要求，但還需進行接觸電勢和跨步電 壓

10、的校驗，并采取電位轉移的措施。4接觸電勢、跨步電壓校驗以及防止電位升高和轉移措施174 0.17 阡U t接觸電位差允許值 錯誤！未找到引用源。5,跨步電位差允,174 0.7 DfUs 許值錯誤！未找到引用源。由 ，其中pf為人腳站立處地表面的土壤電阻率，t為接地短路電流的持續(xù)時間。人行通道鋪設 20cm厚的碎石或瀝青混凝土后，pf 取 2500Q - m t = 0.2s,計算得允許值 Ut=1339 V, Us= 4302M接地裝置電位Ug=IR,其中I為入地短路電流，R為接地裝置接地電阻。根 據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計算，I取3.5kA,計算得Ug= 3.5 x 1.96=6.86kV。接觸電勢校驗

11、：Utmax=KtmaxUg1其中Ktmax=KdKLKnKsKd=0.841-0.225lgdKL=1.0 方孔接地網(wǎng)Kn=0.076+0.776/nKs=0.234+0.414lg錯誤！未找到引用源。d為均壓帶等效直徑，n為均壓帶計算根數(shù)，S為接地網(wǎng)面積計算得 Ktmax= 0.179 , Utmax=KtmaxUg=1228V1339 V,1足要求。跨步電壓校驗：Usmax=KsmaxUg其中s max(1.5-1 2)n -2 114 、/ S 2 = 0.35()1.14() -n 300.3088:=0、n 0.316T=0.8m,即跨步距離，h為接地網(wǎng)埋深，n為均壓帶計算根數(shù)，S

12、為接地網(wǎng)面積。計算得 Ksmax= 0.075, Usmax=KsmaxUg=512V4302耦足要求。防止電位升高危及安全的措施：為保證人員安全，獨立避雷針5m范圍內(nèi)及站內(nèi)人行通道均采用碎石、瀝青 混凝土作均壓處理。PVCt;為防止電位轉移引起危害，站內(nèi)所有電纜管和水管都采用非金屬的本工程無通信電源，不考慮加裝隔離變壓器，含通信電源的變電站，應考慮加裝隔離變壓器。5結束語接地網(wǎng)是變電站可靠運行的基本保障，而接地電阻值是考核接地網(wǎng)是否滿足 運行要求的核心參數(shù)。常規(guī)降阻措施的應用往往都有前提條件，具有很大的應用 局限性，新型接地材料的出現(xiàn)和應用給接地網(wǎng)的設計、施工、維護帶來新的提升和發(fā)展。接地網(wǎng)

13、設計是一項系統(tǒng)工程，設計時不能純粹的以降低接地電阻值為目的，有時硬要把接地電阻值降到2000/1 （或0.5 Q）以下非常困難，從技術經(jīng)濟的 角度看也極不合理，在正確理解和運用規(guī)程的基礎上，在進行相關的驗算和采取 必要的措施后，接地電阻值可取一個適當?shù)臄?shù)值。近年來，中國工程技術人員的足跡已遍布廣袤的非洲大陸，本文對具有相同地質地貌的海外變電站工程的設計、施工具有一定的借鑒意義。參考文獻1DL/T 621-1997,交流電氣裝置的接地S。北京；中國電力出版社，1998。2水利電力部西北電力設汁院，電力工程電氣設汁手冊：第 1冊 電氣一 次部分M。北京：水利電力出版社，1989。3DL/T620 -1997,交流電氣裝置的