简论变电站星寨220千伏变电站降低接地电阻

摘 要：接地是维护电力系统安全可靠运行、保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施。本文作者就220kV变电站的降低接地电阻设计思路进行了分析与探讨，仅供同行参考。
关键词：接地；电力系统； 220kV变电站；降低接地电阻

1、引言：

随着我国电力事业的飞速发展，电网规模不断扩大，系统电压等级不断提高，系统容量不断增大，接地短路电流亦越来越大，一个安全有效的接地系统显得越来越重要。
电力标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中规定有效接地和低电阻接地系统电站的接地电阻应满足 R≤2000/I 欧，如不符合上式要求时，可通过技术经济比较，把接地电阻放宽到小于等于5欧，但要将转移电位、接触电压和跨步电压限制在安全范围内。
在高土壤电阻率地区往往难以达到国家有关规程的规定和要求，这时就需要采取措施把接地电阻、接触电压和跨步电压限制在规定的范围内，才能保障电力系统的安全可靠运行。

2、站址工程地质概况

合川220kV星寨（清平）变电站所选老龙洞站址位于合川区三汇镇老龙村。所选站址为单斜地质构造单元喀斯特溶蚀地貌，斜坡地形。根据地勘报告，变电站测区内出露基底岩石全部为三叠系下统嘉陵江组（T1j）灰色块状角砾岩、白云岩夹灰岩及深灰色薄～中厚层灰岩、泥质灰岩夹泥灰岩、页岩的浅海相沉积建造。第四系为黄褐色至褐色残坡积粉质粘土。 本站站区土壤电阻率高，接地条件非常差。

3、接地降阻方案分析

通过对国内外有关降低接地电阻方法的资料进行收集和分析，现将其国内外各降低接地电阻的方法综述如下：
（1）扩大接地网面积及增加接地网埋深
均匀土壤条件下，变电站接地网的接地电阻与接地网面积的平方根近似成反比，接地网面积越大接地电阻越低。采用此方案对于在均匀土壤条件下是降低接地电阻的一种行之有效的方法。
（2）外引接地
外引接地是指将变电站主接地网与在主接地网区域以外某一低土壤电阻率区域敷设的辅助接地网相连，以达到降低整个接地系统接地电阻的目的。采用引外接地的必要条件是必须能在主接地网附近找到土壤电阻率相对较低的区域。
（3）变电站接地网互连法
变电站接地网互连法是指当两个变电站距离很近时，且在同一个电压等级下，可以把它们的接地网用导线连接起来，以实现共同降阻的目的。考虑冲击电阻的影响，单个接地网的接地电阻不能太高，两网之间的距离不应超过 2000m。
（4）垂直接地极
在水平接地网基础上敷设垂直接地极以构成“三维接地网”是降低接地电阻的有效方法。特别是地下有含水层或低电阻率土壤层的地方，在水平接地网四周敷设垂直接地极，入地电流可以经垂直接地极通过含水层或低电阻率土壤层流散，能有效的降低整个接地系统的接地电阻。
（5）深井接地
采用接地井来降低接地电阻。就纵深来说，不同深度土壤的电阻率是不同的，土壤越深越稳定。有地下含水层的地方，接地体可以深入穿透水层，这时降阻效果将更好。
（6）电解离子接地极
电解离子接地极内部能不断地自动释放出活性电解离子，从而大大地降低了土壤电阻率，使周围土壤的导电性能可以始终保持在较高的水平，雷电流或故障电流能很轻易地扩散到周围土壤中，充分发挥整个接地系统的作用。
（7）接地降阻剂
在接地体周围的土壤中加入降阻剂，可以改善土壤的导电性能，从而降低接地电阻。在高土壤电阻率地区，如有岩石层等，可以使用接地降阻剂，并

源于：免费论文www.udooo.com

适当配合其它降阻方法，以达到降低接地电阻的目的。
（8）局部换土
土壤电阻率的高低直接影响接地电阻的大小。对于某些高土壤电阻率地区的接地装置，可以采用局部换土的方法用电阻率较低的土壤(粘土、黑土)或低电阻率材料来置换接地装置周围的高电阻率土壤。

4、降阻方案的选择

星寨220kV变电站站址处土壤多为岩石结构，土壤层较薄，土壤电阻率较高。一般降阻方法难以实施，选择不合适的降阻方法往往会造成浪费，同时其降阻效果也会不理想。本文根据星寨220kV变电站站址的实际情况对降阻方案进行具体分析，以选择合适的降低接地电阻的方案。
根据计算，星寨220kV变电站最大入地短路电流I＝10.76kA，经计算本站接地网应在任何季节接地电阻应不大于2000/I=0.19Ω。本站根据地勘报告，土壤电阻率按2000Ω.m取值，接地装置采用以水平接地体为主的人工接地网，埋深0.8m。据此计算，本站接地电阻为 Ω，不满足接地电阻小于2000/I（0.19Ω）的要求。
本站的允许最大接触电位差为：
式中： Ut——接触电位差，V；
ρf——人脚站立出地表面的土壤电阻率，本站为 2000 Ω·m；
t——接地短路（故障）电流的持续时间，取主保护动作时间0.15s。
计算得：
V
本站的最大接触电压计算值为
Utmax =37278.3V
本站的允许最大跨步电位差为：
式中： Us——接触电位差，V；
ρf——人脚站立出地表面的土壤电阻率，本站取2000Ω·m；
t——接地短路（故障）电流的持续时间，取主保护动作时间0.15s。
计算得：
Us =406

4.05 V

本站的最大跨步电压计算值为
Uax =1299

2.86V

由以上计算结果可知，本站的接地电阻、最大跨步电位差、最大接触电位差均不满足要求。
根据勘测、地质专业资料得知，本站址基底第四系残坡积土层比较薄，基岩为石灰岩，接地条件非常差。根据电力标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》的规定，本站考虑将转移电位、接触电压和跨步电压限制在安全范围内的同时，使接地电阻放宽到小于等于5欧。
根据站址实际情况，且结合以上国内外降低接地电阻方法的原理与特点的分析，采用局部换土的方式，对星寨220kV变电站进行降低接地电阻设计。

5、具体降阻设计实施方案与计算论证

由于地网之间的相互屏蔽作用，全部采用换土降阻效果不理想，可采用最外框地网四周置换土改良地网降阻技术，为了充分发挥外框换土部分的降阻效果，置换土的地网沟需增大开挖深度，并将地网沟的截面开挖成矩形，只将置换地网沟的土壤换成改良后的土壤。
在地网四周开挖降阻坑后, 坑里铺设水平接地极, 坑中填满置换土壤, 并联10个降阻坑, 环变电站接地外网四周将其等距分布, 由于降阻坑的间距已超过30 m, 可不考虑屏蔽的影响。
设接地坑长8 m, 宽 4 m, 深 4 m, 令置换截面的直径d1 = 4m, 每个水平接地体的长度= 8 m , 直径 d = 0.03 m, 置换土壤的电阻率为= 30Ω·m。
计算论证
局部换土后，根据实际经验与已知理论, 埋深为h 的水平接地体的接地电阻为
式中 d1 ---内切于置换截面的直径, m
d ---接地体等效直径, m
--原土壤电阻率, 2000Ω·m
--置换材料的电阻率, 30Ω·m
经计算，其接地电阻值为 R =3.75Ω，10个降阻坑并联后电阻为0.375Ω。将其与原地网电阻并联, 由于降阻坑内接地极的方向垂直于原地网, 所以与原地网间屏蔽作用很小, 可以忽略,得最终地网电阻为
//= 0.37Ω
其中 为 1

6.1Ω。

由此计算出：
变电站的最大接触电位差为
Utmax =85

6.75V7.14 V

变电站的最大接触电位差为 Uax =856.75V4.05 V 可看出变电站的最大接触电位差与最大跨步电位差均满足要求。
6、结论
根据对重庆星寨220kV变电站站址的地质勘测得知，站址处土壤电阻率较高，且根据地质结构的分析得知，本站的接地条件非常差，采用一般降阻方法难以达到所需接地电阻的要求。本文通过分析国内外目前所采用的降低接地电阻的方法与特点，结合本站实际情况，选

源于：论文格式排版www.udooo.com

择了局部换土的降低接地电阻的方法，进行降低接地电阻方案的设计，并对其进行计算论证。由计算结果可知，本站在采取局部换土的降低接地电阻的措施后，使本站的接地电阻降低至5欧以下，并使其最大接触电位差与最大跨步电位差均满足要求。