110KV變電站接地網改造（降阻）實施方案

一、 變電站接地概述:接地網作為變電站交直流設備接地及防雷保護接地，對系統(tǒng)的安全運行起著重要的作用。由于接地網作為隱性工程容易被人忽視，往往只注意最后的接地電阻的測量結果。隨著電力系統(tǒng)電壓等級的升高及容量的增加，接地不良引起的事故擴大問題屢有發(fā)生。因此，接地問題越來越受到重視。變電站地網因其在安全中的重要地位，一次性建設、維護困難等特點在工程建設中受到重視；另外，在設計及施工時也不易控制，這也是工程建設中的難點之一。因此，為保證電力系統(tǒng)的安全運行，降低接地工程造價，應采用最經濟、合理的接地網設計思路。

 二、 本項目設計方案
 1. 引用標準
 DL/T621-97 《交流電氣裝置的接地》
 GBJ65-83 《工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規(guī)范》
 GB50059-92 《35-110KV變電站設計規(guī)范》
 GB50057-94 《建筑物防雷設計規(guī)范》
 2. 環(huán)境概況
 A、變電站總占地面積為90×80共7200平方米。
 B、工程所在地土層平均厚度約為5米估算；
 C、工程為110kv變電站；
 D、土壤電阻率估測為160Ω?m；     

結論：變電站位于河床旁，由現場勘察和土壤電阻率測量可知，變電站地質結構表層為黏土，地層為卵石，片巖為主�？紤]季節(jié)系數，設計用土壤電阻率取160Ω?m；3. 設計方案1. 接地環(huán)采用Φ14.2鍍銅鋼棒；2. 站內采用30處深12mΦ14.2鍍銅鋼棒深埋接地體； 3. 在站內圍墻內四角處安裝4套長效電解離子接地系統(tǒng)；4. 變電站原地網保留不拆除，與新地網可靠連接；5. 主地網采用95mm2引至地面200mm，再采用50*5鍍鋅扁鋼與架構相連接；6. 接地系統(tǒng)焊接工藝采用目前最先進“凱威火泥熔接”技術連接；
4. 設計計算
1) 接地體的熱穩(wěn)定校驗：
接地線的最小截面應符合下式要求：
本方案中采用的主網材料為紫銅排， C＝210；當短路電流值取20KA,te＝1s時，Sg>95mm2。本設計采用的鍍銅鋼棒截面為120mm2,完全滿足要求。

（鍍銅接地棒與水平鍍銅鋼絞線T型焊接圖）
2) 接地網的腐蝕
接地網的腐蝕狀況在八十年代及以前變電站的設計中，很少或根本就沒有考慮地網的腐蝕問題。由于地網腐蝕引起的安全事故屢有發(fā)生，如接地引下線斷開使高壓運行設備處于無接地狀態(tài)，地下主網腐蝕斷裂使地網分割成幾塊，發(fā)生接地時使二次設備燒壞等。另外，由于地網屬隱蔽工程，埋于地下后不易檢查、修復等，因此，從設計的角度應加大對地網腐蝕的調查研究，以便有利于系統(tǒng)的安全運行。一般變電站的設計年限按25～30年考慮，但地網的實際安全壽命只有10～15年左右，與變電站的設計年限極不配套。加之，由于系統(tǒng)容量的增加，短路水平的提高，腐蝕后的地網更不能滿足安全運行的要求。
接地網的防腐設計接地網的材料一般為扁鋼和圓鋼，其腐蝕狀態(tài)應根據變電站當地的腐蝕參數進行計算。但一般情況下其腐蝕參數很難測定。因此，在工程設計沒有實際數據時按扁鋼腐蝕速度：0.1 -0.2 mm/a；圓鋼腐蝕速度：0.065 -0.07 mm/a；熱鍍鋅扁鋼腐蝕速度：0.065 -0.07 mm/a計算。在計算時，還應考慮不同敷設部位腐蝕情況不同的影響，可參考以下數據。采用扁鋼接地網的年腐蝕率，當接地網部位為水平接地體時年腐蝕速度：0.1 -0.12 mm/a；為設備引下線時年腐蝕速度：0.2 -0.3 mm/a；為電纜溝中的接地帶時年腐蝕速度：0.47 mm/a�！　�
對于一般變電站地網的設計年限不應小于30年，對于重要樞紐變電站的地網壽命應按50年考慮。這兩種情況都不大于規(guī)程規(guī)定的設計年限，但更接近于實際。關于地網材料的選用問題，常規(guī)選用扁鋼和圓鋼兩種，相同截面的扁鋼與圓鋼與周圍土壤介質的接觸面不一致，扁鋼約為50%左右，但由于其腐蝕機理不完全一致，腐蝕結果基本上一致，這已從陜西電網和青海電網地網腐蝕調查報告中已得到確認，而且規(guī)程中也提供了不同的腐蝕數據。因此，我們選用強耐腐蝕性能的鍍銅鋼棒作為接地體，確保在30年內免維護。
3) 跨步電壓和接觸電壓
《交流電氣裝置的接地》(DL/T621-97)中對接地電阻值有具體的規(guī)定，一般不大于0.5Ω。在高土壤電阻率地區(qū)，當接地裝置要求做到規(guī)定的接地電阻在技術經濟上極不合理時，大接地短路電流系統(tǒng)接地電阻允許達到5Ω，但應采取措施，如防止高電位外引采取的電位隔離措施，驗算接觸電勢，跨步電壓等。根據規(guī)程規(guī)定，主要是以發(fā)生接地故障時，接地電位的升高不超過2000V進行控制，其次以接地電阻不大于0.5Ω和5Ω進行要求。
接地的實質是控制變電站發(fā)生接地短路時，故障點地電位的升高，因為接地主要是為了設備及人身的安全，起作用的是電位而不是電阻，接地電阻是衡量地網合格的一個重要參數，但不是唯一的參數。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷增大，一般情況下單相短路電流值較大，變電站大部分接地電阻又很難做到0.5Ω。因此，從安全運行的角度出發(fā)，不管在什么情況下，都應該驗算地網的接觸電勢和跨步電壓，必要時應采取防止高電位外引的隔離措施。
接地短路電流分析當系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，產生的接地短路電流經三種途徑流入系統(tǒng)接地中性點。(1)經架空地線—桿塔系統(tǒng);(2)經設備接地引下線，地網流入本站內變壓器中性點;(3)經地網入地后通過大地流回系統(tǒng)中性點。而對地網接地電阻起決定性作用的只是入地短路電流。所以，正確地考慮和計算各部分短路電流值，對合理地設計地網有著很大的影響。
架空地線系統(tǒng)的影響對于有效接地系統(tǒng)110kV以上變電站，線路架空地線都直接與變電站內出線架構相連。當發(fā)生接地短路時，很大一部分短路電流經架空地線系統(tǒng)分流，因此，在計算時，應考慮該部分分流作用，發(fā)生接地故障時，總的短路電流是一定的，只要增大架空地線的分流電流，就可減小入地短路電流，因此，降低架空地線的阻抗也是安全接地設計重要的一個分支。架空地線采用良導體，正確利用架空地線系統(tǒng)分流，將使地網的設計條件更為有利。
入地短路電流從上述分析可知，入地短路電流是總的接地短路電流減去架空地線的分流，再減去流經變壓器中性點的電流(也就是流經變電器的零序電流)。如此計算，入地短路電流值相對比較小。由于接地電阻允許值R≤2000I，所以接地電阻相應的允許值就比較大，設計也容易滿足。另外，對于一個給定的地網，其接地電阻也基本確定:從R≈0.5ρ/S可知，對實際的接地網面積減少有很大影響。
在110kV以上有效接地系統(tǒng)和6-35kV低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地和同點兩相接地時，變電站接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應超過下列數值：
Ut―――接觸電位差
Us―――跨步電位差
t――――接地短路（故障）電流持續(xù)實際
短路時間t取0.8s，在地表面沒有高阻層時，可以計算得出：
Ut＝224.95 V
Us＝319.76 V
為保障電力系統(tǒng)故障瀉流時，附近人員的人身安全，應盡量降低跨步電壓（接觸電勢），《工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規(guī)范》GBJ65-83第2.0.8條規(guī)定，在人員出入路口使用礫石或瀝青覆蓋，地表面電阻率為3000Ω.m，可以得出
Ut＝967.32 V
Us＝3215.92 V
4) 接地體的接地電阻：
原接地網接地電阻：
式中：
ρ（Ω.m）-----土壤電阻率；
d(m)------------接地體等效直徑；
S（m2）---------地網面積；
H(m)------------埋設深度；
L(m)------------接地極長度(m) ；
A---------------形狀系數
原地網接地電阻為R原＝0.684Ω
上式表明，傳統(tǒng)的接地方式在土壤電阻率已經確定的情況下，要想達到設計要求的電阻必須有足夠的接地面積，要降低接地電阻只有擴大接地面積，每擴大4倍的接地面積，接地電阻會降低一倍。
式（2）、（3）表明，在上述的接地網中，要降低接地電阻的另一個方法是加大接地材料的尺寸，但是耗材太大而且效果并不理想。以下降低接地電阻的一些常用的合理的方法。
為了達到降低接地網接地電阻之目的，首先需要從理論上研究降低接地電阻的方法。由公式R=ρε/C可以看出，降低接地電阻有以下兩種途徑，一是增大接地體幾何尺寸，以增大接地體的電容C；二是改善地質電學性質，減小地的電阻率ρ和介電系數ε。
接地網是在接地系統(tǒng)的基礎，由接地環(huán)（網）、接地極（體）和引下線組成，以往常有種誤解，把接地環(huán)作為接地的主體，很少使用接地體，在接地要求不高或地質條件相當優(yōu)越的情況下，接地環(huán)也能夠起到接地的作用，但是通常的情況下，這是不可行的，接地環(huán)可以起到輔助接地地作用，主導作用是用接地體來完成的。
依據電容概念，增加垂直接地體可以增大接地網電容。當增加的垂直接地體長度和接地網長、寬尺寸可比擬時，接地網由原來的近似于平板接地體趨近于一個半球接地體，電容會有較大增加，接地電阻會有較大減小。由埋深為零半徑為ｒ的圓盤和半徑為ｒ的半球電容之比４εr／２πεr可得，接地電阻將減�。常叮ァ５�是對于大型接地網，其電容主要是由它的面積尺寸決定，附加于接地網上有限長度（２～３ｍ）的垂直接地體，不足以改變決定電容大小的幾何尺寸，因而電容增加不大，亦接地電阻減小不多。所以大型接地網不應加以增加垂直接地體作為減小接地電阻的主要方法，垂直接地體僅作為加強集中接地散泄雷電流之用，因此，唯一有效的途徑是采用深埋接地。
5) 深埋接地極
單根深埋接地極接地電阻：采用單根深埋接地極時的接地電阻為：
式中：
ρ（Ω.m）-----土壤電阻率；
L--------------深埋接地極的長度，m
d--------------深埋接地體等效直徑；
d＝20m時，可計算出單根深埋接地極接地電阻R單＝10.611 Ω
復合深埋接地極接地電阻：
其中a=ρ/2πRs
Rn----n個深埋接地極并聯，Ω
R---- 一個接地點的接地電阻Ω
s---- 并聯接地點之間的距離 m
ρ----土壤電阻率，Ω?m
λ---- 調整系數，40根時取15；
可以算出40根深埋接地極接地電阻Rn＝0.503 Ω
6) 長效電解離子接地系統(tǒng)接地電阻：
單根長效電解離子接地系統(tǒng)接地電阻：
R離＝0.2×k×ρ
式中：
ρ（Ω.m）-----土壤電阻率；
k--------------影響系數，與埋設截面，電解液擴散等有關，這里取0.15可計算出單根深埋接地極接地電阻R離＝3.9Ω
4根長效電解離子接地系統(tǒng)接地電阻：R4＝λ×R離/n
式中：
λ-----并聯系數，與間距，數量，分布等有關，這里取2；
n------電解離子數量
計算得出　　R4＝2.08Ω
7) 總體接地效果：
R總＝R原// Rn// R4/N式中N為效果系數，這里取0.8可以算出R總＝0.358 Ω
結論：
針對該110kV變電站實際情況，凱威電氣設備有限公司公司采用深埋40處鍍銅接地極和4套長效電解離子接地系統(tǒng)，完成后其綜合效果可以將變電站接地電阻降為0.358 Ω，地網工程由很多未知因數影響，設計有可能在施工實際中發(fā)生偏差。