高土壤电阻率地区变电站接地设计研究 宋用斌（贵州电力设计研究院，贵州贵阳５５０００２） 【摘 要】变电站接地是维护变电站安全可靠运行、保障运行人员和电力设备安全的重要措施。特别是高土壤电阻率地区变电站接地系统设计 是非常重要的，本文通过对变电站接地系统的设计流程、接地电阻的计算方法、降低接地电阻的措施以及接地材料的使用等问题进行论述，可 作为高土壤电阻率地区变电站接地设计参考。 【关键词】高土壤电阻率：变电站；接地电阻计算；降阻措施；接地材料 【中图分类号】ＴＭ８６２ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１００６—４２２２（２０１４）２１—００５０—０３ 引言 ０．５Ｑ考虑。该变电站单靠普通的水平接地极和垂直接地极构 变电站的接地问题是一个看似简单、实际却是非常复杂 成的地网降阻效果难以达到接地电阻设计要求。需要采用一 而又至关重要的问题，它是维护变电站安全可靠运行、保障运 些特殊接地措施来进一步降低接地电阻值。本工程采用了引 行人员和电力设备安全的重要措施。近些年来，随着电网规模 不断扩大．入地短路电流越来越大，各种微机监控设备的应 外接地网和垂直接地极为ＹＤＪＬ笼式接地装置和ＳＺＪ空腹式 接地装置等特殊方法，并通过增加导电水泥来共同降阻。 ２．２．１工程基本情况及已知条件 用，不仅仅对工频接地电阻提高要求，而且对冲击接地电阻、 热稳定、接触电压、跨步电压等也有较高要求。虽然变电站接 地在工程总投资中所占比例较小。但如果接地网故障会造成 该５００ｋＶ变电站站址座落于山间顸部平缓地带上．站址 高程为８１３．９～８３２．４ｍ，相对高差最大达１９ｍ左右。根据岩土 电阻率测量成果报告，站址测区岩土电阻率差异较大，最小值 电网的重大事故，带来巨大的经济损失，所以接地网的设计是 ６０．４１２・ｍ，最大值２３８５．７１２・ｍ，平均值１２００１２・ｍ左右。分析变电 至关重要的。在类似贵州这种山区，平地较少，变电站要少占 站土壤结构状况，应考虑季节变化因素影响，调节系数为１．２～ 或不占良田好土，所以建在高土壤电阻率地区的变电站相＇３－ 多。由于南方电网反措对变电站接地电阻有非常严格的要求， 随着变电站占地面积的减少．土壤电阻率越来越高，如何降低 接地电阻是接地网设计的重要课题 ２之间，因此土壤电阻率按１５５０１２・ｍ计算较宜。该５００ｋＶ变 电站主地网面积约３０２７６ｍ ，外引接地网面积约为１３３２０ｍ ， ￣ＤＪＬ笼式接地装置４Ｏ套，ＳＺＪ空腹式接地装置８６套。 ２．２．２地网接地电阻的理论推算 １变电站接地设计基本流程 在接地设计初期，首先要收集原始资料．调查变电站所在 地区的土壤特性及地质构造．测量接地装置区域的土壤电阻 （１）计算主接地网水平接地体的接地电阻值Ｒ１： Ｒ．＝ ： 仑 ‘ＶＳ×ｋ 率等。然后根据系统等值阻抗，计算变电站单相接地故障短路 电流，根据相关规范及要求确定变电站安全运行接地装置的 式中：Ｒ．——水平接地极接地电阻值ｎ； ｐ——土壤电阻率，１５５０１２・ｍ； ｋ——降阻系数，０．９： Ｓ——水平主接地网的面积．３０２７６ｍ 。 接地电阻值。根据土壤电阻率计算变电站的接地电阻．当接地 电阻不满足要求时，要采取特殊的降阻措施来降低接地电阻。 在设计过程中还要对地网进行均压设计．计算均压网的接触 电位差和跨步电位差 Ｒ，：Ｑ： ：４９５１２ 、／３０２７６ ｘ０．９ ．２变电站接地设计 ２．１设计原则 根据《交流电气装置的接地设计规范》（ＧＢ／Ｔ５００６５—２０１１） ４．９５Ｑ＞Ｏ．５Ｑ．所以还需外引接地网和补充垂直接地板才 能达到接地电阻要求。 （２）计算引外接地网水平接地体的接地电阻值Ｒ２： 的要求，变电站接地网的接地电阻应满足Ｒ≤２０００／Ｉ。，其中Ｉ 是计算用经接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值 （Ａ），随着电力系统容量越来越大，变电站各级电压母线接地 同样的计算：Ｒ２，： ： ！ Ｑ ：７４６１＂） 、／１３３２Ｏ ｘ０．９ ．（３）ＹＤＪＬ笼式接地装置的接地电阻为Ｒ３，单个笼式接地 Ｋ￣ｘＫ２ｘ ×ｌｎ ２ｈ ＋Ｌ 故障电流也越来越大，所以，在高土壤电阻率地区的变电站接 装置的接地电阻值Ｒ 为：地电阻要满足Ｒ≤２０００／Ｉ 的要求是非常困难的。规范规定若 不满足要求时可通过技术经济比较适当增大接地电阻。根据 南方电网反措要求。变电站接地电阻最好能控制在０．５ｎ以 式中：Ｌ为接地体高度０．３ｍ：ｈ为接地体埋深０．８ｍ：ｄ为 ＳＺＪ接地装置的直径０．５ｍ：Ｋ 为接地坑回填土的降阻系数，为 下，所以贵州的变电站接地电阻大部分都是按０．５Ｑ来设计 的．这就需要采取降阻措施才能满足要求 ０．７２；Ｋ 为水分降阻系数，为０．４３。计算得：Ｒ．＝６０．８１２。 站内布置４Ｏ个ＹＤＪＬ，并联后按下式计算．取利用系数 ＝０．９５，ｎ＝４０，Ｒ ＝ Ｌ＝１．６Ｑ １１ ｎ ２．２接地电阻的计算 本文按我院设计的一个５００ｋＶ变电站为例．说明接地电 阻的计算。 根据前面提到的贵州的变电站接地电阻值一般按不超过 （４）ＳＺＪ空腹式接地装置的接地电阻为Ｒ ，根据上面同样 的公式计算单个空腹式接地装置的接地电阻值Ｒ 为６３．８２ｎ， 拇 ２０１４年１１月上 站内布置８６个ＳＺＪ，并联后按下式计算，取利用系数 ＝０．９５， 阻剂一般有化学降阻剂和膨润土，采用化学降阻剂时，其ｐＨ ｎ＝８６，计算出 为Ｏ．７８Ｑ。 值应不小于７ 使用降阻剂的工程．接地施工完后的接地电阻 （５）垂直接地系统和水平接地系统并联后的接地网总接 测量情况均不错．但由于缺乏长期的跟踪监测，对降阻剂性能 地电阻Ｒ： 的长效性和对接地极材料的腐蚀性的信息反馈少。可以和其 Ｒ＝Ｒ Ｌ｝？Ｒ ｆｆ Ｒ３／／Ｒ 它方法联合使用 式中：Ｒ ——主接地网水平接地系统的接地电阻，４．９５Ｑ； ３＿３．２低电阻率材料置换 Ｒ厂外引接地网水平接地体的接地电阻，７．４６ｎ； 现在的变电站由于采用了紧凑型设备，再加上要节约用 Ｒ厂ＹＤＪＬ笼式接地装置的接地电阻，１．６１２； 地．特别是一些城市或附近的变电站．占地面积均较小，这些 Ｒ ——ＳＺＪ空腹式接地装置的接地电阻，０．７８ｎ。 变电站经常采用离子接地模块来降阻．采用离子接地极和离 计算后Ｒ＝０．４４ｎ 子缓释填料，这种降阻措施在贵州的变电站中会经常采用，但 Ｒ＝０．４４ｎ＜０．５ｎ，所以Ｒ＜０．５１２．满足接地电阻要求。 采用的材料要注意应该是电阻率低、不易流失、性能稳定、易 ２．３接地网的型式 于吸收和保持水分，且无明显的腐蚀作用，并应施工简单，经 接地网的网格布置采用长孔网或方孔网．水平接地带布 济合理。 置按经验设计．接地网结构是水平接地网与垂直接地极相结 ３．４局部换土 合的复合式接地网。水平接地网可采用等间距布置，也可采用 用换土的方法来降低高土壤电阻率区接地网的接地电阻 不等间距布置。２２０ｋＶ及以下变电站与５００ｋＶ变电站接地网 是大家公认的有效措施之一。在贵州地区，由于变电站站址土 布置型式类似。只是水平接地带的间距不一样。２２０ｋＶ及以下 壤少，买土也不好买，所以在场平时就要注意收集一些低电阻 变电站接地带间距一般为５～８ｍ，由于５００ｋＶ变电站占地面积 率的土壤．水平接地体和垂直接地极均采用低电阻率的粘土 较大，水平接地带间距可放大到１０ｍ。垂直接地极除了在避雷 包裹。在具体工程设计中要根据站址的情况来具体分析是采 针（线）和避雷器需加强分流处装设外，在接地网周边和水平 用全部水平接地带换土或是采用局部换土。对于５００ｋＶ变电 地带交叉点也需设置２．５～３ｍ长的垂直接地极 站，由于占地面积较大，如对整个站区实施换土是不可能的， ３接地网的降阻措施 需要购买大量的田园土，不易找到合适的取土点，而且费用也 在高土壤电阻率地区的变电站一般均要采取特殊的降阻 较大．通常采用局部换土。只对水平接地带和垂直接地极的全 措施才能满足要求，在工程设计中有许多降低接地电阻的措 部或部分实施换土。再结合其它一些降阻措施使用，也可以达 施，比如：采用深井接地装置、使用降阻剂、电解离子接地系 到很好的降阻措施，我们已在多个工程中应用。 统、局部换土、引外接地、扩大接地网面积、水下接地装置等， ４接地网材料和寿命 在工程设计中视工程的具体情况可采用不同的降阻措施。也 接地网的寿命与接地网材料和土壤的腐蚀性有关．特别 可以采用多种措施联合使用来达到降阻的目的。下面就在工 是贵州地区．土壤的腐蚀性较大，在接地网材料的选择上要充 程中常用的一些方法分别作一些简介： 分考虑这一因数。 ３．１深井接地装置 ４．１接地网材质 当变电站附近地下深处土壤电阻率较低或有地下水．而 变电站接地网材料有钢材、铜材、铜包铜等，由于我国铜 地表层土壤电阻率很高时，采用深井接地对减少接地装置接 产量较少．而且铜较钢的价格高。所以在实际工程接地网大部 地电阻的效果较为明显，可采用深井接地。深井内可填长效物 分接地导体是采用扁钢作为接地材料。当然也有些户内站或 理降阻剂，这样接地效果最好。深井接地体间的水平距离宜大 占地面积较小的站可考虑用铜材或铜包钢作为接地材料。铜 于埋设深度，以减少相互屏蔽的影响，提高接地体的利用率。 材的性能比钢材好。导电率高一热容量大、耐腐蚀性强，铜是 ３．２引外接地装置 无磁性材料。电感小。从耐受短路电流来比较用材量，钢材为 在高土壤电阻率地区，当接地电阻难以满足要求，而变电 铜材的３倍．从接地阻抗比较用材料，则钢材是铜材的８倍， 站附近有有低电阻率区，如水塘、水田、水洼地等，可采用引外 铜地网的接地电阻和地位差比钢地网小．铜材的性能显然比 接地措施降低接地电阻。但引外接地装置不宜过远。一般在 钢材好，但其价格却十分昂贵，差不多是钢材的７～８倍，因此 １０００ｍ左右 具体做法可以敷设辅助接地网与站内主接地网 了铜材的使用．现阶段还是以采用钢材为主。 连接。注意接地体要深埋，要做好安全保护措施，防止因跨步 ４．２土壤的腐蚀性 电位差引起人员和牲畜的触电事故发生．必须保证引外接地 埋在地中的钢材，常因土壤的腐蚀作用而使截面变小，接 的安全性 地电阻增大．电气性能变坏，接地电阻增高，安全可靠性降低。 ３．３人工降阻 因地网腐蚀或发生断裂而引起的事故时有发生，会造成巨大 在不可能采用深井和引外接地的地方，当地网面积不大 的经济损失。为了安全运行．每年都有变电站的接地网在进行 时．可根据现场情况和技术经济比较．因地制宜地采用人工降 改造。由于变电站在运行中．地网改造不仅施工困难，投资也 阻措施来降低接地电阻。具体办法包括使用降阻剂和低电阻 大。所以，在新建工程的接地网设计是非常重要的，我们必须 率材料置换 给予足够的重视。接地材料若选择的是钢材，为了防腐必须采用 ３．３．１使用降阻剂 热镀（浸）锌的扁钢，各个工程扁钢的截面必须经过计算，要满足 在高土壤电阻率区的接地网中使用降阻剂，以扩大接地 动热稳定的要求，同时还要考虑腐蚀性而留有一定的裕度。 体尺寸和降低接地体与土壤的接地电阻．改善其传导性能。降 ４．３接地阿的寿命 蹲 ２０１４年１１月上 解析继电保护远方测试方法 曾立萍，雷 达（国网浙江省电力公司衢州供电公司，浙江衢州３２４０００） 【摘 要】电力系统继电保护现场测试是一项重要工作，所以继电保护远方测试方法非常重要，在本文中，笔者提出了建立保护测试分析中心 的技术要求、难点以及制约因素，同时提出建立电力系统机电保护测试分析中心方法。本文从机电保护测试分析中心的建立、继电保护测试数 据的传输和对微机保护装置的要求等方面进行了总结。 【关键词】继电保护；电力系统；远方测试；方法 【中图分类号】ＴＭ７７ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１００６—４２２２（２０１４）２１—００５２—０２ 引言 电力系统继电保护装置均要定期检验测试．分析继电保护 测试分析中心 １．２建立测试分析中心的技术难点 继电保测试分析中心的加你．必须克服相应的技术难点， 装置的行为或特性，均要通过现场测试进行检验测试。随着微 机保护在电力系统中的应用．特别是计算机技术的快速发展． 使得在一个区域内建立继电保护测试分析中心成为可能ｌ１】 本 文从电力系统保护远方测试方法这个角度进行了探讨 主要包括以下几个方面的难点：①仿真测试平台的建立，获取 电网保护安装处位置，以及电压、电流数据的真实性与可靠 性；②采集的电流、电压等数据，能安全传输至微机保护装置， 用于相关的处理；⑧微机保护装置接收的电流、电压仿真数 １继电保护测试分析中心的建立分析 从发展的角度来看．电力系统继电保护远方测试方法具 据，在严格时序关系条件下，如何有效分辨各相电流、电压．以 有实用性： 这一测试方法满足了继电保护测试工作人员的 及辨识仿真采集数据间的时序关系；④微机保护装置接收电 压、电流动模仿真采集数据，与保护装置采样频率一致性翻。 要求；②微机在电力系统中的应用，以及电力系统网络的建 立，为测试方法奠定了坚实的基础；③远方测试方法提高了测 试保护装置测试的质量，可分析保护装置的动作和行为特性： １．３建立测试分析中心的制约因素 保护测试分析中心的建立，还存在不少的因素．影响 继电保护测试分析中心建立的因素大致包括以下几个方面： ④该方法减少了微机保护装置检测测试时间，并降低了所需 的费用。 ④技术条件达不到，比如保护仿真数据无法通过网络传输，且 微机保护装置不能够开展数据测试，同时保护安装处的电压、 电流等数据，无法通过动模仿真采集得到。（ 无法攻克相应的 技术难点。比如如果无法解决各相电流、电压动模仿真采集数 １．１分析中心建立的技术要求 建立保护测试分析中心．首先必须满足技术上的要求．主 要包括五项要求：（１）具备可传送保护测试数据的网络与传输 通道；（ 电力系统中的继电保护装置属于微机数字保护装置； 据之间的时序关系，则无法建立保护测试分析中心。③传统观 念的束缚。一般而言，传统保护测试方法无法轻易转变。主要 ⑧机保护测试分析中心具备动模仿真测试平台，可在各种不 同的点上实施仿真模拟测试．而且能够仿真系统的各种运行 方式；（ 在模仿测试平台，可获得不同保护安装处的电流，并 是人们无法在短时间内接受新观念。④资金的制约。继电保护 测试分析中心的建立，需要大量的资金，缺乏资金支持，无法 建立保护测试分析中心 。 采集仿真数据；⑧通过传输通道，将电压、电流等采样所得到 的数据，传送给微机保护装置，并进入保护测试状态，开始动 作或行为测试．测试完成之后．将测试的结果传送到继电保护 １．４保护测试分析中心方法 在上文中，笔者分析了目前建立继电保护测试分析中心 ’ 瑶 。 。 变电站接地网的电气寿命一般按３０年要求．考虑到埋入 地制宜，不应片面最求小接地电阻值而投入巨大的资金。要作 地中更换相当困难，所以．接地网的寿命不能低于电气设备的 技术经济比较，最终选择经济合理的、安全可靠的降阻措施来 降低接地电阻。 寿命．建议按４０年以上考虑。也就是说，地面上的设备即便是 更换了，地网仍然是安全可靠的，可以继续运行。因此，在选择 接地网导体截面时，应按热稳定的最小截面加上由于腐蚀而 需要放大的截面 参考文献 ［１］舒廉莆，编注．发电厂变电站过电压保护及接地设计． ［２］导体及电气设备选择文集．导体及电气设备选择分委员会 ５结束语 综上所述，变电站接地网是维护变电站安全可靠运行．保 障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要设施．在实际 ［３］《交流电气装置的接地设计￣））（ＧＢ／Ｔ５００６５—２０１１）． 工程设计和施工中必须高度重视。在贵州地区区。由于土壤电 收稿日期：２０１４—１０—１１ 作者简介：宋用斌（１９６４一），男，汉族，高级工程师，本科，主要 从事火力发电厂及变电站电气设计工作。 阻率较高，要达到接地电阻的要求，几乎所有工程均要采用特 殊的降阻措施，在设计过程中应根据工程地质和环境条件．因 獭
