關于變電站接地網設計的探討分析

摘要：變電站的接地網是電網系統中的重要組成部分，對于電力系統的安全運行具有重要的影響。本文主要分析了變電站接地網材料選擇及設計的要點，以供參考。

關鍵詞：變電站接地網設計；接地網導體材料及截面選擇

引言：良好的接地系統是電力系統安全運行的根本保證，它是防雷接地、保護接地和工作接地三者的統一體，接地的主要目的是保障系統能夠安全可靠運行，以及保障人身和設備的安全，符合要求的變電站接地網對于變電站的可靠運行和站內工作人員的人身安全起著重要作用。因此，對變電站接地網設計進行探討和研究具有重要的現實意義。

1. 變電站接地網的型式和布置要求

（1）110kV及以上有效接地系統和6kV-35kV低電阻接地系統發生單相接地或同點兩相接地時，變電站接地網的接觸電位差和跨步電位差不應超過下列公式所得的數值：

接觸電位差允許值（V） 跨步電位差允許值（V）

地表層電阻率（m） 表層衰減系數

接地故障電流持續時間（s）

（2）6kV-66kV不接地、諧振接地和高電阻接地的系統，發生單相接地故障后，當不迅速切除故障時，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公式所得的數值：

2. 接地網導體材料及截面的選擇

2.1導體材料選擇

選擇導體材料時應考慮導體的熱穩定性、在土壤中的腐蝕速度、導電性、材料成本及來源等。目前普遍采用的接地材料是銅和鋼兩種。

（1）熱穩定性

在大接地短路電流系統中，入地故障電流一般在幾千安到幾十千安，將在導體中產生很高的熱量，入地故障電流持續時間取決于系統主保護動作時間和斷路器的分閘時間，在極短時間內導體產生的熱量來不及向周圍土壤擴散，幾乎全部熱量都用來使導體溫度升高。當溫度超過一定值及經土壤自然冷卻后，導體的機械強度會劇烈下降，特別是在導體之間的連接處遇到短路電流電動力的作用，導體就會遭到破壞。同時，導體溫度升高，達到金屬材料的熔點時，導體將會熔化。這兩種原因都會使接地引線和地網導體斷裂接地，地網失去作用而使系統故障擴大，造成巨大經濟損失。每種導體材料都有最高允許溫度和熔點。鋼的熱穩定性比銅好。

（2）土壤對金屬導體的腐蝕性

土壤對導體的腐蝕程度可以用腐蝕速度來表示。導體的平均腐蝕速度可以用導體單位時間內單位面積上所失去的重量來表示，也可以用單位時間內金屬表面的腐蝕深度來表示。通常用腐蝕深度表示更確切。建議在進行土壤電阻率測量的同時，還應當測量站區內土壤對銅或鋼的腐蝕速度，為導體材料和截面的選擇提供可靠的數據。

（3）導體的導電性

在大型地網中，當強大的入地故障電流經地網流散時，因導體電阻的存在，會造成地網導體上各部分的電位不相等。地網尺寸越小，土壤電阻率越高；導體導電性越差，各部分的電位差也越大。

（4）材料的成本和來源

鋼的成本比銅低得多，且礦藏量也比銅多。銅和鋼的地網各有優缺點，鋼的熱穩定性比銅好，且經濟。銅的導電性和耐腐蝕性比鋼強，鍍鋅鋼的耐腐蝕性又比不鍍鋅鋼好。若采用一些防腐蝕措施還能進一步提高耐腐蝕性。接地網附近可能有其他的金屬管道，若接地網導體采用銅，將會和與之相近的其他金屬材料構成原電池，反而加速鋼鐵構件的腐蝕。因此，我國選用鍍鋅鋼作為接地材料是比較合適的。

2.2導體截面的選擇

導體截面的選擇一般可根據熱穩定性要求來確定導體的最小截面，然后根據對接地網運行壽命的要求以及實測得到的土壤對接地網導體的腐蝕速度計算得到導體截面積，將兩者進行比較取大者，再考慮一定的裕度，最后確定應該選擇的導體截面積。

3.變電站水平接地網優化設計時的要求

3.1水平接地網應利用直接埋入地中或水中的自然接地極，此外，還應敷設人工接地極。

3.2當利用自然接地極和引外接地裝置時，應采用不少于2根導線在不同地點與水平接地網相連接。

3.3變電站接地網應與110kV及以上架空線路的地線直接相連，并有便于分開的連接點，6kV-66kV架空線路的地線不得直接和變電站配電裝置架構相連。變電站接地網應在地下與架空線路地線的接地裝置相連接，連接線埋在地中的長度不應小于15m。

3.4在高土壤電阻率地區，可采用下列措施降低接地電阻：

（1）在變電站2000m以內有較低土壤電阻率區時，可以考慮在這些低電阻率區域擴網與站內地網連接，這是降阻常用的措施之一。當地下較深處電阻率較低時，可采用井式、深鉆式接地極或采用爆破式接地技術。

（2）填充電阻率較低的物質或降阻劑，但應確保填充材料不會加速接地極的腐蝕和自身的熱穩定。

4.接地裝置設計要點

（1）雖然接地裝置的電阻主要與接地裝置的面積有關，加在地網上的2～3m 的垂直接地極，因對減小接地電阻的作用不大，一般僅在避雷器、避雷針（線）等處作加強集中接地散泄雷電流用，或為穩定地網在中間或外緣設置幾個垂直接地極。

（2）接地裝置的網孔大于16個（均壓要求除外），接地電阻減小很慢；對大型接地網，網孔個數也不宜大于32個。過分增加均壓帶根數并不能無限制地減小最大接觸系數，實驗研究最大接觸系數最多只能減小到0.1～0.15。所以應采用不等間距風格法設計的接地裝置。

（3）接地網埋深達一定時，一般深度不宜小于0.8m，接地電阻減小緩慢。

（4）在小面積地網內，采用置換或化學方法改善接地體附近的高土壤電阻率，對減小接觸電阻有效果，對減小接地電阻作用不大。

5.防腐蝕要點

接地網的防腐處理是直接影響地網接地效果和有效接地壽命的關鍵，接地網的防腐主要取決于以下幾個因素：接地體材料選擇；地質條件因素；采用的防腐措施。從安全經濟方面考慮，接地網應根據不同部位腐蝕特點采用必要的防腐措施，新敷設的接地網要特別注意接地體的防腐能力。 接地網的防腐處理可以從以下幾個方面入手：

（1）鋼材本身要做防腐處理，接地體引出線的地面以下部分及接地裝置的焊接處都要用瀝青防腐，在做防腐之前，表面必須除銹并去除焊接處殘留的焊藥。經調查，地下的焊接部位若不進行特別防腐處理，其腐蝕速度遠大于其它部分；接地體引出線的地面以下部分，尤其是0.3m左右深度處，由于含氧量大，其腐蝕速度也高于水平部分。

（2）水平地線回填土要結實，從地網開挖發現腐蝕嚴重處大都是與地線有空洞或不緊密的地方，而土塊緊粘在扁鐵外的腐蝕就比較少。

此外，電纜溝相對濕度較大，構成電化學腐蝕條件，故電纜溝內的扁鐵除采用鍍鋅材料外，還應從降低電纜溝濕度出發減緩腐蝕，例如在電纜溝增設排水和吸濕設備。

6.結束語

電力系統在我國的經濟發展和人民日常生活中將發揮越來越重要的作用，變電站的接地技術對于電力系統的安全、可靠運行具有重要的影響，加強接地網的優化設計是非常有必要的。因此，我們要根據變電站周圍環境、地理位置、土質條件以及設備性能和用途采取相應改進措施，才能最大程度的提高地網的可靠性，降低事故率，從而保證變電站設備的安全穩定運行。

參考文獻

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作者簡介：曹紅軍（1984-），男，任職于廣州國電華研電力科技有限公司，從事電力系統變電一次設計工作。