关于变电站接地网设计问题的研究

摘要：变电站接地网在设计过程中，需要优先考虑增长垂直接地极长度、深孔、斜井接地极、电解离子极、敷设接地增强材料等来有效的降低接地电阻，同时还要对各种运行维护工作有效的结合，选择适宜的变电站接地网设计材料，确保变电站设备及接地装置运行的安全性、可靠性和稳定性。分析了影响接地网装置设计的因素，并进一步对接地网装置设计的要点及措施进行了具体的阐述。 关键词：变电站；高土壤电阻率；接地网；装置

随着我国电力系统规模的不断扩大，变电站的地质情况复杂，接地系统的设计越来越复杂。变电站接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。变电站接地系统的合理与否直接关系到人身和设备安全。电力系统容量的不断增加，短路电流也不断增大，同时，土地资源的紧张也要求站址面积小型化，这些都对变电站接地设计提出了较高的要求。因此，变电站接地网安全除了对接阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。

1 影响接地网装置设计的因素 1.1 土壤电阻率和地网面积

变电站在设置接地装置时，通常情况下都会进行以水平接地极为主的人工接地网的敷设，人工接地网不仅外缘要闭合，同时各角还要做成圆弧形状，并按照接地电阻计算公式来进行计算，从简易公式中可以看出土壤电阻率和地面网络会对接地电阻带来较大的影响，因此在接地网装置设计时，需要因地制宜的来对土壤电阻率和地面面积的情况进行考虑。

1.1.1 含水量、温度及土壤致密性。由于变电站接地网装置其电阻率与砂的含水量直有较大的关系，当含水量越大时，则电阻率越小，所以可以利用地下水作为降低地接地电阻的措施，可以进行水下接地网的敷设从而达到有效降低电阻的目标。水分由水变成冰的过程，电阻率会呈不断上升的趋势。而当温度从 0℃往上升时，电阻率会呈现下降的趋势。在接地网装置设计过程中，可以将其敷设在多年冻土层以下，以减少温度变化可能会对电阻率带来的影响。当土壤致密性较高时，则对电阻率带来的影响也会较小，在具体接地电网敷设过程中，要夯实回填的土壤，使回填土与接地体之间呈现出非常好的致密性，减轻其对电阻率带来的不利影响。为了能够有效的减少对接地电阻带来的影响，可以采用物理或是化学降阻措施将其应用在接地体的周围，达到控制接地电阻的目的。

1.1.2 阻值变大。这将导致工频接地短路和雷电流入地时电位过高，严重威胁设备和人身安全。分析其原因可能与土壤电阻率和与土壤接触电阻有关。土壤的电阻率直接影响土壤的导电性，土壤质地、温度和水分含量对土壤电阻率有很大影响。而土壤温度和水分含量是随季节而变化的，当土壤含水量未达到饱和时，土壤电阻率随含水量的增加而减小，接地电阻也随之减小，当土壤含水量达到饱 和时，增加水量只会使电阻率增加。土壤温度低电阻率越低，反之电阻率越高，接地电阻也增高。因此在雨水充沛的夏季时所测得的阻值满足要求，而在干燥寒冷的冬季时所测得的阻值就不一定满足要求。此外接地电阻值还与接地网与土壤的亲合程度有关，早期接地体经过长期的锈蚀，表面产生锈层，导致接触电阻增大。因此新建的地网，水平接地体回填土时，应边回填边夯实,且回填后不宜立即测量，应经过3～6个月或2～3场大雨后，待接地网与土壤完全亲和后测量为宜。

1.1.3 地面网积。接地电阻受地网面积的大小影响较大。近年来在科学技术快速发展带动下，电力设备体积开始向小型化方向发展，这也使变电站建设时占地面积有了大幅度的缩小，从而导致地面敷设面积减少，无法有效的满足接地电阻的要求。在这种情况下，需要进一步扩展地面的面积，因此在具体实施过程中还需要做好多方协调工作，工作难度较大。 1.2 入地电流

当接地短路在接地网内发生时，需要加大中性截面，这样流回电阻会减小，同时使地线和杆塔之间接地系统的分流系数得以增大，有效的确保变电站所供给的短路电流不会经过大地而直接流回到变压器接地的中性点。当接地短路发生在接地网外时，在这种情况下，需要加强开关站与变压器接地带的敷设，利用良导体架空地线并利用架空地线的分流作用来有效的减小短路电流流回变电站接地中性点过程中所受到的阻力。 1.3 均压和限流

变电站均压一般采用在站区设计外缘闭合以水平接地带为主的人工接地网，其网内敷设若干均压带并选取合理埋深，并且站内不同用途和不同电压的电气装置使用一个总的接地装置。增加均压带在一定程度上是可以减小最大接触系数的，但由于均压带越密，电流分布越不均匀的缘故，在实际工程设计中应采用不等间距网格法设计接地装置，使接地装置形成一个均压的等电位，减小接触电位差和跨步电位差，确保人员和设备安全。限流是为了减小人体被电击时通过的能量，可采用快速继电保护迅速切除短路，使人体所受电击时间控制在安全限度范围内。 2 接地网装置设计的要点和措施 2.1 接地装置设计要点

2.1.1 垂直接地极的设置。通常会在地网上设置 3 米左右的垂直接地极，但其对减少接地电阻所起作用不大，通常会设置在避雷器或是避雷线等处，加强对雷电流的散泄作用。也可以在地网中间或是外缘位置设置几个垂直接地极，起到稳定电网的作用。

2.1.2 接地装置的网孔设计。通常情况下，接地装置的网孔都要在 16 个以上，一些大型的接地网中，网孔设置也不宜超过 32 个。而且在具体设计中，一味的增加均压带根数也无法无限制的减小最大接触系数，因此在接地装置设计时只能采用不等间距风格法进行设计。

2.1.3 通过增加埋深及转换土壤减小接触电阻。通常会取 0.7 米深度的埋深进行接地网敷设，这样接地电阻能够最大程度的减小。对于一些小面积的地网，为了有效的减小接触电阻，可以利用置换和化学等方法来对接地体周围的土壤进行改善，但其对减小接地电阻所起到的作用并不大。另外，可以将接地装置的四角做成圆弧形，这样对接地网外直角处的跨步电势能够起到有效的改善作用。同时四周外加深接地体的埋设深度也能够减小接触电阻。 2.2 接地装置设计的常用措施

通常情况下在进行接地装置设计时，需要根据具体的情况来选择一些常用措施。具体实施过程中，可以利用埋设长垂直接地极、水平接地带换土及加降阻剂等方法进行交替使用，也可以利用地下水的降阻作用，并采用超深井接地及利用架空地线杆塔接地系统等来进行接地装置的设置，以此来达到减小接地电阻的目的。

2.3 设置接地引下线

对于接地引下线截面需要其不小于热稳定所允许的截面，同时要按照工程的

使用年限来考虑腐蚀的影响，这也是当前电力行业标准中对于接地引下线的截面作出的具体要求，介对于每个设备接地引下线的根数则没有进行具体的规定，针对于不同的工程其理解也会存在一定的差异。 2.4 选择接地材料

近年来，变电站在建设过程中无论是规模还是容易都有了扩大的趋势，这也对接地装置的安全运行提出了严格的要求。因此需要科学合理的选择接地材料。通常情况下，接地装置所用材料都以普通碳钢为主，一旦腐蚀情况发生时，都呈现出局部腐蚀的形态，而且在腐蚀发生后，接地装置碳钢材料会出现变脆、起层、松散及断裂等情况。目前也有使用铜材作为接地材料的，铜料性能上更为优良，具有较好的导电性率和热容量，耐腐蚀性较强，但其价格昂贵，会导致接地装置造价成本增加。因此在实际工程中，往往还需要根据工程的实际情况，因地制宜的对采取的材料和技术的经济性进行对比，针对具体的情况采取适宜的接地材料。 3结束语

接地网的设计要根据区域的地质条件，采取不同的降阻措施，以最高性能价格比来设计其接地网，同时应采用新技术和新材料。接地技术是一门多学科的综合技术，故在今后的工作中去研究，在实践中不断探索，以使其更加趋于完善，保证变电站设备的安全稳定运行。 参考文献

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