变电站接地设计若干要点分析

摘要：如今我国的经济在快速的发展中，变电站接地设计关系到电网安全运行，有效、可靠的接地是变电站安全运行的基本保证，对确保人身、设备安全至关重要。文章主要介绍了变电站接地设计的要点，分析了解决变电站接地问题的常用措施。

关键词：变电站；接地设计；要点分析 引言

接地是变电站建设的一项重要内容，变电站接地设计是否合理，对变电站的可靠运行以及运行人员的生命安全都具有重大影响。接地设计是与变电站的站址环境，地形地质等外界关系极为密切，设计需要土壤电阻率、短路电流、接地网面积、埋深、长度、网格尺寸，接地材料形状及截面等众多原始计算参数，是较为复杂的一项设计工作。设计不当会引起接地电阻计算结果值太大或太小，计算结果值太大，需要采取降阻、均压以及高电压隔离措施，增加工程造价，浪费不必要的人力物力，结果值太小后期可能需要花较大代价采取降阻措施，引起设计变更，增加施工量延长工期或返工等不利影响。本文就接地设计中最重要的土壤电阻率选取、接地材料选择、最常用的降阻方法及接地电阻实测校验问题进行重点分析讨论。 1土壤电阻率

土壤电阻率是接地设计计算所需要的重要参数之一，正常情况需要勘测部门在拟建变电站现场实测得到。这时候应特别注意不能直接利用实测值进行计算，实测土壤电阻率需根据测量当天以及之前几天的降水情况或土壤含水量情况附加一定的季节系数。有些工程项目现场做勘测时没有测量土壤电阻率，例如工程处于可行性研究阶段还不能做详细地址勘测，或者业扩工程由于工期紧张甲方不愿意增加投资测电阻率等因素，这时候只能根据岩土勘测报告中对地下土壤类型的描述，结合设计手册中不同土壤类型对应的土壤电阻率进行选择。手册中的不同土壤成分对应的土壤电阻率是一个范围值，不是一个定值，应结合站址所在地的气候条件判断取大还是取小。例如以阿洪口110千伏输变电工程为例，该站址位于巴州博斯腾湖南岸，气候非常干燥，变电站站址地貌为戈壁、荒漠状，以砂砾、粗砂为主，属于高土壤电阻率区域，电阻率可以取2000Ω．m左右。还有个容易忽视的问题，有时候站址土壤电阻率测量完后由于站址区域整体规划建设等外界原因，原有场地被开挖或回填，有可能改变了测量时的土壤构成，从而改变了土壤电阻率。这种情况虽然不是很普遍，但一旦发生，对设计影响很大，很有必要重新测量土壤电阻率。所以即便是电气专业设计，也必须关注现场场地的变化。

2接地材料

以往变电站接地网大部分仍采用以热镀锌扁钢、角钢或钢管为主要接地体，特点是投资少，但钢材料腐蚀较快，特别是采用普通电焊的连接处由于破坏了镀锌层，腐蚀更快。钢接地体每年平均腐蚀0.1mm，以50×5的热镀锌扁钢为例，理论上热镀锌钢接地装置寿命可达30年。但实际上由于钢材存在点蚀，而点蚀速度比年平均腐蚀率高几倍。根据多个地区供电部门的反馈情况来看，埋于地中的镀锌钢接地体一般在5～10年就能腐蚀严重，需要进行全站接地网改造，做法就是开挖站内场地、站内道路重新敷设接地网，代价非常大，而开挖过程势必破坏设备的接地，也会造成一定的安全隐患。近年来铜接地方案逐渐被推广采用，

铜做接地材料的特点是耐腐性能高，且导电性远高于钢材。铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的110～150，使用寿命在40年以上。但使用纯铜做地网材质，地网的造价高昂，且施工难度较高，故可采用新型材料即铜镀钢（或镀铜钢绞线）替代纯铜。镀铜钢相对纯铜而言，价格较为低廉，容易打入地下，同时具备钢的硬度和铜的高导电性和耐腐性。与铜材料相比，可以节约大量的有色金属材料资源。在选择镀铜钢材料时应注意镀铜工艺以保证铜层是以分子形式附着到高强度钢心上，而且铜皮不破裂或脱落。铜镀钢接地体与铜一样，在搭接处采用放热焊接，采用放热焊接可保证接头处良好的导电性和抗腐蚀性。在设计时应将这些要求明确指出。上面谈到覆铜材料具有很多优点，在经济条件允许的情况下，接地网应优先采用覆铜材料，尤其是遇到地下水对钢结构具有较重的腐蚀性的情况。但在部分郊区，或者偏远地区变电站，供电部门对一次性投资更为敏感，偏向采用镀锌扁钢。设计应根据不同地区情况作经济技术分析。 3跨步电压与接触电压

（1）接触电压及接触电压触电。当电气设备因绝缘损坏而发生接地故障时，如人体的两个部分（通常是手和脚）同时触及漏电设备的外壳和地面，人体两部分分别处于不同的电位，其间的电位差即为接触电压用表示。显然，接触电压的大小随人体站立点的位置而异，人体距离接地极越远，受到的接触电压越高。在电气安全技术中是以站立在离漏电设备水平方向0.8m的人，手触及漏电设备外壳距地面1.8m处时，其手与脚两点间的电位差为接触电压计算值。由于受接触电压作用而导致的触电现象称为接触电压触电。

（2）跨步电压及跨步电压触电。电气设备发生接地故障时，在散流区（电位分布区）行走的人，其两脚处于不同的电位，两脚之间（一般人的跨步约为0.8m）的电位差称为跨步电压。设前脚的电位为，后脚的电位为，则跨步电压。显然人体距电流入地点越近，其所承受的跨步电压越高。人体受到跨步电压作用时，电流将从一只脚经跨步到另一只脚与大地形成回路。触电者的症状是脚发麻、抽筋、跌倒在地。跌倒后，电流可能改变路径（如从头到脚或手）而流经人体重要器官，使人致命。

4接地网设计的要点和措施 4.1接地网设计要点

1．接地网的接地电阻主要与接地网的面积有关。加在地网上的2～3m的垂直接地极，对减小接地电阻的作用不大，一般仅在避雷器、避雷针（线）等处作加强集中接地散泄雷电流用，或为稳定地网在中间或外缘增设几个。2．接地网孔大于16个（均压要求除外），接地电阻减小很慢，对大型接地网，网孔个数也不宜大于32个。过分增加均压带根数并不能无的减小最大接触系数，实验研究最大接触系数最多只能减小到0.1～0.15。3．接地网埋深达一定时，接地电阻减小很慢，一般取0.6～0.8m。4．在小面积地网内，采用置换或化学方法改善接地体附近的高土壤电阻率，对减小接触电阻有效果，对减小接地电阻作用不大。5．接地网的四角做成圆弧形可以显著改善接地网外直角处的跨步电势。 4.2常用措施

（1）采取不等间距布置来均衡地网电位；（2）电位隔离；（3）利用地质钻孔埋设长接地极；（4）水平接地带换土与加降阻剂交替使用；（5）长垂直接地极加降阻剂；（6）利用地下水的降阻作用；（7）引外接地；（8）所内超深井接地；（9）利用架空地线杆塔接地系统。以上方法均有成功经验，在工程中可以根据具体情况进行选择。

4.3敷设外引接地线

外引接地就是从主接地网边缘选择几个不同点向变电站外引出接地线，加强散流，类似接地极的作用。如果厂区内的变电站或光伏发电的升压站，可以将变电站的接地网与厂区或电站大接地网相连，势必大大降低接地电阻。若的变电站要采取外引接地，可以引向周围附件有水塘、沼泽等土壤电阻率低区域。外引接地最大的一个问题是容易受破坏，站外区域属于公共场地，接地线受到外界因素影响很大，比如有农户种植、其它工程建设等情况而遭受破坏，这是设计必须重视的一个问题。外引接地一般用于偏远地区的变电站，选择接地网路径避开今后规划用于建设开发的区域，而且考虑接地线埋深适当加深。由于外引接地受站外复杂情况影响，一些地区供电部门干脆不允许采取此方法。所以设计前期需要与供电部门及时沟通，了解当地的习惯和要求。其他的降阻措施还有使用降阻剂、等离子接地棒等。目前市场上的降阻剂产品质量参差不齐，对接地材料腐蚀性大，施工困难，一般很少采用。等离子接地极降阻效果显著，施工量小，还可以减少水平接地网材料用量，但是其价格太高，一般用在沙漠戈壁地区。 结语

总之，变电站接地设施防雷工作是变电站系统稳定可靠性运行的保障性工作。所以，变电站应认识到变电站接地设施防雷工作的重要性和接地设施施工过程中所要遵循的原则，结合变电站实际情况采用相应的接地设施防雷措施。同时还要积极学习和掌握变电站接地设施防雷技术，提升变电站接地设施防雷工作水平，为实现变电站系统的安全、可靠运行奠定基础。 参考文献：

[1]任晓萌，赵广兴，胡德恩等.降阻材料在改善接地体系中的应用[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2013（05）.

[2]黄娟.变电站接地网优化设计探讨[J].轻工科技，2013（12）.

[3]高玉波.浅谈变电站接地设计及防雷技术[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009（04）.

[4]张鸿.变电站防雷设计的若干问题[J].云南电力技术，2008（03）.

[5]靳萍.变电站的防雷接地与应对方法[J].山西师范大学学报（自然科学版），2008（S1）.