变电站接地降阻分析研究

摘要:在我国,一方面随着电力工业的发展,接地网在运行中出现的安全问题越来越多,另一方面接地网设计仍然使用传统的方法,从而造成接地网设计与实际安全运行的矛盾非常突出,迫切需要提出新的更为有效的接地网设计方法。文章研究了降低接地网接地电阻和改善接地电阻方法,可以进一步指导变电站接地网设计工作。

关键词:变电站;接地;降阻;接地网

中图分类号:TM862文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)26-0137-02

接地网在变电站安全运行中起着十分重要的作用,它不仅为变电站内各种电气设备提供一个公共的参考地,在系统故障时还能迅速排泄故障电流并降低变电站的地电位升,因而接地网接地性能的优劣直接关系到变电站内工作人员的人身安全和各种电气设备的安全及正常运行。在我国,一方面随着电力工业的发展,接地网在运行中出现的安全问题越来越多,另一方面接地网设计仍然使用传统的方法,从而造成接地网设计与实际安全运行的矛盾非常突出,迫切需要提出新的更为有效的接地网安全性设计方法。

接地网是变电站安全运行的重要保证,其接地性能一直受到设计和生产运行部门的重视。近年来,随着超高压输电线路的建设以及城市电网改造的大规模进行,在我国变电站设计和运行中,接地网的安全问题越来越突出。

一、降低接地电阻的方法

我国的许多地区土壤电阻率很高,在广西许多地区土壤电阻率可能达到500Ω·m甚至更高,一些沿海地区地址为花岗岩结构,土壤电阻率也达到300Ω·m左右,在这些地区建设变电站必须要采取适当的措施降低接地网的接地电阻,才能达到电力系统规程要求的跨步电势及接触电势标准,保证变电站内设备的安全运行及运行人员的人身安全。工程上一般常用的降低接地电阻的措施主要有以下七种:

(一)采取深井接地

有条件时可以采用深井接地,用钻机钻孔,把钢管接地极打入井孔内,并向钢管和井内灌注降阻剂。采用深井式接地极时要求对接地装置及其四周测出垂直方向上的土壤电阻率分布。单个深井式接地极接地电阻可按下式计算

(1)

式中ρ—平均视在土壤电阻率,Ω·m;

l—垂直接地极的长度,m;

a—垂直接地极的半径,m;

R—接地电阻,Ω。

该方法优点:可减少占地,接地装置的接地电阻受气候影响较小;减少施工时与周围农民发生关系,避免麻烦,因此在电力系统中广泛使用。不足之处是由于深井式接地极之间有屏蔽现象,相互间的间距应达到接地极长度的2～3倍,才能取得较好的降阻效果;深井式接地极对以防雷为主的接地效果不大。

(二)对土壤添加化学物质

要使土壤产生化学变化,可以在接地体周围土壤中加食盐、木炭、电石渣、石灰等化学物,此类化学物品与土壤产生反应,提高土壤导电性。该方法优势是效果显著,成本低廉。缺点是不能保证降阻性能的稳定性,同时化学物质会造成接地体腐蚀,减少接地体的使用年限。

(三)接地极地下深埋处理

接地极深埋可以降低接地电阻值,尤其是当地下深处的土壤电阻率较低或有水时。此方法适用砂壤土地质,可以不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数。缺点是施工困难,土方量大,造价高,在岩石地困难更大。

(四)更换土壤

这种方法是用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤,置换范围在接地体周围0.5m以内和接地体的1/3处。但这种置换方法对人力和工时耗费都很大。

(五)使用降阻剂

一般在接地要求较高的地方进行接地设计时采用这种方法。在接地体周围敷设降阻剂后,可增大接地体外形尺寸,降低接地体与周围大地介质之间的接触电阻,可在一定程度上降低接地体的接地电阻。降阻剂用于小面积的集中接地小型接地网时,降阻效果较为显著。降阻剂是由几种物质配制而成,具有导电性能良好的强电解质和水分。这些强电解质和水分被网状胶体包围,网状胶体和空格又被水解和胶体填充,使它不至于随地下水和雨水流失,因而能长期保持良好的导电作用。这是目前较为常用的一种方法。

(六)污水引入

为降低接地体周围土壤的电阻率,在条件允许的情况下可将无腐蚀的污水引到埋设接地体处。接地体采用钢管,在钢管上每隔20cm钻一个5mm的小孔,使水渗入士壤中增加接地体周围含水量,以增强导电性及降低接地电阻。

(七)外延水平接地体

如果接地体附近有导电良好土壤、河流、湖泊等可采用此法。但在设计、施工时,必须考虑到连接地极干线的自身电阻所带来的影响,因此外引长度不宜超过100m。

二、改善接地电阻方法

以沿海地区某220kV变电站的接地网为例进行分析,变电站接地网如图1所示。表1中的土壤电阻率是采用Wenner四极法测量后得到的分层情况。

接地网的长度约为90m,宽度为50m,埋深0.8m,采用钢结构的导体铺设。通过使用“变电站接地网性能分析软件”计算可以得到这一接地网的接地电阻为1.44+j0.015Ω,远远高于要求的小于0.5Ω的标准。因此必须采取适当的措施降低接地电阻。

在上面介绍的七种措施中,由于2、6会对接地网造成腐蚀,3、4工程量巨大,一般不常采用。主要采用铺设外引网或者深井接地极的措施来改善接地电阻,下面分别进行分析。

(一)铺设外引网

铺设外引网在变电站附近存在河流湖泊等电阻率低的区域常采用的方式,或者在空旷的郊外也可以采用这种方式。它的原理与增大变电站的接地网面积类似。

对图1的接地网进行分析,在当地的土壤电阻率情况下,采用R≈0.5ρ/ 估算,接地网面积必须达到40000m2,才能保证接地电阻符合要求。图2给出了一种设计方案,铺设了距离主网150m面积为120m×120m的辅助接地网,经计算接地电阻达到0.496+j0.0349Ω。但是建设这样大的辅助接地网投资巨大,因此针对这个变电站不建议采用这种方式。

如果在变电站附近存在湖泊,采用这种方式较为合适,可以通过铺设较小的辅助接地网就可以达到降低接地电阻的目的。铺设外因网虽然可以降低接地电阻,但是在高阻地区必须要足够大的面积,成本较高。

(二)采用深井接地极

由表1可看出,当地地表的土壤电阻率较高,但是地下深处土壤电阻率较低,较适合采用这种方法。在图1的接地网的不同位置打了8根垂直接地极,如图3所示,深度30m。

经计算,采用8口30m接地深井后,接地电阻由1.44+j0.015Ω降到了0.4291+j0.0279Ω,满足0.5Ω的接地要求。从计算结果可以看出,接地极的主要作用一方面是将土壤深处的低电位引入,另一方面是利用土壤深处含水层的电阻率较低,能够提高电流散流能力。在采用这种方法时,必须综合考虑接地极深度与数量的关系,并尽量利用接地网范围内土壤电阻率较低的地方,减少工程量。

三、结语

在接地网附近没有土壤电阻率较低的池塘或湖泊时,采用外引网的方式不可取;这主要是因为外引网的铺设复杂,并且要考虑对人身安全的影响等因素,同时需要增加的地网面积较大,工程造价高。实际上有时采用借用变电站临近杆塔的接地网作为外引网,既降低造价也降低对人身安全的影响,但是这种方法只是对于接地电阻与标注要求相差不大的情况,当两者相差较大时,由于杆塔的接地网面积太小,效果并不明显。因此一般工程建设中建议采用加深垂直接地极,并在导体周围加少量降阻剂的方法来降低接地网接地电阻;垂直接地极对于降低接地电阻的效果较好,与外引接地网相比更为经济,采用少量降阻剂可以使导体与周围土壤的接触良好,降低接触电阻。

参考文献

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