张桂荣

摘 要：接地系统是变电站的重要组成部分，它对变电站的安全、稳定运行具有重要的影响，而接地电阻的大小是安全接地的重要指标。因此，接地电阻必须要满足变电站的安全运行要求。结合实践，就110 kV变电站接地电阻超标问题进行了详细阐述，并给出了具体的改造方案，经校验后达到了变电站安全运行的要求。

关键词：接地电阻；超标；改造；降阻；电势校验

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）03-0040-02

接地系统作为一个电位传送系统，在建筑物遭遇雷击时，能够使雷电电流转移到大地，以确保建筑内部设备和人员的安全。因此，接地系统在变电站中的应用十分广泛。而接地电阻的大小至关重要：如果接地电阻较大，在发生系统接地故障或其他大电流入地时，可能会造成地电位异常升高，造成接地系统电位分布不均，使局部电位超过规定的安全值，轻则导致监测或控制设备发生误动作或拒动；重则破坏监测设备、扩大事故，带来经济损失和社会影响。因此，变电站一旦存在接地电阻超标的问题，必须要结合规程和现场条件，运用各种方法对该站进行接地改造，降低接地电阻，使接地系统安全运行。

1 变电站情况介绍

某变电站是在山体推平后的基础下规划、建设的，因此，该变电站的土壤主要是以山岩和残积砾质黏性土为主，但这样的土壤电阻率比较高。在变电站旁边的空地上进行分层电阻率测试，测试的结果为：在40 m、30 m、20 m、10 m处的土壤电阻率分别为432Ω·m、923Ω·m、837Ω·m、640Ω·m，平均值为708Ω·m。在变电站的周边四个方向又进行了相应的土壤电阻率的测试，结果土壤电阻率在700Ω·m左右，属于土壤电阻率偏高的地区。由测试结果可知，纵向分布随地层加深，其值先上升后下降，这与变电站所处位置的地形地貌有关。站内接地网长度为83.5 m，宽度为69.4 m，在施工后测试发现，接地电阻达到4.528Ω，严重超过设计值，不符合设计的要求，因而必须进行降阻设计。

2 地网接地电阻超标问题分析

通过现场勘察，分析变电站接地电阻超标有如下几个原因：接地电阻不稳定；土层薄，地质条件差；场地狭小，接地网面积偏小，使接地电阻偏高。

3 地网改造方案

3.1 接地降阻设计目标值（在1.45后面加上单位Ω）

本变电站接地装置的工频接地电阻R≤

考虑到电力系统20年的发展，变电站的接地短路电流增大，为了最大限度地保护变电站的安全，将接地装置的工频接地电阻设为0.85Ω。

3.2 降阻设计方案确定

该变电站建设在山岩推平的基础上，下层土壤为岩石，土壤电阻率比上层土壤电阻率高，土壤电阻率在垂直方向上分布是深层土壤电阻率高于表层的土壤电阻率，不符合深井接地极的条件，不适合深井接地法。另外，采用深井式接地极会极大地提高成本，并且效果不是很显著。对变电站周边建筑进行了仔细的调研后发现，利用自然接地体也是不合适的。在高土壤电阻率地区，当在发电厂、变电所2 000 m以内有较低电阻率的土壤时，可敷设引外接地极。在对站址附近的土壤电阻率水平方向和垂直方向进行测量后，进行综合分析，决定采用外引接地加上降阻剂配合的降阻方法。对于锈蚀的地网实行开挖翻修的处理，在接地体周围施加GPF-94a高效膨润土降阻防腐剂，并按照要求用量与施工。由于该降阻防腐剂具有降阻性能好、吸水保水性强，对接地体腐蚀率低和无毒无污染等优良特性，并且在结合外延法处理的各大城市等多座大中型接地网都有良好、稳定的降阻效果，改造完毕的测试验收也证明了其降阻效果。

3.3 接地电阻降阻计算

在该站所处位置附近选取了两处进行土壤电阻率的测量。

在变电站站外北侧5 m，围墙外背对大门侧，距离围墙5 m处，极间距a=10 m，测试电阻R=6.4 Ω，季节系数ψ取1.6，电阻率ρ=2πRaψ=2π×10×6.4×1.6=643 Ω·m；改变极间距a=

5 m，R=21 Ω，电阻率ρ=2πRaψ=2π×5×21×1.6=1 055 Ω·m。

在变电站站外东侧公路北侧150 m，变电站站外距变电站150 m处测量，极间距a=10 m，R=4.9 Ω，ψ取1.6，电阻率ρ=2πRaψ=2π×10×4.9×1.6=492.35 Ω·m；改变极间距a=5 m，R=9 Ω，电阻率ρ=2πRaψ=2π×5×9×1.6=452.16 Ω·m。

根据变电站附近土壤电阻率测试结果，在变电站东侧的道路两边，其土壤电阻率相对较低，普遍比变电站土壤电阻率低，在距变电站140 m处，a=10 m时，土壤电阻率为492.35 Ω·m；a=5 m时，土壤电阻率为452.16 Ω·m，且道路两边的土壤电阻率由西向东有递减的趋势，适合做外延地网。另外，道路为开发区规划道路，两边的空地无人使用，不会产生征地引发的不必要纠纷，其建设成本较低。

选站外东侧道路北边作为水平外延一号接地网，长为320 m，宽为5 m，内部做成10 m×5 m的网格，接地体使用60 m×6 m镀锌扁钢，埋深为1.2 m，交点处打垂直接地极，垂直接地极为50 m×5 m的角钢。

选站外东侧道路南边作为水平外延二号接地网，长为320 m，宽为10 m，内部做成10 m×10 m的网格，接地体使用60 m×6 m镀锌扁钢，埋深为1.2 m，交点处打垂直接地极，垂直接地极为50 m×5 m×5 m的角钢。同理计算可得，Rn2=0.655×3.633 7≈2.38 Ω。

为了降阻和防腐，在扩大接地网的水平接地体四周敷设截面尺寸为0.2 m×0.2 m的GPF-94高效膨润土降阻防腐剂，站址东侧道路北边水平外延一号接地网添加降阻剂后的电阻为：Rg1=Rn1×Kf×Kp=2.705×0.5×1.2=1.632 Ω.

Kf为降阻剂的降阻系数。降阻剂的施加尺寸为0.2 m×0.2 m，根据GPF-94降阻剂的降阻系数和用量表（见表1），Kf=0.5；Kp为大型地网的屏弊系数，Kp一般为1.2～1.4.

同理可得，站址东侧道路南侧水平外延二号地网添加降阻剂后的电阻为：Rg2=1.428 Ω.

与站内地网并联后，R站内电阻//Rg1//Rg2=0.650 4 Ω。考虑到互电阻的影响，可把接地电阻降到0.813 4 Ω左右。考虑到降阻剂的特性，一年以后可以把接地电阻降到0.8 Ω以下。

一号、二号外延地网设计方案图如图1所示。

4 接地网跨步电势和接触电势校验

4.1 站区校核

4.1.1 变电站内跨步电压

Usmax=KsmaxUg . （1）

Ksmax . （2）

. （3）

（4）

（5）

上述5个公式中：Usmax——最大跨步电压，V；

Ksmax——最大跨步系数；

Ug——接地装置的电位，V；

n——均压带根数，根；

L——水平接地极的总长度，m；

L0——接地网的外缘边线总长度，m；

S——接地网面积，m2；

h——水平均压带的埋设深度，m；

d——均压带等效值径，m。

根据式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5），可以求得Ksmax=0.066 8；Ug=IR=1 379.5×0.85=1 103.6 V；Usmax= KsmaxUg=0.066 8×1 103=73.72 V。因73.72 V<754.26 V，所以其满足站内跨步电压的要求。

4.1.2 变电站站内设备接触电压

Utmax=KtmaxUg. （6）

Utmax=KdK1KnKs. （7）

Kd=0.841-0.225lgd. （8）

K1=1.0 .

Kn=0.076+0.776/n . （9）

Ks=0.234+0.414 lg （10）

上述5个公式中：Utmax——最大接触电位差，V；

Ktmax——最大接触电位差系数；

Ug——接地装置的电位，V；

S——接地网面积，m2；

d——均压带等效直径，m；

n——均压带根数，根。

上述式中各系数按如下公式计算：Kd=0.841-0.225lgd= 0.158；K1=1.0；Kn=0.076+0.076/n=0.055 4；Ks=0.234+0.414lg =1.782 2；Ktmax=KdK1KnKs=0.156 8.

所以，Utmax=KtmaxUg=0.156 8×1 379.5×0.85=183.86 V，183.86 V<369.46 V，满足接触电压的要求。

4.2 扩大接地网外延跨步电压计算

站址东侧道路北边扩大接地网一跨步电压校验：S=320×5=1 600 m2，L=805 m，L0=650 m。

根据式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5）最大跨步电压为：Usmax=KsmaxUg=0.228×1 103=251.484 V。所以，外延一号接地网跨步电压满足要求。同理，对站址东侧道路南边二号外延接地网跨步电压进行了验算，也满足要求。

5 热稳定参数校验

另外，还需考虑接地引下线的截面大小是否符合接地短路电流热稳定的要求：

Sg≥ （11）

上式（11）中：Sg——接地线的最小截面，mm2；

Ig——流过接地线的短路电流稳定值；

te——接地短路的等效持续时间，取0.5 s；

c——接地线的热稳定系数。

6 结束语

综上所述，对接地电阻超标问题必须予以高度重视。高土壤电阻率区的变电站应根据所在地区的地质和环境条件，采用效果好、经济、合理、安全、可靠的辅助措施，因地制宜，综合改造，以降低接地电阻，力求接地电阻满足变电站的安全运行要求。

参考文献

[1]杨鑫，李景禄.宁德110 kV烟亭变电站接地改造分析[J].电力科学与技术学报，2007（03）.

[2]张琪.变电站接地电阻阻值超标的改造[J].农村电工，2010（04）.

〔编辑：白洁〕

Kf为降阻剂的降阻系数。降阻剂的施加尺寸为0.2 m×0.2 m，根据GPF-94降阻剂的降阻系数和用量表（见表1），Kf=0.5；Kp为大型地网的屏弊系数，Kp一般为1.2～1.4.

同理可得，站址东侧道路南侧水平外延二号地网添加降阻剂后的电阻为：Rg2=1.428 Ω.

与站内地网并联后，R站内电阻//Rg1//Rg2=0.650 4 Ω。考虑到互电阻的影响，可把接地电阻降到0.813 4 Ω左右。考虑到降阻剂的特性，一年以后可以把接地电阻降到0.8 Ω以下。

一号、二号外延地网设计方案图如图1所示。

4 接地网跨步电势和接触电势校验

4.1 站区校核

4.1.1 变电站内跨步电压

Usmax=KsmaxUg . （1）

Ksmax . （2）

. （3）

（4）

（5）

上述5个公式中：Usmax——最大跨步电压，V；

Ksmax——最大跨步系数；

Ug——接地装置的电位，V；

n——均压带根数，根；

L——水平接地极的总长度，m；

L0——接地网的外缘边线总长度，m；

S——接地网面积，m2；

h——水平均压带的埋设深度，m；

d——均压带等效值径，m。

根据式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5），可以求得Ksmax=0.066 8；Ug=IR=1 379.5×0.85=1 103.6 V；Usmax= KsmaxUg=0.066 8×1 103=73.72 V。因73.72 V<754.26 V，所以其满足站内跨步电压的要求。

4.1.2 变电站站内设备接触电压

Utmax=KtmaxUg. （6）

Utmax=KdK1KnKs. （7）

Kd=0.841-0.225lgd. （8）

K1=1.0 .

Kn=0.076+0.776/n . （9）

Ks=0.234+0.414 lg （10）

上述5个公式中：Utmax——最大接触电位差，V；

Ktmax——最大接触电位差系数；

Ug——接地装置的电位，V；

S——接地网面积，m2；

d——均压带等效直径，m；

n——均压带根数，根。

上述式中各系数按如下公式计算：Kd=0.841-0.225lgd= 0.158；K1=1.0；Kn=0.076+0.076/n=0.055 4；Ks=0.234+0.414lg =1.782 2；Ktmax=KdK1KnKs=0.156 8.

所以，Utmax=KtmaxUg=0.156 8×1 379.5×0.85=183.86 V，183.86 V<369.46 V，满足接触电压的要求。

4.2 扩大接地网外延跨步电压计算

站址东侧道路北边扩大接地网一跨步电压校验：S=320×5=1 600 m2，L=805 m，L0=650 m。

根据式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5）最大跨步电压为：Usmax=KsmaxUg=0.228×1 103=251.484 V。所以，外延一号接地网跨步电压满足要求。同理，对站址东侧道路南边二号外延接地网跨步电压进行了验算，也满足要求。

5 热稳定参数校验

另外，还需考虑接地引下线的截面大小是否符合接地短路电流热稳定的要求：

Sg≥ （11）

上式（11）中：Sg——接地线的最小截面，mm2；

Ig——流过接地线的短路电流稳定值；

te——接地短路的等效持续时间，取0.5 s；

c——接地线的热稳定系数。

6 结束语

综上所述，对接地电阻超标问题必须予以高度重视。高土壤电阻率区的变电站应根据所在地区的地质和环境条件，采用效果好、经济、合理、安全、可靠的辅助措施，因地制宜，综合改造，以降低接地电阻，力求接地电阻满足变电站的安全运行要求。

参考文献

[1]杨鑫，李景禄.宁德110 kV烟亭变电站接地改造分析[J].电力科学与技术学报，2007（03）.

[2]张琪.变电站接地电阻阻值超标的改造[J].农村电工，2010（04）.

〔编辑：白洁〕

Kf为降阻剂的降阻系数。降阻剂的施加尺寸为0.2 m×0.2 m，根据GPF-94降阻剂的降阻系数和用量表（见表1），Kf=0.5；Kp为大型地网的屏弊系数，Kp一般为1.2～1.4.

同理可得，站址东侧道路南侧水平外延二号地网添加降阻剂后的电阻为：Rg2=1.428 Ω.

与站内地网并联后，R站内电阻//Rg1//Rg2=0.650 4 Ω。考虑到互电阻的影响，可把接地电阻降到0.813 4 Ω左右。考虑到降阻剂的特性，一年以后可以把接地电阻降到0.8 Ω以下。

一号、二号外延地网设计方案图如图1所示。

4 接地网跨步电势和接触电势校验

4.1 站区校核

4.1.1 变电站内跨步电压

Usmax=KsmaxUg . （1）

Ksmax . （2）

. （3）

（4）

（5）

上述5个公式中：Usmax——最大跨步电压，V；

Ksmax——最大跨步系数；

Ug——接地装置的电位，V；

n——均压带根数，根；

L——水平接地极的总长度，m；

L0——接地网的外缘边线总长度，m；

S——接地网面积，m2；

h——水平均压带的埋设深度，m；

d——均压带等效值径，m。

根据式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5），可以求得Ksmax=0.066 8；Ug=IR=1 379.5×0.85=1 103.6 V；Usmax= KsmaxUg=0.066 8×1 103=73.72 V。因73.72 V<754.26 V，所以其满足站内跨步电压的要求。

4.1.2 变电站站内设备接触电压

Utmax=KtmaxUg. （6）

Utmax=KdK1KnKs. （7）

Kd=0.841-0.225lgd. （8）

K1=1.0 .

Kn=0.076+0.776/n . （9）

Ks=0.234+0.414 lg （10）

上述5个公式中：Utmax——最大接触电位差，V；

Ktmax——最大接触电位差系数；

Ug——接地装置的电位，V；

S——接地网面积，m2；

d——均压带等效直径，m；

n——均压带根数，根。

上述式中各系数按如下公式计算：Kd=0.841-0.225lgd= 0.158；K1=1.0；Kn=0.076+0.076/n=0.055 4；Ks=0.234+0.414lg =1.782 2；Ktmax=KdK1KnKs=0.156 8.

所以，Utmax=KtmaxUg=0.156 8×1 379.5×0.85=183.86 V，183.86 V<369.46 V，满足接触电压的要求。

4.2 扩大接地网外延跨步电压计算

站址东侧道路北边扩大接地网一跨步电压校验：S=320×5=1 600 m2，L=805 m，L0=650 m。

根据式（1）、式（2）、式（3）、式（4）和式（5）最大跨步电压为：Usmax=KsmaxUg=0.228×1 103=251.484 V。所以，外延一号接地网跨步电压满足要求。同理，对站址东侧道路南边二号外延接地网跨步电压进行了验算，也满足要求。

5 热稳定参数校验

另外，还需考虑接地引下线的截面大小是否符合接地短路电流热稳定的要求：

Sg≥ （11）

上式（11）中：Sg——接地线的最小截面，mm2；

Ig——流过接地线的短路电流稳定值；

te——接地短路的等效持续时间，取0.5 s；

c——接地线的热稳定系数。

6 结束语

综上所述，对接地电阻超标问题必须予以高度重视。高土壤电阻率区的变电站应根据所在地区的地质和环境条件，采用效果好、经济、合理、安全、可靠的辅助措施，因地制宜，综合改造，以降低接地电阻，力求接地电阻满足变电站的安全运行要求。

参考文献

[1]杨鑫，李景禄.宁德110 kV烟亭变电站接地改造分析[J].电力科学与技术学报，2007（03）.

[2]张琪.变电站接地电阻阻值超标的改造[J].农村电工，2010（04）.

〔编辑：白洁〕