刘石生

(广东电网公司 佛山三水供电局，广东 佛山 528100)



配电系统中2种不同接地装置的优化改进与实践

刘石生

(广东电网公司 佛山三水供电局，广东 佛山 528100)

摘要：配电系统中不论采用哪种形式的接地装置，其接地电阻都应满足系统对接地电阻的要求，这是确保配电线路和设备安全稳定运行以及保证人身安全的重要措施。为了解决当前常规接地装置存在的问题，对配电系统中2种不同接地装置进行优化改进，并提出2种典型的、具有针对性的“10 kV配电网架空线路杆塔接地”和“楼宇表箱接地”解决方案。实践结果表明，方案具备可靠性高、安全性强及经济性的特点，并且易操作，能够有效地降低接地电阻值，较易达到系统接地电阻的要求，值得大力推广应用。

关键词：配电系统；接地装置；优化改进；实践

1问题现状

配电设备雷击造成电气设备绝缘损坏是配电系统故障的重要因素，因此，配电设备的防雷至关重要，而防雷接地是防雷工作的一个重要环节。由于配电设备种类繁多，分布广泛，配电系统中的防雷接地点点多面广，但在配电系统中不论采用何种形式的接地装置，其接地电阻都应满足系统对接地电阻的要求，这是确保配电线路和设备安全稳定运行以及保证人身安全的重要措施。目前，我国配电系统常用的接地方法如下。

1)单条接地极垂直打入地下进行接地。该接地方法主要是用圆钢制作的接地极(一般接地极的标准长度为2 m)垂直打入地下进行接地，主要用于表箱接地，其优点是敷设简单、占地少和成本低；缺点是接地电阻难于达到系统对接地电阻的要求。

2)将圆钢或扁钢焊接成地网水平埋入地下，铺设人工接地网。该接地方法优点是可以达到系统对接地电阻的要求；缺点是敷设较为复杂、占地多和成本高。

3)在运行过程中发现原有地网中的接地电阻不能达到系统对接地电阻的要求时，主要采取延长接地极法、在土壤里添加降阻剂法、更换土壤法以及外引接地法等。由于在配电网线路网架结构已基本成型的前提下，更换土壤和添加降阻剂已不现实；多数杆塔又位于农村耕地中，考虑青赔问题，征地太难，根本就不能进行地网重建；延长接地极成本太高，效果不一定明显，此法所采用的垂直接地体长度，地质条件一般为5～10 m，再长则效果不明显，且给施工带来困难，故上述方法已经难以实施。

4)部分楼宇表箱的接地仅采用单条接地极垂直打入地下进行接地。该接地方法接地电阻难以达到系统对接地电阻的要求，此外由于表箱大部分位于居民出入频繁的楼梯口处，如果发生表箱外壳带电，极易造成居民(尤其小朋友)触电的危险，对人身安全是极大的威胁，留下极大的安全隐患。同时，由于表箱地网在楼梯间的水泥地板下，如开挖铺设成水平地网则施工困难，敷设复杂，成本高[1]。

2优化方案

针对上述问题，结合现场运行环境及规程要求，通过优化接地网装置来降低设备接地电阻，有针对性地提出了配电网架空线路杆塔接地采取单条标准长度垂直接地极围绕杆塔进行环形焊接敷设接地及楼宇表箱接地采取单条标准长度垂直接地极用放射一字形焊(连)接进行敷设接地2种典型的解决方案。

2.1配电网架空线路杆塔防雷接地装置的优化改进

配电网架空线路分布广泛，杆塔多位于农村耕地和山区，运行环境恶劣，极易遭受雷击，针对问题现状1～3，结合现场运行环境及规程要求，配电网架空线路杆塔接地建议采取单条标准长度垂直接地极围绕杆塔进行环形焊接敷设接地的方法进行接地。

2.1.1工作原理图及工程示范图

采取单条标准长度垂直接地极(一般接地极的标准长度为2 m，以扁钢或圆钢为材料)打入地下，再用环形接地网围绕杆塔进行环形焊接，形成地下环状接地体，最后用接地引下线连接的敷设方式进行接地。通常用于输配电线路，可以改善接地点土壤的电场分布。工作原理图如图1所示[2]，工程示范图如图2所示。

图1　环形接地装置　　　图2　环形接地装置工程　工作原理图　示范图

2.1.2验证

按照图1、图2，分别选择3条不同的10 kV架空线路，分别在直线及转角杆处论证接地极数n=1(单根)、3、4、5、6和8，深度为标准接地棒的长度(2 m)时，环形接地装置的接地电阻变化趋势见表1。

表1　环形接地装置的接地电阻变化验证表

依据表1，画出接地电阻变化趋势图(见图3)。从图中可以看出，随接地极数量增加，接地电阻呈下降趋势；当n>5时，变化趋于平缓，再增加接地极数量，下降效果不明显。因此，在电阻率ρ≤300 Ω·m 的土壤中，当n=5时，环形接地能有效降低杆塔防雷接地电阻，达到防雷目的。

图3　环形接地装置接地电阻变化趋势图

2.1.3环形敷设接地装置的施工要点

1)环状接地体的内沿应距杆塔30～50 cm，且埋设深度为25～35 cm；接地极部分埋设深度L=1.8～2.2 m(最佳为2 m)、直径φ=18～20 mm(最佳为19 mm)的接地极。

2)应先埋设接地极，再埋设环状接地体，并现场焊接完成，保证环状接地体规整、无尖端。

3)接地极与环状接地体应焊接，焊接应采用搭接焊接，对圆钢来讲，搭接的长度应为其直径的6倍，并应双面焊接，扁钢的搭接长度应为其宽度的2倍，并应四面焊接；焊口质量应符合要求，不得有虚焊、假焊现象，如该连接处不宜焊接，可用螺栓联接，但应采取可靠的防锈措施。

4)接地引下线与杆塔应采用镀锌螺栓联接，应接触良好，以便于打开测量接地电阻。

5)对焊口应涂沥青进行防腐处理，对接地引下线，应从与水平接地体连接处直到与杆塔的连接螺栓处，全部刷沥青，或防锈漆和黑漆进行防腐处理，这部分由于防腐电位的不同最容易发生化学腐蚀。

6)回填。当接地体全部焊接完毕，防腐措施也施工完毕，经检查验收合格后，才能开始回填，回填应用细土，回填土内不应有石块和建筑垃圾等，外取的土不应有较强的腐蚀性；在回填土时应分层夯实，不应用砂石回填。

7)地面处理。在回填完毕后，如果处于山坡或斜坡地带，为了防止雨水冲刷造成水土流失，应在回填完毕后的地表栽植草皮进行保护。

8)全部施工完毕后，经过一定时间(7 d)再测接地电阻看是否达到设计要求[3]。

2.2楼宇表箱接地装置的优化改进

楼宇表箱大部分位于居民出入频繁的楼梯口处，考虑居民区不能大面积开挖破土，以及单条接地极无法满足接地电阻要求的限制，为最大限度降低开挖面积，并通过增加接地极来增大接触面来降低接地装置的接地电阻以求达到系统要求。针对问题现状4，结合现场运行环境及规程要求，楼宇表箱的接地装置建议采取“单条标准长度垂直接地极用放射一字形焊(连)接敷设接地”的方法进行接地。

2.2.1工作原理及工程示范图

根据居民楼宇已成形，地面混凝土难于开挖，以及楼梯口位置较为狭窄的特点，采取单条标准长度垂直接地极(一般接地极的标准长度为2 m，以扁钢或圆钢为材料)沿墙面水平打入地下，再用水平接地网以防锈螺栓联接或搭接焊接的方式形成地下接地网，然后通过接地引下线与表箱联接的敷设方式进行接地。一字形接地体一般应用在土壤电阻率较小的地区和电压等级较低的线路，包括公寓住宅中计量装置。一字形接地装置示意图和工程示范图分别如图4和图5所示。

图4　一字形接地装置示意图

图5　一字形接地装置工程示范图

2.2.2验证

按照图4、图5，论证接地极数n分别为1(单根)、3、4、5、6和8，深度为标准接地棒的长度(2 m)时，放射一字形焊(连)接的接地电阻变化趋势见表2。

表2　一字形接地装置的接地电阻变化验证表

依据上表，画出一字形接地装置接地电阻变化趋势图(见图6)。从图6可以看出，随接地极数n的增加，接地电阻呈下降趋势；但在n>4后，变化趋于平缓，再增加接地极数量，下降效果不明显。因此，当n为5或6时(根据土壤的电阻率确定)，放射一字形焊(连)接接地电阻符合要求，此法简单易行，开挖面积小，且不失美观。

图6　环形接地装置接地电阻变化趋势图

2.2.3环形接地极的施工要点

1)水平接地体根据楼梯口位置距墙面10～30 cm打入5～6条垂直接地棒，接地极部分打入深度L=1.8～2.2 m(最佳为2 m)、直径为18～20 mm(最佳为19 mm)的接地极。

2)垂直接地棒用圆钢现场焊接完成，形成一个整体水平接地网，保证接地体规整、无尖端。

3)接地极与整体水平接地网接地体应焊接，焊接应采用搭接焊接。圆钢的搭接的长度应为其直径的6倍，并应双面焊接，扁钢的搭接长度应为其宽度的2倍，并应四面焊接；焊口质量应符合要求，不应有虚焊、假焊现象，如该连接处不宜焊接，可用螺栓联接，但应采取可靠的防锈措施。

4)接地引下线与居民楼宇表箱应采用镀锌螺栓联接，应接触良好，以便于打开测量接地电阻。

5)凡外露的接地引下线及接地网都应套上PVC管或做好其他防触电措施。

3效益分析

3.1配电网架空线路杆塔接地装置的优化改进

采取单条标准长度垂直接地极围绕杆塔环形敷设装置，其优点是施工简单、占地少、成本低、减少征地、保护耕种、简单易行和经济有效。

采用常规水平开挖焊接敷设的接地装置，每基杆塔接地网费用为2 650元(含设计、材料、人工和青苗等)；如采用本方案，每基杆塔接地网费用只需1 130元，节省1 520元。佛山地区每年新建或改造杆塔接地网约3 500组，1年可节约2 800组×1 520元/组=425.6(万元)，推广至广东省乃至全国，每年可节省费用上亿元。

3.2楼宇表箱接地装置的优化改进

采取单条标准长度垂直接地极用放射一字形焊(联)接进行敷设接地，其优点是敷设简单、成本低、美观和最大限度减小开挖面积。

采用常规水平开挖焊接敷设的接地装置，每组楼宇表箱的接地网费用为2 830元，而本方案只需960元，节省了1 870元。佛山地区每年新建或改造的楼宇表箱接地网达2 300组，1年可节约1 800组×1 870元/组=336.61(万元)，如推广至广东省乃至全国，每年可节省费用上亿元。

综上所述，本文的优化方案可用较低成本解决现有配电网接地电阻的问题，具有很大的经济效益和社会效益。

4结语

采用配电网架空线路杆塔接地采取单条标准长度垂直接地极围绕杆塔进行环形焊接敷设接地及楼宇表箱接地采取单条标准长度垂直接地极用放射一字形焊(联)接进行敷设接地2种接地方案，具有施工简单、占地少、成本低、减少征地、保护耕种及经济有效等优点，可用较低的成本解决现有配电网接地电阻存在的问题，无论从可靠性、安全性，还是从经济性、操作性方面都不失为一种值得大力推广应用的配电网接地的新方法。

但是，地区不同，土壤的电阻率也不尽相同，所以无论采用何种形式的接地装置，在该接地装置施工完毕后应经过测量，确保其接地电阻值满足系统要求后才能投入运行，才能确保配电线路和设备安全稳定运行以及保证人身安全。

参考文献

[1] 薛涛,贾辉然,张玥,等. 火电厂接地系统的设计与分析[J]. 河北工业科技,2014(2):143-147.

[2] 林明嘉. 铁路区间四电综合场坪防雷接地系统集约化设计实践[J]. 铁道标准设计,2014(11):135-139.

[3] 徐镇. 变电站接地系统应用研究[D]. 北京:华北电力大学,2014.

责任编辑彭光宇

The Improvement and Practice in Two Different Optimization Grounding Devices of Power Distribution System

LIU Shisheng

(Guangdong Power Grid Corporation， Power Supply Bureau of Foshan Sanshui， Foshan 528100， China)

Abstract：Regardless whether using what form of grounding installations in the distribution system, the grounding resistance must meet the system requirements for the grounding resistance, which can ensure safe and stable operation as well as an important measure to ensure personal safety. For current conventional grounding problems in the power distribution system, optimize two different grounding improvements, and propose targeted “10 kV distribution network overhead line tower grounding”and “Building meter Box ground” which have the typical practice solutions. The results show that all the reliability, security, economy, and workability can be regarded as a worthwhile vigorously promoting the use of the distribution network lines and equipment grounding adapt new methods. The research can effectively reduce the grounding resistance value, and it is the more easy to achieve system grounding resistance requirement.

Key words:distribution system， grounding device， optimization and improvement， practice

收稿日期：2015-08-21

作者简介：刘石生(1972-)，男，工程硕士，高级工程师，高级技师，主要从事配网的运行、管理和规划等方面的研究。

中图分类号：TM 732

文献标志码:A