新型复合接地装置在变电站防雷接地中的应用

摘 要 本文现结合甘肃省定西供电公司变电站防雷接地多年来的运行、检修及实践经验，参照国家及公司系统制定的相关规程及制度，对变电站防雷接地要点进行探讨，为新型复合接地装置在变电站防雷接地中的安全运行提供了依据。

关键词 接地装置；防雷接地；安全运行

中图分类号TM63 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）55-0162-03

1 概述

电力系统内电气设备由于遭受直击雷或雷电感应而引起的过电压会对变电站的电气设备和建筑物产生严重的危害，因此，对变电站采取有效的防雷措施及改善防雷保护设备是是电力系统防雷的重要手段。而接地的主要目的是以大地作为电气设备的零电位，安全泄放雷电流或其它故障电流，避免地电位升高太大，通过均压和等电位联结以保障设备和人员安全。而地网设计中对故障电流的强度的分析计算，以及对接触电压和跨步的分析成为地网设计中的关键。为了获得比传统式金属接地极更佳得降阻效果，研究使用复合式接地装置作为接地网的接地极，理论计算分析约增加30%左右的降阻效果，并且无腐蚀（抗土壤酸碱腐蚀介质侵蚀）、无毒害、无环境污染。

2 发展趋势

长期以来，关于接地装置的应用，人们虽然开发过多种装置，但其应用状况都不甚理想，有装置上的缺陷、设计上的不足、生产工艺的不规范，甚至是没有将其作为接地保护装置来对待。以前的接地装置都是基于导流和泄流，如：普通钢管接地、钢筋接地、角钢接地等，其施工难度较大，容易遭受土壤酸碱腐蚀，降阻效果不佳。后期研究开发复合接地装置，采用高导电石墨粉和含电解质导电物的硅酸盐高压压制而成，降阻效果较好，不容易遭受土壤酸碱腐蚀，但其施工难度大，极易破损，且施工工艺要求高。

因此，结合目前接地装置的应用，针对已有的基于电力系统接地装置存在的缺陷和不足，近年来，一些新型复合接地装置开始逐步得到应用和推广。

2.1 防腐离子接地装置

防腐离子接地体（英国技术生产的最新产品）是当今世界上最先进，降阻、泄流、防腐效果最好，最稳定，使用寿命最长的接地材料。其基本原理是利用电极单元内的复合内填料进行吸水保水的特性保持周围土壤的含水量，具有极强的导电泄流能力、防腐能力、很低的接触电阻，同时向周围的土壤中释放电解离子，增大周围土壤中的离子浓度，进一步降低土壤的电阻率。

2.2 复合接地装置

该装置由导电性能良好和优良土壤亲和性的天然非金属矿物材料、电解质材料及其它特殊填充物经专利技术制作而成的具有活性接地的环保新型复合式专用接地模块，其密度、导电性能、抗压强度等各项技术指标均远优于目前市场同类产品。可广泛应用于电力、电子、交通、军事、电信通讯、建筑物、石油化工等各项领域的接地保护永久性接地体。

防腐离子接地装置和复合接地装置相比较，防腐离子接地装置相对造价过高，施工工艺要求高，施工难度大，但降阻效果好；而新型复合接地装置造价便宜，施工工艺要求低，施工难度小，降阻效果好。综上所述，选用复合接地装置是一种理想的、经济的接地保护解决方案。

3 应用前景

就电力系统以及现代化的通信、微电子设备而言，除设备和人员安全外，对保障系统和设备的稳定性十分重要。而随着国民经济的发展，提高供电可靠性和系统运行安全性的要求也会越来越高，因此本项目装置具有十分广阔的应用前景。

4 复合接地装置的特点

1）降低接地电阻：新型复合接地装置,具有极佳的土壤亲和性和吸水性、保水性，可以创造极佳的降阻效果，可获得比传统式金属接地极更佳之降阻效果，大约可以增加30%~40%左右的降阻效果；2）强大的抗压强度：抗压强度可达到18MPa（176kg/cm2，2500psi）以上，更具抗挤压性，在接地网施作完成回填夯实时，能确保接地体之完整，不会因回填挤压而轻易破碎或破裂，进而发挥最高效、最稳定的接地保护功能；3）超长的使用寿命：永久性―新型复合接地装置是目前市售产品中使用寿命最长的。采用新型复合接地装置，日后如果接地铜、导线腐蚀，只需更换铜导线即可，不用再更换新型复合接地装置。新型复合接地装置埋设于地下因泥土会阻断空气的接触不会氧化、碳化，并在地下水分（亦包括海水）的涵养下，二次水化反应会继续的进行，密度会再增大，抗压强度会持续的增加，电阻率会再降低，二次水化会不断的释放电解质，周边的土壤会持续离子化成碱性，不断降低新型复合接地装置与土壤间的接合阻抗，进而增加降阻效果，并有保护自身的作用；4）提高经济效益：一次投资，永久收益。价格便宜，与同体积铜比较大约只需铜价格的10%左右，如果再加以考虑使用寿命，那么差距就会更大。同时还具有体积小、重量轻、安装方便快捷，可提高现场施工人员效率，大幅降低施工成本；5）运输方便：新型复合接地装置采用EPE环保特制模型内包装与高品质纸箱外包装，长途运输不易损坏，因其体积小及重量轻，更能减少中转运输之成本费用，人性化的包装设计，让机具难以到达之环境也能极为便利的施做，施工现场之运输成本亦能减少； 6）接地电阻的稳定性：试验证明：（a.用1kA冲击电流8/20μs耐受次数是20次,其电阻率平均降低5%~7%；b.用10A工频电流耐受次数5次，其电阻率降低7%）新型复合接地装置可耐大工频和破坏电流的冲击，不受季节影响，阻值可保长期稳定；7）环保型复合式接地电极具有活性，在二次水化反应过程中所释放的电解质，因具有活性会与其相接的泥土产生水化反应，结合成具有一定强度的块状物，不但会增加接地效果还不会污染地下水源，并具有长效性，极为环保。

5 效益分析

变电站实施新型复合接地装置后，在系统遭受雷电流、故障电流、工作接地时，能够通过地网安全释放，确实保障设备、人员安全，保障系统和设备的安全稳定运行。

1）避免对设备、人员的伤害，减少经济损失。一般的接地装置普遍存在降阻效果低，泄流能力差的问题，使用效果很不理想，导致接地电阻达不到标准及规范的要求，影响正常安全运行，造成额外的经济损失；2）减少系统因接地故障造成的损坏。发生过电压时，如果不能及时导流和泄流，将导致电网发生过电压故障，使整个电网存在严重的故障隐患，造成损失；3）确保电气设备的安全，防止发生人身伤亡事故。保障了电网的安全运行，减少了停电事故的发生，就保障人民正常生活和工业的正常运转。

6 新型复合接地装置使用前的研究

6.1 研究方法

该装置的应用将充分调研和分析新型复合接地装置的实际需求，综合多种相关技术编制方案，并研发相关软硬件系统。其具体路线和方法如下：

1）需求和方案调研；2）项目的总体设计；3）相关软硬件的设计；4）具体内容的方案编制和软硬件开发；5）装置测试及试运行；6）组织专家验收论证。

6.2 技术路线

1）接地网的主要作用及基本要求：接地网的作用较多，在大多数情况下主要有雷电流的泄流、故障电流的泄流、工作接地3种。

（1）雷电流泄流

雷电流的能量频谱显著高于工频电流，泄流瞬间的电位差主要决定于电流变化率产生的感抗。防雷装置地上高度hx处的电位：

U＝UR+UL＝IRi+L0.hx.di/dt

式中： UR-雷电流流过防雷装置时接地装置上的电阻电压降（kV）；

我们知道，接地电阻跟土壤电阻率息息相关。根据地勘报告，场区地下范围，土壤电阻率相对较低，且地网面积十分有限，故采用新型复合接地装置，扁钢引上与主地网相连。

（5）应用概述

在距变电站围墙内最接地环形网带加装新型复合接地装置，新型复合接地装置与主网带连接，引上线与主地网之间采用电焊，焊点做防腐处理，水平扁钢搭接长度不得小于其宽度的2倍。垂直接地体采用单套降阻效果好、稳定性高的复合接地体，并根据现场实际情况调整其施工工艺，布置220套新型复合接地装置。

（6）计算

接地电阻计算公式采用电力工业标准《交流电气装置的接地》DL/T 621-1997所规定的计算公式。

①采用复合接地体能达到的接地电阻：

R1――单根垂直接地极接地电阻，Ω；

Rv――垂直接地极并联后的接地电阻，Ω；

n――垂直接地极的数目，220套

――垂直接地体屏蔽系数，0.8；

――土壤电阻率，600Ω.m；

则R1=84Ω；RV=0.48Ω

②水平接地极为主边缘闭合的复合接地极（接地网）的接地电阻：

――任意形状边缘闭合接地网的接地电阻，Ω；

――等值方形接地网的接地电阻，Ω；

――土壤电阻率，600Ω.m；

S――接地网的总面积，66×54=3564m2；

d――水平接地极的直径或等效直径，0.03m；

h――水平接地极的埋设深度，0.8m；

L0――接地网的外缘边线总长度，240m；

L――水平接地极的总长度，1100m；

Rn=4.7Ω

③接地装置总接地电阻：

Rn――任意形状边缘闭合接地网接地电阻，4.7Ω；

Rv――垂直接地极接地电阻，0.48Ω；

R――总接地电阻，Ω；

――垂直接地体和水平接地体间的屏蔽系数，取0.95；

R=0.459Ω

（7）施工工艺简述

①水平接地体的安装

水平接地体分布位置、开挖水平接地沟、长度均按照设计图纸方案实施，挖深不小于1.5m。遇建筑物或构筑物可绕行。连接采用电焊或氧焊，搭接长度不小于扁钢宽度的2倍，焊点做去渣防腐处理。待整个地网连接后，尽量利用现场条件采用细土回填，条件允许加水夯实。

②新型复合接地装置的施工

新型复合接地装置可采用水平及垂直埋置，其深度必须达到恒湿层但不得小于冻土层下20公分，越深效果越佳；新型复合接地装置之间的间距以建议距离为佳，若环境条件不允许，可适度放宽或缩小；地线与新型复合接地装置连接时可采用多种方式连接；与新型复合接地装置相接泥土，加点水捣成糊状以利其相互密切接触提高降阻效果；端子压接需确实,并将螺丝确实旋紧，再用1：2水泥砂浆确实封装接头处，避免电极接头金属部分腐蚀，影响使用寿命，亦可采用沥青或防锈漆处理；土方回填时请务必夯实，如此方可得到更高的降阻效果并达到更小的接地电阻值。

8 新型复合接地装置应用后的成果

成果一：在高土壤电阻率的情况下，变电站主接地网实测接地电阻值为0.41Ω；

成果二：在实施过程中未添加任何降阻剂，对周围环境减少污染；

成果三：施工方便快捷，提高了现场施工人员效率,大幅降低施工成本；

成果四：一次投资，永久收益，在今后的地网大修时无需更换接地极；

成果四：在挂网运行中还可以再度降低接地电阻。

9 结论

经过运行实践证明：新型复合接地装置在甘肃省定西供电公司变电站的应用，使安全运行取得了新的突破，同时把防雷问题消除在萌芽状态，为电气设备隐患消除提供了有力依据，从而确保了电气设备的安全可靠运行，为甘肃省定西供电公司安全生产提供了有力保障。

参考文献

[1]中华人民共和国能源部主编.电气设备交接试验标准.中国计划出版社，1999.

[2]中华人民共和国电力工业部主编.电力设备预防性试验规程.中国电力出版社，1997.

[3]国家电网公司主编.国家电网公司电力安全工作规程.国家电网公司，2005.

[4]李建明主编.高压电气设备试验方法.中国电力出版社，2000.