浅谈山区高土壤电阻率地区变电站的降阻措施

【摘 要】本文首先介绍了高土壤电阻率地区变电站降阻的背景和意义，分析了变电站接地网优化以及降阻领域的研究概况，进一步论述了接地网的优化设计发展概况，并对变电站降低接地电阻的方法进行了探讨。

【关键词】变电站；接地电阻；降阻措施

1 高土壤电阻率地区变电站降阻的背景和意义

随着社会经济的不断发展，人们对电力的需求量越来越大。为满足经济发展需要，电网建设投入增加。新建变电站在选址、选线时，为了避免占用农田保护区，目前大多都会选在山岗或丘陵等高土壤电阻率地带上，随之而来的是变电站接地网采用常规设计施工方法接地电阻很难达到运行规程要求。如果达不到规程规范要求，变电站发生接地短路时、设备接触电压以及跨步电压将对设备安全和工作人员的人身安全带来了巨大的潜在威胁。基于此，对于山区高电阻率地区的变电站实施一些有针对性的降阻措施，保证变电站设备运行和人身安全具有十分重要的意义。

2 对变电站接地网优化和降阻研究概况

过去的三十年间，随着科学技术的飞速发展，在接地系统电气参数的测算中，使用了各种新型的分析软件，基于计算机技术的矩量法、复镜像法、边界元法、基数镜像法以及纯数值计算方法等各种数值分析方法也得到了广泛的应用，为接地系统电气参数计算的准确性提供了科学的保障。如今，变电站的接地技术已经集电气安全、电气工程、地质勘探、测量技术、电磁场理论以及数值计算方法等学科于一身，发展成为了一门综合学科。

从总体上来看，变电站的接地技术有三个明显的发展趋向，即（1）在接地设计时过往只片面强调对接地电阻的控制，现在在此基础上更加关注跨步电压和接触电压等关乎人身安全的问题；（2）在进行接地设计时，过去是以均匀土壤模型和经验公式为设计基础，现在是以分层土壤模型为基础，设计更加科学；（3）针对接地系统的降阻措施也更加丰富，过去普遍采用扩大接地网面积的方法，现在则在掌握具体的土壤构成的基础上，更多的采用更加有针对性的深井垂直接地极的方法。

3 变电站接地装置的优化设计概述

为了均匀接地系统中导体的散流电流密度，均匀接地系统上部地表的电位分布，提升导体的利用效率，需要对接地装置进行优化设计。在优化设计时，应当在有接地系统的基础上，对水平地网中接地导体的间距实施科学的布局，这样可以最大限度的保障设备安全运行以及工作人员的人身安全。上世纪七十年代，加拿大科学家率先开始了对接地系统优化设计的研究，随后德国一所大学的教授提出了对接地导体的间距实施不等布置的设计方法。国内在这方面的研究起步相对较晚，在上世纪八十年代，重庆大学高压教研室的一个科研小组就均匀土壤中采用不等间距布置接地网均压导体的规律进行了细致的研究，通过大量的模拟试验和计算分析，最终发现了具体的不等间距布置规律。随后，国内的许多学者相继在水平双层土壤中大型接地网的优化设计布置以及均匀土壤中大型接地网的优化布置领域取得了可喜的研究成果。然而，一直以来，无论是在国内还是国外的电力行业规范中，都尚未有复杂土壤环境下，怎样进行接地系统优化设计的明确规定。

4 降低接地电阻的方法

4.1 扩大地网面积

由于接地电阻值与接地网的面积成反比，扩大地网面积是较为常用的降低接地电阻的方法。因此，接地电阻的数值在很大程度上受制于接地网面积的大小。然而，一旦土壤的电阻率偏高，达2000欧以上，采用扩大地网面积的方法也很难达到降低接地电阻的目的。尤其是在地理环境恶劣的山区，在变电站的建设过程中，往往会遇到没有扩大地网面积所需的地形的情况，这就需要发散思维，把解决的办法寄托在变电站周围更大的空间去，勘察出土壤电阻率相对较低的地区，将水平接地导体延伸到这里，并设立额外的接地网，以达到降低接地电阻的目的。

4.2 设置水下接地网

为了有效的降低接地电阻，如果变电站旁边有池塘、水库、河流、小溪等可以利用的水源，也可以在水下、水底和岸边建立地网。为保证运行安全可靠，防止遭受破坏与腐蚀，接地体及连接线一般埋深1.2～1.5m。

4.3 引外接地装置

根据相关规范的要求，当变电站附近2km范围内有电阻率较低的土壤时，也可以设置引外接地装置，并用2～3根水平接地线将其和变电站的人工接地网连接起来。如果一处引外接地装置不能将接地电阻降到合格值，综合考虑经济和技术因素，也可以增设多处引外接地装置。

4.4 填充降阻剂

研究表明，接地电阻的大小除了受到接地网面积的影响，还和所接地土壤的电阻率也有着直接的关系。改变所接地土壤的电阻率，可以通过向土壤中添加降阻剂的方法来实现。降阻剂可以分为树脂降阻剂、膨润土降阻剂以及稀土降阻剂等多种类型。需要指出的是，添加降阻剂的方法可以和扩大地网面积、引外接地等方法同时进行，以便更好地达到降阻的目的。

4.5 深井垂直接地极法

研究表明，土壤电阻率是有分层次的，不同的地表深道有不同的视电阻率，在进行变电站地网设计时，要先用地质勘探仪在变电站地网布点上不同位置测量出土壤不同层次的土壤视电阻率，利用深井垂直接地极达到最佳土壤层。

5 变电站降阻措施在工程上应用的比较

上述的各种方法，在工程上都有应用，在变电站地网设计时，要根据变电站站址地形地貌进行综合考虑或混合使用。扩大地网面积：施工比较简单，但受地形地貌限制。设置水下接地网和引外接地装置：施工降阻措施较简单，但对周边的农业生产有一定影响，还有可能带来安全问题，容易受到破坏，当受到破坏未及时发现修复，在雷雨季节或设备发生接地事故（故障）时还可能造成扩大事故。填充降阻剂：填充降阻剂是增大接地体的接触面积从而达到降低接地电阻效果，但降阻剂使用不同的厂家可能出现的效果差别较大。深井垂直接地极法：是先利用地质勘探仪找出土壤断面层最小的土壤电阻率，并将接地体引伸达到快速散流的目的，施工难度较高，要求施工单位要有一定的施工作业经验。

根据《电力设备过电压保护设计规程》SDJ7-79要求，110kV及以上变电站的接地电阻小于0.5欧的。因此在变电站地网设计施工时，除要满足接触电压、跨步电压验算要求外，一般500kV、220kV敞开式变电站占地面积较大（占地约30～100亩），实施降阻措施满足接地电阻要求时，都尽可能在变电站围墙内完成。

6 结束语

综上所述，在山区高土壤电阻率地区，变电站的接地网设计施工是否达到规程要求，直接影响着电气设备的安全运行以及工作人员的人身安全，因此一直是研究人员进行优化设计的重点项目。在进行变电站接地系统的优化设计时，应当结合当地土壤的实际构成，利用可以利用的地形，选择最为合适的降阻措施。

参考文献：

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[2]庄池杰，曾嵘，张波，何金良.高土壤电阻率地区变电站接地网设计思路[J].高电压技术，2008（05）.

[3]许非吾，张亮，刘义华，金祖山.500kV 兰亭变电所接地网降阻改造[J].高电压技术，2008（04）.

作者简介：

何国强，男，1964年生，广东清远人，大学本科，工程师。长期从事输变电设备运行管理和基建项目管理。