简析变电站接地系统

摘要：随着高压电网短路容量的越来越大，对确保变电站设备和人生安全的接地系统要求也越来越高。但传统接地系统不能有效解决不同地质环境下的工程接地问题。深入研究分析接地系统的设计施工，探讨技术改进等方面问题，提高电力接地网的可靠性、稳定性。

关键词：电力设备，接地系统，性能改善

中图分类号： F407 文献标识码： A 文章编号：

一、变电站接地系统目前的现状

目前我国电力系统接地材料大多数采用镀锌扁钢、镀锌角钢。镀锌钢的耐腐蚀性较差，锌层的不断腐蚀使其接地性能不稳定，只能满足10年的寿命。国内一般变电所的接地系统普遍采用镀锌扁钢水平接地网和镀锌角钢垂直接地极相结合的复合接地网形式。此接地方式使用有局限性，仅仅在普通的土质均匀的地区和常规变电所应用。这种接地方式随着系统短路容量的增大、接地电阻要求值的降低等因素已经无法满足接地系统的新要求。

二、变电站接地系统存在的问题

2.1土壤电阻率高，接地性能差

变电站所处地区若土壤电阻率高，接地网泄流能力差，就使得变电站故障电流或雷电流不能瞬时通过接地网散去，导致变电站整体或局部电位升高，击穿设备绝缘护层，烧坏设备。特别是那些保护控制设备、远动通讯设备更是在劫难逃。同时接地网的均压问题，尤其是横向电位梯度大和分布不均，这容易因接地短路发生局部电位升高，从而引起高压向控制和保护设备反击，最终烧坏低压元件。

2.2接地网与设备连接问题

设备连接接地主网或干线的镀锌扁钢截面尺寸偏小或性能不稳定，不能满足大系统短路时大短路电流的热稳定而被熔断。扩建或改造设备的接地通常是借用原接地网，设计时只作简单说明在就地连接。而具体在何处连接，如何连接都没有作要求，这全凭施工人员随机操作，缺少规范性。

2.3接地网的腐蚀问题

接地网的腐蚀已经成为接地系统出现故障的主要诱因，其中土壤的酸碱度对接地材料的腐蚀影响最大。有的接地网的水平接地体埋深不够，上层土壤的含氧量高也加速接地体的氧化。尤其是丘陵地区，土壤含氧量高，透气性好，加速接地体的腐蚀。镀锌扁钢、镀锌角钢表层的锌对钢有一定的保护作用，但经过几次短路电流或雷电流泄流后，这保护就减弱了许多，接地系统镀锌钢使用寿命只有7~13年，平均10年。在施工过程中对接地网搭接焊接也会破坏锌的保护层导致接地网腐蚀。

三、改善接地系统问题的对策

3.1变电所接地系统作用

性能稳定良好的接地系统必须能将变电所运行故障时产生的巨大电流或雷电电流及时泄散入大地，使经接地电阻产生的短时过电压不超过设备容许值，使设备免遭损坏；接地系统起均压作用，确保处于变电站场地的人员免受高电压冲击的危险。从而避免事故故障引起人身和经济巨大的损失，对生产和生活造成严重影响。

3.2改进变电所接地系统的施工

首先要规范施工单位管理流程：施工单位应严格按照设计要求进行施工。接地隐蔽工程必须经监理单位和建设单位验收合格，在此基础上方可回填素土覆盖。同时，应对施工完毕的接地网进行接地电阻的测试，其测量结果必须符合设计要求，否则必须返工重做。其测试结果是交接验收资料的必备内容，竣工时应全部交甲方备存。其次必须按规程规范施工安装。一、接地体顶面埋设深度应符合设计要求，至少不应小于0.6米，不能偷工减料。引出地面的接地排表面必须除锈、除残留焊药等，清理后刷沥青做防腐处理。二、接地线应采取防止机械损伤和化学腐蚀的措施。接地线穿过墙壁、楼板等处应加装钢管等保护套。镀锌钢材在焊接时会破坏防腐层，应在焊痕外10厘米内做防腐处理（如刷沥青等）。三、接地干线应在不同的两点及以上与接地网相连接。每个电气装置的接地应以单独接地线与汇流排或干线相连接。重要的电气设备（如变压器等）和设备构支架应有两根与主网不同地点连接的接地引下线，且每根引下线应符合热稳定和机械强度要求，且便于做定期检测。四、接地体敷设完后其沟内和回填土中不能有石块、建筑垃圾等杂物，应回填素土，分层夯实。室外接地回填最好有10~30厘米高度的防沉层。五、在墙角或场地边沿宜设接地线断接装置，与总接地网或接地母线连接，方便测量接地系统的接地电阻。六、规范和重视改、扩建工程设备接地施工，与新建工程统一要求，施工中分部检查验收，施工结束测试记录归档。

3.3降低接地电阻，改善运行性能

首先从选用接地材料上入手，用铜材替代镀锌钢材，提高耐腐蚀性。同时铜质材料导电能力强、稳定性高、散热性能好的优势大大提高了接地系统的性能。通常还采用阴极保护法防止接地体的腐蚀，牺牲作为阴极的接地材料来保护水平接地体。“国网十八项反措”有要求，对于110kV及以上变电站，在中或酸性土壤地区，接地装置材料宜选用热镀锌钢，在强碱性土壤地区或其地下水会引起钢质材料严重腐蚀的中性土壤地区，宜采用铜质、铜覆钢（铜层厚度不小于0.8mm）。对于室内变电站及地下变电站应采用铜质材料的接地网。对于室内及地下变电站必须充分考虑接地系统与变电站正常运行使用寿命相同，否则以后要想改造这地系统几乎是不可能的。

其次为了降低接地电阻和稳定地网电位、加强边缘接地体的散流效果，可采用接地网边缘设置长接地极的方式。第三对于高土壤电阻率地区采用对水平接地带换土的方法或者使用膨润土降阻剂、碳基类降阻剂等降阻剂来降低土壤电阻率以改善接地网性能。第四在均匀分布的土壤电阻率地区，而该地区土壤电阻率普遍较高，根据接地电阻与接地网面积的根方成反比的理论（复合式接地网接地电阻估算R=0.5ρ/√s∑），扩大接地网面积来降低接地电阻，这是较为经济有效的改善接地系统性能的措施。第五还可以利用变电所附近的低土壤电阻率区，敷设主副接地网，主副网间实行多点连接，主接地采用点位隔离的方法使接地电阻值符合要求，改善接地系统性能。

江苏溧阳地区的晶阳110kV变电站，是近几年新建的全户内变电站。变电所落在半山坡上，山上乱石丛生，地质情况复杂，这对接地系统的设计施工带来了巨大的困难。在变电所进行工程地质勘探的同时进行场地岩土电阻率的探测。探测结果显示变电所地下10米层内大部分区域都是石块，土壤电阻率非常大，采用常规的接地方式显然不行。当时考虑采用的方法：1. 钻孔埋深接地极，埋深横向连接的接地排。2. 对变电所所处地区的土石块进行处理，全部更换成导电性能良好的素土，以降低接地网接地电阻。江南这一带粘土层土壤电阻率都小于50Ωm。3. 扩大接地网面积或在附近异地打接地网。经过粗略的工程造价比较和再次勘探，决定采用第三种方案。在变电所的附近找到了一块土壤电阻率比较小的地块，在这地块做了副接地网，与变电所地下的主接地网多点连接（大于5点以上），施工完毕测试结果符合技术要求，110kV变电所接地电阻小于0.5Ω。由于在山坡上征地费用相对少得多，这样既节省了工程造价又改善了接地系统的性能，取得了显著的经济效益与技术效能。

四、总结

总之，首先要根据电网系统的短路接地时流入地下的故障电流来确定满足接地要求的、合理的接地电阻值；其次根据变电站工程的地质和环境条件采用经济合理的、便于施工的辅助措施来有效降低土壤电阻率，减轻和延缓接地材料的腐蚀性，使的接地系统性能更加优良，以变电站保证设备和人身的安全，这是我们电力工作者不断探索不断研究的课题。

参考文献：

1. 《实用电力接地技术》，李景禄 编著，中国电力出版社 ，2002.01

2. 《电力系统接地技术手册》，王洪泽、杨丹、王梦云 编著，中国电力出版社，2007.12

3. 《电力工程电气设计手册》，水利电力部西北电力设计院 编水利电力出版社1989.12

4. 《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-2006 2006.7