论高电阻率地区变电站的防雷接地方案

摘要：变电站是输变电网络中重要的一环，在110kV及以上变电站中，防雷接地方案的配置对于变电站的安全运行有着很重要的意义。本文通过对在高电阻率的地质条件下，主要从安全可靠性、环保性等方面，对变电站防雷接地网配置方案进行分析。

关键词：接地网 电阻率防雷保护

中图分类号：C35文献标识码： A

一、前言

福建省为沿海多山省份，变电站选址不可避免的会遇到高土壤电阻率的站址。本文假设以某变电站选址在高土壤电阻率地区为例，简单论述在此地质条件下，变电站接触电阻的计算、应当采取的降阻措施方案及在此情况下变电站施工时注意事项。

110kV变电站A站址选择在高电阻率地区，其实测土壤电阻率最大为700Ω・ｍ，本工程变电站内接地网面积经估算约为3860m2。110kV变电站A远景双回路接入220kV变电站B，A站与B站间线路长度为7公里。

二、工程实例

1、变电站A接触电阻计算：

1.1安全接地体设计计算

1.1.1最大运方下，发生不对称短路时流经接地装置的短路电流值：

按远景A变电站双回接入220kV变电站B（系统边界阻抗X1=0.0436，X0=0.02）、线路长度7公里计算Imax=8.56kA，Iz=1.26 kA；实测场地电阻率700Ω・ｍ。在站内发生接地短路时，流经接地装置的电流：

I=（Imax -Iz）×（1-Kf1）=(8.56-1.26)×0.5=3.65kA

2. 接地引下线与水平接地极截面积的选取：

设短路电流的持续时间为2 S (te)。

a．110kV等级

Sg≥= =73.74mm2。

若接地扁钢腐蚀率按0.065mm/年考虑，接地引下线可选60×6mm2镀锌扁钢，可满足50年运行要求，水平接地极截面则选60×6mm2镀锌扁钢。

1.2安全接地网设计计算

1.2.1. A全站接地电阻值估算：

接地网面积=3860m2 (ρ=700・m)

水平接地体总长为2500m。

接地电阻R≈=5.273

根据DL/T621-1997《交流电气装置接地》要求,接地电阻值R≤2000/I=2000/3650=0.548，但根据福建电力有限公司“办基建〔2008〕20号(关于印发协调统一基建类和生产类标准差异条款（变电部分）的通知) ”的规定，交流工作地的接地电阻不应大于4；安全保护接地的接地电阻不应大于4；防雷保护接地的接地电阻不应大于10，因此，本站接地电阻不满足要求，须做外引接地、接地深井等辅助措施以满足接地电阻要求。

故采用如下降低接地电阻措施：

a、外引接地部分：

利用站外道路和空地，向西南旧站方向进行敷设外引接地网，面积约800（其中水平接地体总厂按700米估算），外引1的接地电阻：R1≈=11.97

向西北方向进行敷设外引接地网，面积约800（其中水平接地体总长按700米估算），外引1的接地电阻： R2≈=11.97

同时向东北方向进行敷设外引接地网，面积约800（其中水平接地体总长按700米估算），外引1的接地电阻： R2≈=11.97

R 总≈R//R1//R2//R3=2.256

b、接地深井部分：

按初设方案，考虑四座接地深井。接地深井四座：

每座接地深井Re=300/（2×π×50）ln(4×50/0.1)=7.26

考虑互阻影响，本次接地网设计接地电阻：

R总=（7.26/3*1.5）//2.256=1.23

1.2.2. 接地装置电位：

I入地1=3.65kA， Ug= I入地1R=3.65 kA×1.22=4453V

1.2.3. 接触电势和跨步电势验算：

a、110kV中性点直接接地，故接地装置的接触电势和跨步电势不应超过下列值：

Ut=174+0.17ρ/=174+0.17×700/=258.14V

US=174+0.7ρ/=174+0.7×700/=520.48V

b．本站最大接触电势：

Utmax=KtmaxUg=KdKLKnKsUg

其中 Kd=0.841-0.225lgd=1.18，其中d=0.03

KL=1，

Kn=0.076+0.776/n=0.1357,其中n=13

Ks=0.234+0.414lg=0.97

Ktmax=1.18×1×0.1357×0.97=0.1553

所以110kV所内两相接地时：Utmax=691.65V＞Ut

c．本站最大跨步电势：

Usmax=KsmaxUg

Ksmax=(1.5-α2)ln ln

其中α2=0.35=0.376

β=0.1=0.36

Ksmax=(1.5-0.376)lnln=0.188

所以110kV变电站A内两相接地时：Usmax=835.2V＞US

经计算最大接触电势和最大跨步电势均不能够满足要求应采取均压措施。

2 变电站高电阻率情况下应采取的措施方案

2.1. 接地网设置原则：

变电站A接地网除了采用与大地有可靠焊接的建筑物金属结构和钢筋混凝土桩基基础等自然接地体外（建筑物基础管桩作深层接地），还设置了以水平接地体为主，垂直接地体为辅的复合人工接地网，该地网外缘闭合，外缘各角做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。经校验计算本工程水平接地体采用60×6镀锌扁钢，垂直接地体采用φ50χ壁厚4mm长2.5米的热镀锌钢管，设备接地引下线采用60×6镀锌扁钢。水平均压带采用等间距布置，方孔式地网即每隔5m布置一处，接地网埋深大于0.8m（穿过电缆沟处应埋设于电缆沟下方），过道路埋深1.2m，地网外缘圆弧半径不小于2.5m。

接地线的连接应符合下要求：接地线间、接地线与接地极间、接地线与电气设备间应采用焊接连接，其搭接长度应为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。严禁在一个接地干线上串联几个需要接地的接地线。

2.2 设备接地：

电气设备金属外壳、预埋管道、电缆金属铠及屏蔽线、电容器网门、钢构架风机、照明配电箱、端子箱、电缆支架、基础预埋件等规程规定需要接地的金属构件均应按规程、规范可靠接地。110kV电气设备、变压器中性点避雷器、隔离刀闸、间隙、10kV电容器、接地变及10kV开关柜等设备基础的接地均应用两根及以上以单独的接地引线与接地干线不同点相连接。主控通讯间设网状接地网，通讯屏基础预埋件通过接地扁钢与地网相连。

进线门型构架、主变门型构架及户外设备构支架都应可靠接地，即从构支架顶部钢构件焊接接地扁钢自上而下，并与地网可靠焊接。电缆沟内应预埋接地扁钢作为电缆支架接地，在电缆沟出围墙处经接地螺栓（可卸式联接）与本地网外电缆沟的接地扁钢相连。

主控配电综合楼各层楼板三根基础钢筋要求与柱内对角钢筋焊接，并与主地网可靠焊接，连接点不少于两处。

2.3 降低接地电阻及改善接触电势和跨步电势过高的辅助措施：

本站跨步电压值不能够满足规程、规范需要，为了减小跨步电压值不满足要求的影响，采取以下措施进行解决：

因为本工程人工接地网上跨步电势不能满足规定值，需要在设备区采取每隔2.5米设一均压带措施来改善地网接触电势及跨步电势；要求所有进站道路应在混凝土道路（路面）下铺设沥青混凝土层，其厚度不小于10cm；在有人出入的走道处敷设‘帽檐式’均压带。

2.4 等电位联结措施：

变电站A主控综合楼内采用总等电位联结，要求建筑物中应将对下列可导电体部分应采用总等电位联结线进行电气互相可靠连接，使它们的电位基本相等并在进入建筑物处接向总等电位联结端子板：PE线、电气接地装置的接地干线、建筑物内的水管等金属管道以及便于连接的建筑物金属支撑物、金属框架等构件的导电部分。卫生间须作局部等电位连接。

3 在高电阻率情况下变电站A的施工注意事项

变电站A全站由四支25米高的避雷针和主控综合楼顶女儿墙上的避雷带构成全站的防雷保护网。主控配电楼按二类防雷建筑采取防直击雷、防雷电入侵波、防感应雷措施。屋顶避雷网沿屋脊及屋檐等易受雷击的部位敷设避雷带，并按规程要求做好防雷措施。

3.1 避雷带及避雷线接地

在主控综合楼顶及楼梯间屋顶每隔1m用Φ12mm圆钢设一支撑，高出屋顶150mm，然后用Φ12mm圆钢围绕所有支撑焊一圈，构成屋顶避雷带，避雷带敷设在屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击部位，并且在屋面组成不大于10mx10m或12mx8m的网格。然后从避雷带焊接Φ12mm圆钢沿主控楼外墙向下明敷与主地网可靠焊接，共五处。避雷带同时还利用建筑物顶部的避雷带和建筑物钢筋砼柱内主筋焊接成网，并由柱内贯通焊接的主筋引下与主地网可靠焊接。

3.2 防雷电波入侵措施

在电缆线路埋地引入建筑物处，应将电缆金属外皮及其保护钢管就近与接地装置连接。对各种金属管道在引入引出建筑物处就近与接地装置连接。

3.3 其它要求

3.3.1电气设备施工安装必须严格按照有关国标、部颁规程、规定、规范及施工设计图纸要求进行。

3.3.2为确保接地部分施工和敷设的质量，所有与接地有关的隐蔽工程均需监理、甲方等现场签证。应特别注意楼板暗敷的接地带、屋顶避雷网、构造柱内的钢筋的焊接、主地网及接地引下线等的焊接和敷设。

3.3.3所有接地材料都需经热镀锌处理，所有焊接处均需防腐处理。

参考文献：

[1]能源部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册(第1册):电气一次部分 .中国电力出版社

[2]DL/T 621-1997，交流电气装置的接地

[3]GB 50059-1992，35-110kV变电所设计规范

[4]DL/T 620-1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合

作者简介：

潘晨（1982~），男，工程师，从事变电站电气一次设计工作。