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110KV变电站接地网改造（降阻）实施方案

一、 变电站接地概述:接地网作为变电站交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的作用。由于接地网作为隐性工程容易被人忽视，往往只注意最后的接地电阻的测量结果。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。因此，接地问题越来越受到重视。变电站地网因其在安全中的重要地位，一次性建设、维护困难等特点在工程建设中受到重视；另外，在设计及施工时也不易控制，这也是工程建设中的难点之一。因此，为保证电力系统的安全运行，降低接地工程造价，应采用最经济、合理的接地网设计思路。

 二、 本项目设计方案
 1. 引用标准
 DL/T621-97 《交流电气装置的接地》
 GBJ65-83 《工业与民用电力装置的接地设计规范》
 GB50059-92 《35-110KV变电站设计规范》
 GB50057-94 《建筑物防雷设计规范》
 2. 环境概况
 A、变电站总占地面积为90×80共7200平方米。
 B、工程所在地土层平均厚度约为5米估算；
 C、工程为110kv变电站；
 D、土壤电阻率估测为160Ω?m；     

结论：变电站位于河床旁，由现场勘察和土壤电阻率测量可知，变电站地质结构表层为黏土，地层为卵石，片岩为主。考虑季节系数，设计用土壤电阻率取160Ω?m；3. 设计方案1. 接地环采用Φ14.2镀铜钢棒；2. 站内采用30处深12mΦ14.2镀铜钢棒深埋接地体； 3. 在站内围墙内四角处安装4套长效电解离子接地系统；4. 变电站原地网保留不拆除，与新地网可靠连接；5. 主地网采用95mm2引至地面200mm，再采用50*5镀锌扁钢与架构相连接；6. 接地系统焊接工艺采用目前最先进“凯威火泥熔接”技术连接；
4. 设计计算
1) 接地体的热稳定校验：
接地线的最小截面应符合下式要求：
本方案中采用的主网材料为紫铜排， C＝210；当短路电流值取20KA,te＝1s时，Sg>95mm2。本设计采用的镀铜钢棒截面为120mm2,完全满足要求。

（镀铜接地棒与水平镀铜钢绞线T型焊接图）
2) 接地网的腐蚀
接地网的腐蚀状况在八十年代及以前变电站的设计中，很少或根本就没有考虑地网的腐蚀问题。由于地网腐蚀引起的安全事故屡有发生，如接地引下线断开使高压运行设备处于无接地状态，地下主网腐蚀断裂使地网分割成几块，发生接地时使二次设备烧坏等。另外，由于地网属隐蔽工程，埋于地下后不易检查、修复等，因此，从设计的角度应加大对地网腐蚀的调查研究，以便有利于系统的安全运行。一般变电站的设计年限按25～30年考虑，但地网的实际安全寿命只有10～15年左右，与变电站的设计年限极不配套。加之，由于系统容量的增加，短路水平的提高，腐蚀后的地网更不能满足安全运行的要求。
接地网的防腐设计接地网的材料一般为扁钢和圆钢，其腐蚀状态应根据变电站当地的腐蚀参数进行计算。但一般情况下其腐蚀参数很难测定。因此，在工程设计没有实际数据时按扁钢腐蚀速度：0.1 -0.2 mm/a；圆钢腐蚀速度：0.065 -0.07 mm/a；热镀锌扁钢腐蚀速度：0.065 -0.07 mm/a计算。在计算时，还应考虑不同敷设部位腐蚀情况不同的影响，可参考以下数据。采用扁钢接地网的年腐蚀率，当接地网部位为水平接地体时年腐蚀速度：0.1 -0.12 mm/a；为设备引下线时年腐蚀速度：0.2 -0.3 mm/a；为电缆沟中的接地带时年腐蚀速度：0.47 mm/a。　　
对于一般变电站地网的设计年限不应小于30年，对于重要枢纽变电站的地网寿命应按50年考虑。这两种情况都不大于规程规定的设计年限，但更接近于实际。关于地网材料的选用问题，常规选用扁钢和圆钢两种，相同截面的扁钢与圆钢与周围土壤介质的接触面不一致，扁钢约为50%左右，但由于其腐蚀机理不完全一致，腐蚀结果基本上一致，这已从陕西电网和青海电网地网腐蚀调查报告中已得到确认，而且规程中也提供了不同的腐蚀数据。因此，我们选用强耐腐蚀性能的镀铜钢棒作为接地体，确保在30年内免维护。
3) 跨步电压和接触电压
《交流电气装置的接地》(DL/T621-97)中对接地电阻值有具体的规定，一般不大于0.5Ω。在高土壤电阻率地区，当接地装置要求做到规定的接地电阻在技术经济上极不合理时，大接地短路电流系统接地电阻允许达到5Ω，但应采取措施，如防止高电位外引采取的电位隔离措施，验算接触电势，跨步电压等。根据规程规定，主要是以发生接地故障时，接地电位的升高不超过2000V进行控制，其次以接地电阻不大于0.5Ω和5Ω进行要求。
接地的实质是控制变电站发生接地短路时，故障点地电位的升高，因为接地主要是为了设备及人身的安全，起作用的是电位而不是电阻，接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数，但不是唯一的参数。随着电力系统容量的不断增大，一般情况下单相短路电流值较大，变电站大部分接地电阻又很难做到0.5Ω。因此，从安全运行的角度出发，不管在什么情况下，都应该验算地网的接触电势和跨步电压，必要时应采取防止高电位外引的隔离措施。
接地短路电流分析当系统发生接地故障时，产生的接地短路电流经三种途径流入系统接地中性点。(1)经架空地线—杆塔系统;(2)经设备接地引下线，地网流入本站内变压器中性点;(3)经地网入地后通过大地流回系统中性点。而对地网接地电阻起决定性作用的只是入地短路电流。所以，正确地考虑和计算各部分短路电流值，对合理地设计地网有着很大的影响。
架空地线系统的影响对于有效接地系统110kV以上变电站，线路架空地线都直接与变电站内出线架构相连。当发生接地短路时，很大一部分短路电流经架空地线系统分流，因此，在计算时，应考虑该部分分流作用，发生接地故障时，总的短路电流是一定的，只要增大架空地线的分流电流，就可减小入地短路电流，因此，降低架空地线的阻抗也是安全接地设计重要的一个分支。架空地线采用良导体，正确利用架空地线系统分流，将使地网的设计条件更为有利。
入地短路电流从上述分析可知，入地短路电流是总的接地短路电流减去架空地线的分流，再减去流经变压器中性点的电流(也就是流经变电器的零序电流)。如此计算，入地短路电流值相对比较小。由于接地电阻允许值R≤2000I，所以接地电阻相应的允许值就比较大，设计也容易满足。另外，对于一个给定的地网，其接地电阻也基本确定:从R≈0.5ρ/S可知，对实际的接地网面积减少有很大影响。
在110kV以上有效接地系统和6-35kV低电阻接地系统发生单相接地和同点两相接地时，变电站接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值：
Ut―――接触电位差
Us―――跨步电位差
t――――接地短路（故障）电流持续实际
短路时间t取0.8s，在地表面没有高阻层时，可以计算得出：
Ut＝224.95 V
Us＝319.76 V
为保障电力系统故障泻流时，附近人员的人身安全，应尽量降低跨步电压（接触电势），《工业与民用电力装置的接地设计规范》GBJ65-83第2.0.8条规定，在人员出入路口使用砾石或沥青覆盖，地表面电阻率为3000Ω.m，可以得出
Ut＝967.32 V
Us＝3215.92 V
4) 接地体的接地电阻：
原接地网接地电阻：
式中：
ρ（Ω.m）-----土壤电阻率；
d(m)------------接地体等效直径；
S（m2）---------地网面积；
H(m)------------埋设深度；
L(m)------------接地极长度(m) ；
A---------------形状系数
原地网接地电阻为R原＝0.684Ω
上式表明，传统的接地方式在土壤电阻率已经确定的情况下，要想达到设计要求的电阻必须有足够的接地面积，要降低接地电阻只有扩大接地面积，每扩大4倍的接地面积，接地电阻会降低一倍。
式（2）、（3）表明，在上述的接地网中，要降低接地电阻的另一个方法是加大接地材料的尺寸，但是耗材太大而且效果并不理想。以下降低接地电阻的一些常用的合理的方法。
为了达到降低接地网接地电阻之目的，首先需要从理论上研究降低接地电阻的方法。由公式R=ρε/C可以看出，降低接地电阻有以下两种途径，一是增大接地体几何尺寸，以增大接地体的电容C；二是改善地质电学性质，减小地的电阻率ρ和介电系数ε。
接地网是在接地系统的基础，由接地环（网）、接地极（体）和引下线组成，以往常有种误解，把接地环作为接地的主体，很少使用接地体，在接地要求不高或地质条件相当优越的情况下，接地环也能够起到接地的作用，但是通常的情况下，这是不可行的，接地环可以起到辅助接地地作用，主导作用是用接地体来完成的。
依据电容概念，增加垂直接地体可以增大接地网电容。当增加的垂直接地体长度和接地网长、宽尺寸可比拟时，接地网由原来的近似于平板接地体趋近于一个半球接地体，电容会有较大增加，接地电阻会有较大减小。由埋深为零半径为ｒ的圆盘和半径为ｒ的半球电容之比４εr／２πεr可得，接地电阻将减小３６％。但是对于大型接地网，其电容主要是由它的面积尺寸决定，附加于接地网上有限长度（２～３ｍ）的垂直接地体，不足以改变决定电容大小的几何尺寸，因而电容增加不大，亦接地电阻减小不多。所以大型接地网不应加以增加垂直接地体作为减小接地电阻的主要方法，垂直接地体仅作为加强集中接地散泄雷电流之用，因此，唯一有效的途径是采用深埋接地。
5) 深埋接地极
单根深埋接地极接地电阻：采用单根深埋接地极时的接地电阻为：
式中：
ρ（Ω.m）-----土壤电阻率；
L--------------深埋接地极的长度，m
d--------------深埋接地体等效直径；
d＝20m时，可计算出单根深埋接地极接地电阻R单＝10.611 Ω
复合深埋接地极接地电阻：
其中a=ρ/2πRs
Rn----n个深埋接地极并联，Ω
R---- 一个接地点的接地电阻Ω
s---- 并联接地点之间的距离 m
ρ----土壤电阻率，Ω?m
λ---- 调整系数，40根时取15；
可以算出40根深埋接地极接地电阻Rn＝0.503 Ω
6) 长效电解离子接地系统接地电阻：
单根长效电解离子接地系统接地电阻：
R离＝0.2×k×ρ
式中：
ρ（Ω.m）-----土壤电阻率；
k--------------影响系数，与埋设截面，电解液扩散等有关，这里取0.15可计算出单根深埋接地极接地电阻R离＝3.9Ω
4根长效电解离子接地系统接地电阻：R4＝λ×R离/n
式中：
λ-----并联系数，与间距，数量，分布等有关，这里取2；
n------电解离子数量
计算得出　　R4＝2.08Ω
7) 总体接地效果：
R总＝R原// Rn// R4/N式中N为效果系数，这里取0.8可以算出R总＝0.358 Ω
结论：
针对该110kV变电站实际情况，凯威电气设备有限公司公司采用深埋40处镀铜接地极和4套长效电解离子接地系统，完成后其综合效果可以将变电站接地电阻降为0.358 Ω，地网工程由很多未知因数影响，设计有可能在施工实际中发生偏差。