巖石地區變電站接地網設計與施工技術

鄒華

摘 要：本文針對巖石地區變電站接地網設計與施工，進行難點分析；采用傳統方法時，因巖石地區回填土不夠密實，接地裝置與土壤存在較大的接觸電阻，導致接地電阻值難以滿足設計、規范要求；在此總結解決難題的經驗，促進巖石地區接地網設計、施工水平整體提升，以供參考。

關鍵詞：巖石；土壤電阻率；散流電阻；電位分布

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0063-02

1 工程概述

某西電東送500kV變電工程，垂直接地極采用鍍鋅角鋼L50×50×5，長L=2500，水平接地體采用鍍鋅扁鋼-60×8，接地裝置施工工程量包括接地極310根，水平接地體（以下簡稱“接地線”）13000m，500kV構架避雷針9基；站區土壤電阻率（128Ω/m）土石比為1.5：8.5。

技術難點：地質結構為巖石地區，上層分布多為碎石、巨石。設計計算土壤電阻率與實際存在差異，主要體現在巖石區爆破開挖前后，實際土壤電阻率發生變化，之前密實的巖石變成了松動的石渣，特別是回填區，石塊之間存在大大小小的間隙，接地裝置與土壤的接觸實際并非面接觸，而是點接觸，接觸電阻比較大，且為不定值，它與施工時的壓實度、回填顆粒狀況及水分含量等有關。

2 接地網特性參數

接地網安全性能指標主要包括：接地阻抗、接觸電位差、跨步電位差、地線分流及分流系數、地網電位升高和電位差等。確保接觸電位差和跨步電位差滿足安全限制要求，實現確保人身安全；綜合考慮地網接地阻抗和入地短路電流水平，控制地網允許電位升高水平和網內電位差在安全值以下，實現確保設備安全。

接地阻抗是接地網最重要的特性參數，但并不是唯一的、絕對的參數指標。對于同一接地網，接地阻抗一定，當入地短路電流不一樣時，接地網相關參數都會隨之變化。接地網的狀況評估應綜合考慮各項指標，對接地網的各項參數進行全面考核，根據各項指標綜合判斷接地網的狀況。

2.1 接地阻抗

接地電阻由接地回路中導體的電阻、接地體與土壤間的接觸電阻及土壤的散流電阻等組成。在巖石地區，接觸電阻、散流電阻存在較大的不確定性。

通常接地網感性分量占接地阻抗分量比例較小，接地阻抗也稱為接地電阻。但如果接地網面積很大、土壤電阻率較低時，接地阻抗中的感性分量已大到不可忽視。接地阻抗感性分量以阻抗角表示，影響阻抗角的因素有接地網規模、土壤電阻率大小、電流注入點位置和接地網網格密度、垂直接地極。

2.2 接觸電位差與跨步電位差

變電站接地網入地短路電流的接觸電位差和跨步電位差應控制在安全范圍，110kV及以上有效接地系統發生單相接地或同點兩相接地時，變電站接地網的接觸電位差和跨步電位差不應超過由下列公式計算所得的數值：

Ut=（174+0.17ρsCs）/（√ts）（1）

Us=（174+0.7ρsCs）/（√ts）（2）

Cs=1-ρs/（2hs+0.09）（3）（跨步電位差、接觸電位差計算誤差在5%以內時）

Us——跨步電位差允許值（V）；

Ρs——地表層的電阻率（m）；

ts——接地故障電流持續時間（s）；

hs——表層土壤厚度；

Cs——表層衰減系數。

跨步電位差和接觸電位差安全限值與接地短路（故障）電流持續時間呈現負相關性，接地短路故障切除時間越短，即越快切除接地短路故障，容許的跨步電位差和接觸電位差水平越高。故障持續時間取一級后備保護（主保護失靈）動作時限。

3 設計優化

隨著電力系統容量的不斷增加，流經接地網的入地短路電流也越來越大，要確保人身、設備安全以及系統的正常運行，不僅要降低接地阻抗，還要考慮接地網表面的電位分布。

3.1 接地體埋設

巖石地區回填區原接地線布置在地面以下0.6～0.8m，改為沿坡面布置，見圖1所示。埋設深度為站區地面以下0.7m、且接地體在原狀土表面以下0.1m，埋設泥土斷面為200×200mm2；非回填區接地線埋設泥土厚度200mm，接地溝埋設泥土斷面200×200mm2。

改進效果：接地線敷設在松散的回填土中，改為敷設至密實的原狀土中，接地裝置與土壤的接觸電阻明顯降低，從而降低了接地裝置周圍土壤的散流電阻。

3.2 接地體焊接工藝

相鄰垂直接地體在縱橫線上間隔為10m，水平接地體間距為5m，網孔對角布置接地極；原設計接地極與接地線焊接的基礎上，在接地線與接地線的交叉點增加等電位橋接。

采用長15cm熱鍍鋅角鋼（L50×5），對交叉接地線橋接，實現等電位可靠連接。

達到的效果：實現多根垂直接地體的并聯，增強了散流效果，降低了接地網網孔電壓和跨步電壓，實現跨步電壓和接觸電壓限制在容許的極限范圍內。

3.3 接地網不等間距布置

以往接地網的均壓導體按等間距布置，地網的邊角處泄放電流遠大于中心處，地電位分布不均勻，邊角網孔電勢大大高于中心網孔電勢；但如果接地網是不對稱結構，統計表明，最大網孔電壓不一定存在于邊角處。

優化方案：接地極按平均10m不等間距分布，主接地網施工圖在基礎平面布置圖的基礎上進行設計，避免主接地網與基礎交叉；標明電纜溝與基礎在接地網的布置圖中坐標位置，注明電纜溝起點和終點的溝底標高。

達到的效果：增加地網敷設后的穩定性，布置位置具有較好的散流效果，從而提高中部導體的泄放電流密度分布，相應降低邊緣導體的泄放電流密度，使中部導體得到充分的利用。

4 施工要點

4.1 垂直接地體施工

（1）垂直接地極埋設，基本采用水冷鉆機鉆孔（￠80～￠100mm深2500mm）后植入，控制接地極的間距不小于5m，降低屏蔽效應的影響。

（2）每個需鉆孔埋設的接地極按“植樹”工藝流程進行施工：接地極定位，鉆孔，植入接地極，回填細軟碎土，夯實（采用細長鋼筋），澆水，補充碎土夯實。

4.2 水平接地體施工措施

（1）測量放樣，確定鉆越電纜溝位置和高程控制點，做到電纜溝開挖不傷及接地體。

（2）水平接地體埋設采用機械與人工結合的方式進行施工；地質結構為土壤結合粉石的區域可采用風鎬結合挖掘機進行接地槽施工，地質結構為堅硬巖石的區域，采用挖掘機結合爆破進行接地槽施工。

（3）變電站大門及建筑物大門出入口均壓帶、靠近圍墻的接地網外緣等關鍵點嚴格按照圖紙施工，接地網外緣應閉合，外緣各角應做成圓弧，圓弧半徑不小于均壓帶間距的一半。

4.3 回填土與引出線

（1）接地體分片區敷設，并經監理驗收合格后，分片區回填，溝底應無碎石或松散石塊，均為密實巖層或泥土，水平接地體貼近密實土壤，接地體周圍的回填土不應夾有石塊或雜物，回填土采用泥土，如外運土應無腐蝕性，回填土截面不小于200×200mm2。

（2）接地網引出線應做好標識；接地裝置的接地應與單獨的接地干線連接，不得將幾個需要接地的電氣裝置用接地線串聯接地，防止接觸電位差因接地不可靠而升高。

（3）引出線與構、支架等連接時，接觸面導電應良好，壓接面應平整、貼合，緊固前應消除應力；引出線接地點，應防止噴漆影響接觸面的導電性能。

（4）變電站接地網應與110kV及以上架空線路的避雷線直接相連。

5 結束語

目前，變電工程竣工驗收時，經常出現主接地網接地阻抗不滿足設計規范要求的情況，后續彌補有時會十分困難。這里介紹巖石地區的接地網設計優化與施工經驗，供相關人員參考，使得電網運行安全和人身安全更加有保障。

參考文獻

[1]何金良，曾 嶸，著.電力系統接地技術.北京科學技術出版社，2007，02.

收稿日期：2018-9-13