浅谈变电站接地网的降阻措施

关键词：接地电阻 变电站接地网 降阻措施 

　　 Abstract: In this paper, some subjective and objective reason in designing the grounding grid resistance of substation are analyzed, Thorough discussion from designed to constructed and maintenance aspect in measures for reducing resistance, Explains carefully its characteristic and existence questions at present uses widespread the measures for reducing resistance in substation. 

　　Key words: Grounding resistance Grounding grid in substation Measures for reducing resistance 

1 引言 

　　变电站接地网对于电力系统的可靠运行和变电站工作人员的人身安全起着重要作用，其接地电阻、跨步电压与接触电压是变电站接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合要求的重要参数。然而，有些变电站由于受地理条件的限制，不得不建在高土壤电阻率地区，导致这些变电站的接地电阻、跨步电压与接触电压的设计计算值偏高，无法满足现行标准的要求。近年来，随着电力系统短路容量的增加，由于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。在设计施工过程中如何合理确定接地装置的设计方案，降低接地电阻，这是变电站电气设计施工的重点之一。 

2 变电站接地网电阻偏高的原因 

　　变电站接地网电阻偏高的原因有多方面的，归纳起来有以下几个方面的原因。 

　　2.1客观条件方面 

　　一是土壤电阻率偏高。特别是山区，由于土壤电阻率偏高，对系统接地电阻影响较大；二是土壤干燥。干旱地区、沙卵石土层等相当干燥，而大地导电基本是靠离子导电，干燥的土壤电阻率偏高。 

　　2.2勘探设计方面 

　　在地处山区复杂地形地段的变电站，由于士壤不均匀，土壤电阻率变化较大，这就需要对每处地网进行认真的勘探、测量。根据地形、地势、地质情况，设计出切合实际的接地装置。如果不根据每处地网的地形、地势情况合理设计接地装置并计算其接地电阻，而是套用一些现成的图纸或典型设计，那么就从设计上就留下了先天性不足，造成地网接地电阻偏高。 

　　2.3施工方面 

　　对于不同地区变电站的接地来说，精心设计重要，但严格施工更重要。因为对于地形复杂，特别是位于山岩区的变电站，接地地网水平接地沟槽的开挖和垂直接地极的打入都十分困难，而接地工程又属于隐蔽工程，如施工过程中不能实行全过程的技术监督和必要的监理，就可能出现如下一些问题：一是不按图施工。尤其是在施工困难的山区，屡有发生水平接地体敷设长度不够，少打垂直接地极等；二是接地体埋深不够。山区、岩石地区，由于开挖困难，接地体的埋深往往不够，由于埋深不够会直接影响接地电阻值；三是回填土的问题，有关规范要求用细土回填，并分层夯实，在实际施工时往往很难做到，尤其是在岩石地段施工时，由于取土不便，往往采用开挖出的碎石及建筑垃圾回填，这样还会加快接地体的腐蚀速度；四是采用木炭或食盐降阻，这是最普遍的做法。采用木炭或食盐降阻，会在短期内收到降阻效果，但这是不稳定的。因为这些降阻剂会随雨水而流失，并加速接地体的腐蚀，缩短接地装置的使用寿命。 

　　2.4运行方面 

　　有些接地装置在建成初期是合格的，但经一定的运行周期后，接地电阻就会变大，除了前面介绍的由于施工时留下的隐患外，以下一些问题也值得注意：一是由于接地体的腐蚀，使接地体与周围土壤的接触电阻变大，特别足在山区酸性土壤中，接地体的腐蚀速度相当快，会造成一部分接地体脱离接地装置；二是在接地引下线与接地装置的连接部分因锈蚀而使电阻变大或形成开路：三是接地引下线接地极受外力破坏时误损坏等。 

3 接地电阻降阻方法 

　　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[1]。由公式（1）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 ；二是改善地质电学性质，减小地的电阻率 和介电系数 。 

　　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。决定接地电阻大小的因素很多，下面我们以接地环作接地主体的情形来分析传统地网的接地公式： 

　　式中： 

　　式（2）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（3）、（4）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。 

　　在变电站具体解决接地网电阻偏高的问题，首先要对其原因进行认真的分析，到现场进行认真的勘探，结合相应的理论基础，依据相关技术标准规范，制定出切合实际的降阻措施。 

　　3.1技术措施 

　　接地工程本身的特点就决定了周围环境对工程效果的决定性的影响，脱离了工程所在地的具体情况来设计接地工程是不可行的。设计的优劣取决于对当地土壤环境的诸多因数的综合考虑。土壤电阻率、土层结构、含水情况、季节因数、气候以及可施工面积等等因数决定了接地网形状、大小、工艺材料的选择，是接地设计中重要的第一手资料,。因此设计施工前，要确保完成以下几项工作：

    （1）要精心勘探测量，要对每处遥测点地网所在位置的地形、地势、地质情况进行准确勘探，测量接地体埋设点周围的土壤电阻率及其分布情况，找出可以利用的地质结构； 

　　（2）要调查所在地的雷电活动情况和规律，决定所采取的防雷措施及其对接地电阻的要求； 

　　（3）要调查所处地段土壤对钢接地体的年腐蚀和土壤的酸碱度等； 

　　（4）要根据以上几项内容进行计算和设计，制定切合实际的降阻措施和施工方案。 

　　3.2降阻方法 

　　（1）敷设水平外延接地。因为水平放设施工费用低，不但可以降低工频接地电阻，还可以有效地降低冲击接地电阻。 

　　（2）深埋式接地极。在地电阻率随地层深度增加而减小较快的地方，可以采用深埋接地体的方法减小接地电阻[5]。因此利用大地性质，深埋接地体后，使接地体深入到地电阻率低的地层中，通过小的地电阻率来达到减小接地电阻的目的。在埋设地点选择时，应考虑：选择地下水较丰富及地下水位较高的地方；接地网附近如有金属矿体，可将接地体插入矿体上，利用矿体来延长或扩大人工接地体的几何尺寸；深埋接地体的间距宜大于20m，可不计互相屏蔽的影响。但施工困难，土方量大，造价高，在岩石地带困难更大。 

　　（3）利用接地电阻降阻剂[2]。在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低接触电阻的作用。降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂，是具有导电性能良好的强电解质和水分。这些强电解质和水分被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不致于随地下水和雨水而流失，因而能长期保持良好的导电作用。而降低阻剂的主要作用是降低与地网接触的局部土壤电阻率,换句话说,是降低地网与土壤的接触电阻,而不是降低地网本身的接地电阻。这是目前采用的一种较新和积极推广普及的方法。降阻剂已有超过二十年的工程运用历史，经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是使用施工工艺都已经是相当成熟的产品了。 

　　（4）利用电解离子接地系统（Ionic Earthing Array，简称IEA）。IEA近几年在新建变电所中得到广泛的应用，并取得一定的效果。有研究和实践证明：土壤电阻率过高的直接原因是因为缺乏自由离子在土壤中的辅助导电作用，IEA能在土壤中提供大量的自由离子，从而有效的解决接地问题。IEA由先进的陶瓷复合材料、合金电极、中性离子化合物组成，以确保能提供稳定的、可靠的接地保护。IEA的主体是铜合金管，以确保较高的导电性能及较长的使用寿命，其内部含有特制的、无毒的电解离子化合物，能够吸收空气中的水分，通过潮解作用，将活性电解离子有效释放到周围土壤中，正是因为IEA不断的自动释放活性电解离子使得周围土壤的导电性能能始终保持在较高水平，于是故障电流能顺畅的扩散到周围的土壤中，从而充分发挥接地系统的保护作用。另外，IEA所包含的特制回填料具有非常好的膨胀性、吸水性及离子渗透性，使IEA与周围的土壤保持良好的接触界面，无论天气或周围环境如何变化，都能使 IEA保持最佳的接地保护效果。但投资相对也是比较大的。

　　（5）其他方法。如何降低接地电阻目前已成为工程建设的难点之一，除了以上方法外，增加地网的埋设深度、利用深孔爆破接地技术[3]、自然接地体、局部换土、深井接地、扩大接地面积和采用两层水平接地网[4]等等也都有一定的可行性。根据各个工程的不同情况可以选择适合的降阻措施，而各种方法也不是孤立的，可以相互配合，以取得更好的实际效果。 

　　3.3精心施工及运行维护 

　　精心的施工才能达到良好的设计的实施效果，看起来不重要的实施细节常常导致严重的后果。因为接地网工程是隐蔽工程，当施工完成后，错误不一定马上可以检测到，即使发现问题补救也是很麻烦的，尤其是防腐细节。因此，设计图纸和施工方案制定出后，就要到现场精心组织施工。对水平接地体，垂直接地体的布置严格按设计要求布置，对各焊接头质量，降阻剂的使用，回填土等每个环节严格把关。当然，工程结束后要加强运行维护；要针对地网工程接地装置运行中容易发生的问题，加强运行维护和巡视检查，及时进行缺陷处理。定期进行接地电阻和回路电阻测量，以保证接地一直处于良好的状态。 

4 结束语 

　　变电站接地网的设计应结合实际情况进行, 接地装置能否发挥它应起的作用，关键在于设计和施工运行这两个环节。首先是设计，它是保证接地装置效果的前提条件；其次是施工运行维护，施工的工艺和质量是保证接地装置效果的基础，是体现设计目的的手段，而维护是后期地保养及使用期限的延长。因而在高土壤电阻率地区的变电站设计与建设中，必须注重优化设计与综合治理，以充分提高地网建设地经济性与安全运行地可靠性，同时降阻效率高、抗腐蚀性好、成份稳定、价格低廉地新型降阻材料亦将成为接地网降阻研究的主流。