高土壤电阻率接地网的分析和设计

高土壤电阻率接地网的分析和设计

贾立莉王雪莹

（华北电力大学河北保定071003）

摘要：变电站接地系统是电气设备正常运行、保障人身和设施安全、防止雷电和静电危害等必不可少的措施。接地电阻是衡量接地系统好坏的主要标准之一，接地电阻应满足设备对电位、接触电势、跨步电势和暂态过电压的要求，其大小取决于土壤电阻率、入地短路电流、接地网形式等数值。

关键词：高土壤电阻率接地网接地电阻

一、引言

高土壤电阻率地区采用常规水平接地极和垂直接地体结合的复合接地网设计，其接地电阻、跨步电压、接触电势往往达不到要求，危及操作人员和电气设备的安全。高效削减变电站地网的接地电阻并且迎合电力系统飞速发展的要求，是很多电气设计人员面临的难题。

二、变电站接地要求

1.输电线路电压等级高、系统容量急剧增大，入地短路电流大幅度升高；

2.集成电气设备的出现和广泛应用，如GIS设备、箱式变压器、模块化变电站等，使变电站占地面积越来越小，地网面积也随之减小；

3.变电站设计倡导资源节约型，要求少占良田耕地并要为城市发展让路，随着电网的迅速发展，致使电力设施被迫建在偏远郊区、山区等地质状况复杂、高土壤电阻率地区，且地网面积也受征地问题的限制。

4.随着电力系统自动化水平和管理水平的不断提高，计算机等电子设备进入电力系统，带来强电设备干扰弱电设备、侵入波对电子设备的损坏和射频干扰等问题。

三、降低土壤电阻率的措施

在高土壤电阻率地区，建设变电站必须采取适当的措施降低接地网的接地电阻，才能达到电力系统规程要求的跨步电势及接触电势标准，保证变电站内设备的安全运行及运行人员的人身安全。工程上常用的降低接地电阻的措施主要有以下七种：

（1）采取深井接地。有条件时可以采用深井接地，用钻机钻孔，把钢管接地极打入井孔内，并向钢管和井内灌注降阻剂。

（2）对土壤添加化学物质。

（3）接地极地下深埋处理。

（4）更换土壤。用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内和接地体的1/3处。

（5）使用降阻剂。一般在接地要求较高的地方进行接地设计时采用这种方法。在接地体周围敷设降阻剂后，可增大接地体外形尺寸，降低接地体与周围大地介质之间的接触电阻，可在一定程度上降低接地体的接地电阻。降阻剂用于小面积的集中接地小型接地网时，降阻效果较为显著。

（6）污水引入。为降低接地体周围土壤的电阻率，在条件允许的情况下可将无腐蚀的污水引到埋设接地体处。接地体采用钢管，在钢管上每隔20cm钻一个5mm的小孔，使水渗入土壤中增加接地体周围含水量，以增强导电性及降低接地电阻。

（7）外延水平接地体。如果接地体附近有导电良好土壤、河流、湖泊等可采用此法。但在设计、施工时，必须考虑到连接地极干线的自身电阻所带来的影响，因此外引长度不宜超过100m。

四、土壤电阻率测试

测量土壤电阻率的方法较多，有土壤试样分析法、电磁测探法、两极法、三极法和四极法等。对大体积未翻动过土壤进行电阻率测量，最准确的方法是四极法。本次柬埔寨甘再水电站土壤电阻率在过程中，我们选择用四极法。测试时将四个测试接地棒电极以小于“5%a”的深度，相等的距离“a”打入地面。

本次土壤电阻率测试选用MI2127接地电阻测试仪进行测试。

仪器名称：多功能接地电阻测试仪型号：德国美翠(METREL）MI2127

性能指标：土壤电阻率测试：

范围：0-1999KΩM计算：ρ=2лａRe电极距离：0-30m

显示范围ρ（Ωm）分辨率（Ωm）精度

0.00~19.990.01根据RE的测量精度而定

ρ＝2πaRE

20.0~199.90.1

200~19991

2.00k~19.99k10

20.0k~199.9k0.1k±（5%读数）

200k~999k（a＜8m）

200k~1999k（a≥8m）1k

接地电阻测试（四线方法）

范围：0-19.99KΩ分辨率：0.01；0.1；1；10Ω精度：+（2%+3位）

测试电压：<40V125HZ短路测试电流：<20mA抗干扰能力：具有高抗干扰能力

由于我们测试采用的仪器SMARTEC/MI2127接地电阻测试仪可以直接测读到电阻率“ρ”，因此在测试中只需要确定好极间距离“a”即可。在确定好极间距离“a”后，将四根测试棒电极以相等的距离打入待测点，四根电极采用直径不小于18mm、长度为1500mm的圆钢。连接SMARTEC/MI2127接地电阻测试仪导线，在SMARTEC/MI2127接地电阻测试仪中设置测试接地电极之间的适当距离“a”，然后测读出该点的电阻率。为了确保测量结果的准确性，我们通过适当调整电极位置获取了5组以上的数据。

五、设计方案

①采用接地模块（尺寸500×400×60），根据周围土壤电阻率，其用量公式如下：

式中ρ表示土壤电阻率；η表示模块调整系数；R表示建设方要求的接地电阻值；n表示需要的模块个数；根据ρ=800Ω・m，要求接地电阻R值为5Ω，降阻率η取（0.5-0.9）；经计算得知需要接地电阻降到5Ω.m，就须采用57套接地模块

②采用Φ50*3000等离子接地极，等离子接地极外表为铜材，管内填充高碳离子化合物晶体。以确保最佳导电性能及较长使用寿命。导体内部填充材料含有特制的电离子化合物，能充分吸收空气中的水分。通过潮解作用，将活性电离子有效释放到土壤中，与土壤及空气中的水分结合，更加促进导体外部缓释降阻，且保持阻值长期稳定。导体内部的化合物，随时间的延长逐步化合成胶质透明状态。我们利用胶质化合物的导电性能，使整个系统能够长期处于离子交换的状态中，从而构成了理想的电解离子接地极。

③设置四口Φ15040000mm接地深井，井内采用Φ50铸铜钢管。在该变电站原地网周边扩网接地深井，能满足接地电阻要求。

该变电站主地网按接地地阻≤5Ω的要求完成施工使用接地材料如下：

1、Φ50*3000的离子接地级109根；

2、水平接地模块57套；

3、Φ50铜铸钢管160米；

六、结语

变电站接地网关系到电网可靠运行和人身、设备安全，但近年来电网建设中地网接地电阻不符合要求的问题日益严重。电网电压等级不断提高，系统容量不断增大，接地故障电流不断增大，对地网接地电阻提出更高要求。

参考文献

[1]弋东方.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1994.

[2]李景禄，胡毅，实用电力接地技术[M].北京：中国电力出版社，2001.

[3]葛红霞.浅议高土壤电阻率地区如何降低变电站接地电阻[J].中国高新技术企业，2009（24）：53-54.