研讨高土壤电阻率地区接地网的降阻措施

研讨高土壤电阻率地区接地网的降阻措施

康乐

（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司陕西西安710054）

摘要：接地电阻是判定防雷装置性能优劣的重要技术指标之一，也是我们防雷检测和防雷工作中判定整个防雷设施是否合格的重要依据。在土壤电阻率高的地区，由于受地质、地势等条件的限制，防雷接地装置的工频接地电阻往往达不到设计要求，在实际工作中，接地电阻值的高低对防雷工作至关重要，降低接地电阻是保障防雷安全最直接、有效的技术措施。基于此，本文就针对高土壤电阻率地区接地网的降阻措施进行研讨，以供参考。

关键词：土壤电阻率；接地极；降阻措施

接地网电阻阻值的大小通常作为衡量变电站接地系统是否符合安全要求的重要指标。如果接地网阻值偏大，一旦发生短路故障或其他大电流流入大地，接地网的电位会大幅升高，给作业人员的人身安全带来严重威胁。同时，电位的升高还有可能破坏设备的绝缘性能，甚至发生高压电串入控制室，使监测控制设备发生误动或拒动甚至烧损，引起事故扩大。

近年来我国经济实力不断攀升，这与各个行业的飞速发展有着密切关系，尤其是电力行业，其在促进社会发展、经济发展等方面均能够发挥很好的推动作用。然而如今电力需求越来越高，这使得电力建设变得更加复杂，为了能够充分保证电力系统的可靠性，也为了使变电站工作人员的生命安全得以保障，需要对变电站主接地网电阻值进行控制，使其能够越来越小，而若要达到这一目的，则需要借助降阻措施，并对整体设计方案进行优化，但很明显，我国在此方面的建设还不够完善。

1接地网的降阻措施

1.1扩大接地网面积

当处于均匀土壤条件下时，变电站的接地电阻可以用以下方式进行计算：

R=0.5ρ/S

式中：ρ-土壤电阻率，Ω•m；S-接地网的散流面积，m2。通过对该公式的分析可以知道，无论是增加地网面积，还是增加地网周长，亦或是减小土壤电阻率，其都可以起到降低接地电阻的作用，另外，若条件允许，也可以通过增加水平接地极总长度的方式来达到这一目的。在众多措施中，若以增加参数的形式进行，则往往难以收到可观作用。以我国目前降阻措施发展来看，扩大接地网面积、引外接地网相当于在水平上增大了S和L0，接地井相当于在垂直方向上对此两个方面进行增大，降阻剂、电解离子接地极的作用与之有所不同，其主要是为了可以降低土壤电阻率。

1.2引外接地网

所谓因引外接地，其主要指的是将变电站主接地网、主接地网区域以外某一低土壤电阻率区域敷设的辅助接地网相连，这样一来就可以实现降阻目的了。该方式具有很好的应用效果，然而美中不足的是其应用范围较为狭窄，往往只能够在附近较低土壤电阻率的地区进行，且对辅助网、主网距离有要求，若太远，则会导致效果不佳，且需要投入很多建设资金。另外，鉴于辅助接地网往往不会在站区的保护范围内，因此更需要做好此方面的保护措施，一般以将接地体深埋作为主要措施，这也是减少安全事故发生的措施之一。此方面的其他弊端在于：①资金投入过大；②辅助网、站内主接地网的金属连接体容易被破坏。为了能够减少此方面问题，今后应在整体规划中做好此方面的优化方案。

1.3接地体局部换土

此理论与建筑行业中地基换土理念相似，在换土时，需要将土壤电阻率较低的土壤进行收集，并以此来替换接地体周围电阻率较高的土壤，这样一来也就达到了降阻目的。此种方式的缺点在于，若要进行换土势必会带来较高的成本，且我国很多变电站均为大中型规模，几乎不会考虑进行大规模换土，这也使得其应用领域极为有限，一般只能够在110kV以及以下变电站的接地网具有降阻作用。值得注意的是若要应用该方式，则需要针对经济性方面进行全面的考量，避免出现经济损失问题。

1.4深/斜井接地降阻

该方式具有较强的专业性，对相关人员的工作能力有很高的要求，同时需要有良好的设备来进行辅助。其是利用地下深处的土壤电阻率较低的原理来进行深孔钻探，再埋入垂直接地极与水平主接地网可靠连接即可。在应用该技术时需要对周围地区进行勘探，确定存在下层土壤电阻率较低的部分，只有符合该条件才可以应用该技术，尤其对于地下有含水层的地域，该方式能够发挥更大的作用。在工程实际中，采用斜井的方式较多，相当于实际上加大了接地网面积。

1.5降阻剂降阻

此种技术较为直接，且操作最为方便，其只要将相关区域划分出来，再使用专门的降阻剂对其进行施加，这样一来降阻剂即可以在土壤中进行扩散、渗透，以达到改变土壤电阻率的效果。另外，此种方式对于改善土壤导电性也十分有效。其往往会被应用到单根水平接地体、小型接地网方面，但是由于经过一段时间运行往往降阻剂会不断流失，从而导致接地电阻不能满足要求，这也是其未成为主要措施的原因。

1.6爆破接地降阻

该技术原理在于采用钻孔机在地中垂直钻直径为100mm左右、深度为几十或几百米的深孔，并将接地电极置于其中，并设计好孔与孔之间的距离，以便于安置炸药，对坚固的岩石实施爆破，再使用相关设备将降阻剂推入其中，使其能够全面渗透进去，最后埋入垂直接地极、水平接地网并按照相关规范进行连接。该种方式具有一定的危险性，但却是其他方式所不能够比拟的，尤其在岩石地区。

1.7电解地极降阻

该方式是利用土壤电阻率和土壤中的导电离子浓度成反比的关系来进行操作的，重点在于人为制造电解地极，当使用该技术时电解离子会增加，接地电阻会随着其增加而减少。另外，敷设电解地极时可以在地极和土壤之间回填降阻剂，可以起到很好的优化作用。该方式在我国的应用时间并不长，很多方面还未得到印证，如其虽然较为适合应用到气候干燥的地区中，但使用寿命是否符合标准还有待考验，且成本高，因此目前还未实现全面推广和应用。

2工程应用降阻优化探讨

2.1工程概况

220kV变电站位于我国某开发区，面积为150m×160m，特征如下：①站址区属于溶残丘地貌，场地微地貌为土丘，地形起伏大；②站址东侧、北侧为冲沟，高程为126~130m；③场地内均为土层覆盖，原为种植桉树的山地。

2.2降阻方案分析

根据相关信息可以建立相应的降阻方案，具体如下：①扩大接地网面积降阻。根据公式可知，如果在进行降阻的过程中，只是以扩大接地面积为主的化，那么势必会导致所需要的面积与当前面积成倍数关系，然而该站的情况显而易见不适合进行此操作，若一定要进行则需要面临极大的施工难度，且成本高；②深井接地降阻。采用D50钢管，D=0.05，灌注降阻剂后D=0.15。若井深是60m，则可以考虑应用压力灌浆工艺；③斜井接地降阻。通过计算后可以确定，该站可以采用基于石油钻探顶管技术的非开挖导航设备施工斜井，并敷设外引接地极法在站外打6口总长度为1100m，深度为5~10m的深井，并在其中进行操作。

结语

高土壤电阻率地区变电站常用接地降阻措施有：利用自然接地体、引外接地、深井接地、采用降阻剂等。应针对不同地区、不同条件采用不同的方法，并相互配合使用，以获得明显的降阻效果。降阻方法的应用效果宜结合接地系统的数值计算进行分析，并通过技术经济方案比较，选择最佳降阻方案。

参考文献：

[1]王洋.高土壤电阻率条件下的牵引变电所接地设计分析[J].科学与财富，2017（20）.

[2]祁玉龙，魏绍东，张进.高土壤电阻率下杆塔地网冲击降阻研究[J].湖南电力，2017，37（2）：37-39.

作者简介：

康乐（1978.10-），男，陕西西安人，长安大学工程硕士，专业工程师，单位：中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，研究方向：电气一次