浅谈变电站接地网电阻偏高的原因及降低接地电阻的措施.pdf

廑岛它景 技管与安全 GU A NGX I D IA NY E 变电站的接地 网上连接着全站 的 高低压电气设备的接地线、低压用 电系 统接地、电缆屏蔽接地、通信和计算机 监控系统设备接地，以及变电站维护检 修时的 一 些临时接地。如果接地电阻较 大，在发生系统接地故障或其他大电流 入地时，可能引起地 电位异常升高，造 成接地系统 电位分 布不均，局部电位超 过规定 的安全值，轻则导致监测或控制 设备发生误动作或拒动，重则破坏监测 设备而扩大事故，带来经济损失，造成 极坏的社会影响。 接地电阻对接地 网 的安全起着非 常重要的作用，接地电阻的大小是安全 接地的重要技术指标。最近几年建设的 变电站工程 中，多次 出现了接地电阻不 能满足设计要求的问题，使接地 网需要 重复返工，影响了变 电站正常的施工进 度。采取各种辅助降阻措施降低接地电 阻，使接地网达到安全运行的要求，是 变电站接地问题中 一 个非常重 要 的环 节。 一 、变电站接 地网电阻偏高 的原 因 ( 一 )土壤电阻率偏高 在山区，由于土壤 电阻率偏高， 对系统接地电阻影响较大。 干旱地区、 沙石土层等相 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。 (二)没有具体 勘 探测量 90 200910(总第1 15期 ) 有的在设计接地时，根据地质资料 查找设计手册所对应的土壤电阻率。但 是场地不同点土壤电阻率的偏差，同种 土壤的电阻率会存在 一 定的差异，特别 是南北方同种土壤之间差别很大，会造 成很大的误差，也不应再使用。 (三)测量值不可信 设计人员 一 般现场采用四极法 测 量原土层的土壤电阻率。这种方法虽然 符合设计规范要求，比较科学而且准 确，但是四极法是属于在场地中抽样测 量，在接地网埋设处 地质经常出现断 层，地电阻率是不均匀 的，山坡地形还 需要在不同的方位、不同的方向进行测 量，找出沿横向、纵 向和不同深层 的土 壤电阻率。最好的提高土壤电阻率测量 精度的处理方案是在今后的变电站初 步设计阶段，在地质勘察 中增加土壤 电 阻率测量的内容。由于地质勘察要求的 站址勘探孑 L通常有几十个 ，勘测的岩芯 有几十米深，根据多根岩芯的土壤进行 的测量值是十分精确和可信的。 (四)施 工不细致 对于不同地区变电站的接地来说， 不仅精心设计重要，严格施工更重要。 因为对于地形复杂、特别是位于岩石区 的变电站，接地网水平接地沟槽 的开挖 和垂直接地极的打人都十分困难。 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，就可能出现问题。 1、没有在原土层上施工 ，而是 回填 了 部分回填土后再施工。 2、下层地网引出至上层地网的连 接点没有全部引出，或者是引出后没有 作好标记，导致下层地网没有与上层地 网有效连接，失去下层地网应有的作 用。 3、回填使用了部分建筑垃圾 、大块 的沙石等材料。没有用细土回填并分层 进行夯实。 4 、接地 网在土建施工过程中遭遇 比较严重的破坏，导致全站接地网各处 的接地电阻测量值差异巨大。 (五)运行过 程中产生变化 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，特别是在 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 坏而损坏等。 二 、接 地 电阻降阻方法 当主接地网的接地电阻不满足要 求时，通常需要采取降阻措施。目前，常 用的降阻措施有引外接地、人工降阻、 深井接地、电解接地、爆破接地等。各种 降阻措施分析比较如下。 ( 一 )引外接地 技管与安全 G U A N GX I D IA N Y E 店矗它谍 在高土壤电阻率地区，当变电站主 接地 网的接地电阻难以满足要求，且附 近有可设置 人工接地装置的低土壤电 阻率地区或水源时，可以采取引外接地 措施以降低接地电阻，但应考虑占地面 积和农田恢复的难度。 在选择埋 设地点时，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，利用矿体来延长或扩大人工接 地体的几何尺寸。 (二)深井接 地 由变电站外延接地线(404的镀 锌扁钢1，在进线塔下端打 有 一 口约 200m超深接地井，用钻机钻孔，把直径 100mm的镀锌钢管接地极打入井孔 内， 并向钢管内和井内灌注泥浆。此法经过 工程实 际 测 量 ，系统 接地 电 阻 为 04 4 2 ，符合设计要求，效果很好。 和其它辅助降阻措施相比，深井接 地 法有以下优点：大大降低了接地 电 阻；减少了变 电站 占用地表面积，是改 造优化的最好方法；设计寿命可以非常 长，设计裕度非常大；深层 的土壤 电阻 率不受气候、季节影响，数值稳定。因 此，接地电阻值也 不会 随气候、季节变 化，这是深井接地最大的优点。 (三)放置 电解地极 (与 电 解接 地可 能相同) 对于高土壤 电阻率地区，降低变电 站地网的接地电阻是比较困难 的，在设 计或改造地网以降低其接地电阻时常 常会遇到这个问题。在四川省眉山某变 电站的地 网设计及工程施工中就遇到 了这种问题。在该变电站地 网改造工程 实践 中，采用钻8口斜井共18 00m在其 中放置D K AG电解地极8 0套，这 一 做 法使得接地电阻值 降低了808且满 足了设计要求。因此，当变电站的土壤 电阻率较高，用于接地 网的面积不能将 接地 电阻降低至设计要求值时，可采用 D K A G电解地极来实现降阻。 (四)换土 在土壤电阻率高的地区进行换土， 是普遍采用 的有效办法，且施工简单。 例如某变 电站位于 山区，地质报告显示 站区耕植土厚度为02 06m ，部分地 方有基岩露出，土层以下为砂岩和灰 岩。接地设计采用换土，在土层厚度不 能满足要求的地方，沿水平接地体挖接 地槽，深度为lm，垂直接地极坑 深度 3m ，底部直径lm施工时在接地槽和接 地坑内先铺设20cm厚的黏土并夯实， 再放接地体，回填土层层夯实。施工完 成后实测接地电阻，完全满足设计要 求。 (五)使用降阻剂 目前降阻剂主要有两种类型：化学 和物理降阻剂。化学降阻剂由高分子材 料、电解质和水组成，注入 土壤可迅速 在土壤 中凝成电阻率低的根须状连续 胶体，从而增大接地体的有效接地 面 积，提高接地体散流效果。化学降阻剂 存在 一 定的环境污染 问题，对于青藏高 原脆弱的生态环境易造成影响。且随时 间推移，降阻效果也会 降低，推荐采用 物理降阻剂。物理降阻剂由导电的非电 解质固体粉末及起固化作用 的水泥 组 成，其电阻率低，主要靠导 电粉末起到 降阻作用，降阻性能不受环境pH值、温 度及湿度的影响。 在接地极周围敷设降阻剂后，可以 起到增大接地极外形尺寸，降阻剂 的主 要作用是降低与接地网接触的局部土 壤电阻率，换句话说，是降低接地网与 土壤的接触电阻，而不是降低接地 网本 身的接地电阻。 降阻剂已有超过20年的工程运用 历史，经过不断 的实践和改进，现在无 论是性能还是施工 工艺都已经相 当成 熟。多个使用降阻剂的工程，接地完工 后测量接地电阻，情况都不错。但由于 缺乏长期的跟踪监测，对降阻剂性能的 长效性和对接地极材料 的腐蚀性的信 息返回少。确实也有质量差 的降阻剂， 降阻效果不能持久，对接地网造成腐蚀， 各地对降阻剂的使用意见分岐较大。 (六)电解接地 电解接地系统是我国近年出现的 接地降阻方式，在 国内外已有应 用经 验，电解接地的原理是在地中水平敷设 或垂直敷设金属管道，在管道 中加入电 解化学物质，利用空气或土壤的潮气， 与管道中的化学物质反应产生电解溶 液，电解溶液通过管道过滤孔向周围土 壤渗透，提高土壤的导 电率，降低电极 与土壤的接触电阻，在金属管道外部采 用降阻材料回填，增大电解地极，具有 良好的膨胀性、吸水性、渗透性和防腐 200910f总第1 15期】19 1 店岛它景 技管与安全 G UANGX I DIA NY E 性，可以深入岩土形成树根网状，增大泄流面积，降低散流电阻，同 时保护电解地极免遭腐蚀，从而降低变电站的接地电阻。 (七) 斜井降阻 通过非开挖技术( 类似敷设 电缆的外顶管技术)，将接地极从站 内的主接地网边缘，沿着变电站的进站道路和线路的终端塔f建筑 的保护距离区间内)外引至站外电阻率较低的地区，达到理想的扩 网效果。由于斜井里的接地极是埋设在道路或架空线(属于永久性 设施)地下几米深的土壤中，不会遭遇外部破坏和产生危险的跨步 电压。斜井在具体实施过程中，要根据周围的地质情况，确定斜井 的数目及延伸的方 向、敷设 的长度，钻头入 土的角度、埋设深度，使 其可 以避开地下管网到达预定地点。 (八)爆破接地 爆破接地技术是近年来提出的降低高土壤电阻率地区接地系 统接地电阻十分有效的方法。其基本原理是：采用钻孔机在地中垂 直钻直径为 l OO m m、深度为几十米(在发变电站接地工程中，垂直 接地极深度可能达100m 以上) ，在孔中布置接地电极，然后沿孔整 个深度隔 一 定距离安放 一 定量 的炸药进行爆破，将岩石爆裂 、爆 松，接着用压力机将调成浆状的降阻剂压人深孔及爆破制裂产生 的缝隙中，以达到通过降阻剂将地下大范围的土壤 内部沟通，加强 接地电极与土壤、岩石的接触，从而达到较大幅度降低接地电阻的 目的。已有试验和模拟计算表明， 一 般爆破致裂产生的裂纹可达几 米到几十米远。目前爆破接地技术已经在我国多项发 、变电站和输 电线路接地等工程实践中采用，并已取得了十分满意的效果。 除了以上方法外，增加接地网的埋设深度、利用爆破接地技 术、自然接地体、扩大接地面积和采用两层水平接地网等，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。 三 、结语 l- “tllll-。IIii_l 川 - I| - “ II一l I_一l | -仙 - -。_| ，”IllIJ_ ”_l m ”Itl*， -* 一-。_一1- _“FIIh*“ I。mJIIIII- “II*”IIII _“l 变电站接地网是维护变电站安全可靠运行，保障运行人员和 电气设备安全运行的根本保证和重要设施。随着电力建设 的快速 发展， 一 方面短路电流日益增大要求接地电阻越来越小，另 一 方面 是站区面积不断减少，特别是城市规划区和高电阻率地区，使得变 电站接地电阻难以降低，解决问题的关键是怎样合理地采用降阻 措施，以达到既满足接地电阻的要求，又经济合理，便于施工。 对接地网设计与施工必须予以高度重视。高土壤电阻率地区 的变电站，应根据其地质和环境条件，采用效果好、经济、合理、安 全、可靠的辅助措施，因地制宜，综合治理，最终实现降低接地电阻 的目的。 (作者单位：四川省眉山多能 电力设计咨 询有限责任公司) 函 200910(总第1 15期) 一 、引言 变 电站综合自动化 系统是将变电站二次设备 f包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远 动装置等1经过功能的组合和优化设计，利用先进 的 计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技 术，实现对全变电站主要设备和输、配电线路的自动 监控、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信 等综合性的自动化功能。 该系统利用多台微型计算 机和大规模集成 电路组成的自动化系统、常规的测 量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远 动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变了常 规的继 电保护装置不能与外界通信的缺陷。通过利 用现代化计算机技术、通信技术等 ，提供先进的技术 设备，可改变传统的二次设备模