（电力系统及其自动化专业论文）110kv大龙变电站接地网研究.pdf

110k v 大龙变电站接地网研究 摘要 通过调查11 0 k v 大龙变电站接地网设计及通常采用计算方法的情况， 全面分析了目前设计中存在的问题。比较常用计算方法的优缺点及适用范 围，找出适于山地地区，并且容易被工程技术人员掌握的变电站接地网接 地电阻计算方法。对1 l o k v 大龙变变电站接地网接地电阻采用不同的计算 方法进行分析计算，把计算结果与测量结果进行了比较。结果表明，建立 双层土壤电磁模型，借助图表来分析、计算变电站的接地电阻的方法比只 依靠电力工程电气设计手册的简单计算公式进行计算的方法更精确， 可以满足工程设计的要求。文中还针对山地地区变电站接地问题，探讨了 土壤电阻率和接地电阻的测量方法，重点研究了降低接地电阻的方法。 关键词：变电站接地电阻设计方法 1 10k vs u b s t a t i o n sd r a g o ns u b s t a t i o n g r o u n d i n gg r i p a b s t r a c t b yi n v e s t i g a t i n gt h ed e s i g na n dc a l c u l a t i o nm e t h o d so fg r o u n dg d do ft h e 1lo k vd a l o n gs u b s t a t i o n ，t h ep r o b l e m si nt h ed e s i g nm e t h o d sa r ea n a l y z e d t h e a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h ec o m m o nc a l c u l a t i o nm e t h o da n di t s a p p l i c a b i l i t ya r ed i s c u s s e d ac a l c u l a t i o nm e t h o do fs u b s t a t i o ng r o u n dr e s i s t a n c e i nm o u n t a i n a r e a ，w h i c h c a i lb e e a s i l y u s e d b ya c o m m o n e n g i n e e r , i s s u g g e s t e d c h o o s et h e1lo k vd a l o n gs u b s t a t i o nt od e s i g nt h eg r o u n d i n gg r i d s a n dc o m p a r e dw i t ht h o s ed a t u m t h eg r o u n dr e s i s t a n c e so fs e v e r a ls u b s t a t i o n s a r ec a l c u l a t e db yu s i n gt w om e t h o d s ，a n dt h ec a l c u l a t e dr e s u l t sa r ec o m p a r e d w i t ht h em e a s u r e do n e s t h ef i r s tm e t h o di sb a s e do nt h er e d u c e d f o r m u l ai nt h e h a n d b o o ko fe l e c t r i c a le n g i n e e r t h es e c o n dm e t h o di sb a s e do nt h et w o l a y e r s o i lm o d e l ，a n dc h a r t sa r eu s e di nt h ec a l c u l a t i o no ft h eg r o u n dr e s i s t a n c eo f s u b s t a t i o n s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h es e c o n dm e t h o di sb e t t e rt h a nt h ef i r s t ，a n d s u i t a b l ei n e n g i n e e r i n gd e s i g n f o rs u b s t a t i o ng r o u n dp r o b l e m si nm o u n t a i n a r e a ，t h em e a s u r e m e n tm e t h o d so fr e s i s t i v i t yo fs o i la n dg r o u n dr e s i s t a n c eo f g r o u n d i n g 鲥d a r e a n a l y z e da n dt h em e a s u r e sd e c r e a s i n gt h eg r o u n d i n g r e s is t a n c ei ss t l a d i e d k e y w o r e d s ：s u b s t a t i o n ；g r o u n dr e s i s t a n c e ；d e s i g nm e t h o d i l 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 接地系统1 1 2 本课题的研究意义和重要性2 1 3 国内外研究现状2 1 4 本文的主要工作4 第二章l l o k v 大龙变电站接地问题分析5 2 1 l l o k v 大龙变电站接地问题调查一5 2 1 11 l o k v 大龙变电站的地网测试报告5 2 1 21 l o k v 变电站接地电阻的计算分析6 2 1 3 调查结果及结论7 2 2 土壤电阻率测量7 2 2 1l l o k v 大龙变电站土壤电阻率测量9 2 3 测量数据分析1 0 2 4 小结1 1 第三章接地网接地电阻计算方法的选择1 2 3 1 接地网简介1 2 3 2 地网接地电阻计算分析1 4 3 3 接地电阻的测量1 5 3 3 1 接地电阻1 5 3 3 2 接地电阻的测量方法1 5 3 4 地网接地电阻误差分析1 7 3 5 小结1 8 第四章降低接地电阻的方法1 9 4 1l l o k v 大龙变电站接地网现状1 9 4 2 高土壤电阻率地区接地系统的设计改造方法2 0 | i i 4 2 1 深井爆破接地技术2 0 4 2 2 电解地极降阻2 l 4 2 3 外引网降阻2 2 4 2 4 接地降阻剂2 4 4 2 5 填充电阻率较低的物质2 5 4 2 6 利用自然接地体2 5 4 3 现场应用情况2 5 4 3 11 l o k v 大龙变电站改造方案设计要求2 6 4 3 2l l o k v 大龙变电站接地网电阻的计算分析2 6 4 4 小结2 8 第五章结论2 9 参考文献3 0 致谢3 2 在学期间发表论文和参加科研情况3 3 i v 广西大学硕士学位论文 1 l o k v 大龙变电站接地网研究 1 1 接地系统 第一章绪论 在电力系统中为了工作和安全的需要，常需将电力系统及电气设备的某些部分与大 地相连接，这就是接地。比如工作接地、防雷接地、保护接地等。由于接地电极的存在， 当有电流流过接地体时，将使接地电极及其周围的土壤发热；电流在接地电阻上的压降 引起电极电位升高，可能使设备受到这一过电压( 反击过电压) 的作用而损坏；电流离 开接地体在地中扩散时，在地面上出现的电位梯度会使人体遭受接触电势和跨步电势的 作用。所以，在变电站和发电厂的设计中，对接地网的接地电阻有严格规定。 变电站的接地系统是维护电力系统安全、可靠运行，保障运行人员和电气设备安全 的根本保证和重要措施。近年来，随着电力系统的发展，故障时经地网流散的电流越来 越大，故障时地网的电位也随之升高，由于接地措施的缺陷而造成的事故也屡有发生， 给运行人员和检修人员的安全带来威胁，同时使一次设备的绝缘遭到破坏，进而扩大事 故，给企业带来巨大的经济损失和不良的社会影响。 电力系统为了工作和安全的需要，接地主要有以下几方面的目的：为了降低电力设 备的绝缘水平，我国在l l o k v 及以上的电力系统多采用中性点接地的运行方式，这种接 地称为工作接地，在交流系统中，正常情况下流过工作接地电极的电流是不大的不平衡 电流，只是在系统发生接地故障时才会流过高达数十千安的短路电流，但持续时间不长， 一般只有o 5 秒左右；为了避免雷电的危害，避雷针、避雷线、避雷器等防雷设备都必 须配以相应的接地装置以便把雷电流导入大地，这种接地称为防雷接地，流过防雷接地 的是时间很短的雷电流，其值有时可达数十至数百千安；为了保证人身的安全，电气设 备的外壳必须接地，这种接地称为保护接地，当电气设备绝缘损坏而使外壳带电时，流 过保护接地体的故障电流应使相应的保护装置动作，切除已损坏的设备，或使外壳的电 位在安全值以下，从而避免因电气设备外壳带电而造成的触电事故。 随着电力系统的发展，电网容量的增大，电力系统发生故障时经接地网流散和电流 愈来愈大，短路电流往往会达到几十千安，接地电阻若有很小的误差即可导致难以弥补 的损害，所以如何准确地测量和计算接地网的接地电阻成为人们关心的课题。 1 1 0 k v 大龙变电站接地网研究 目前，在电力设计行业中执行的设计规程主要是利用经验公式来估算所设计接地网 的接地电阻；现行的测量方法是在均匀土壤的基础上，测得土壤电阻率取平均值，o 大型 变电站、发电厂接地网的面积大，地质结构复杂，利用经验公式很难准确计算其接地电 阻，利用现行的三极法也不能对其接地电阻进行准确测量。因此有必要研究接地网接地 电阻精确的计算方法及多层土壤中大型接地网的接地电阻计算和测量的新方法。 1 2 本课题的研究意义和重要性 任何接地电极都存在有接地电阻。接地电阻是电流i 经接地电极流入大地时，接地 电极的电位v 与i 的比值，它主要是大地所呈现的电阻。接地电阻的大小除和大地的结 构、土壤的电阻率有关外，还和接地体的几何尺寸和形状有关，在雷电冲击电流流过时 还和流经接地体的冲击电流的幅值和波形有关。 由于接地电阻的存在，当有接地电流通过接地体时，将使接地电极及其周围的土壤 发热，电流在接地电阻上的压降将引起接地电极的电位升高，可能使设备受到这一过电 压的作用而损坏；电流离开接地体在地中扩散时，在地面上出现的电位梯度会使人体遭 受接触电势和跨步电势的作用。为此对接地电阻的值必须加以控制。 接地电阻的计算、跨步电势和接触电势的计算以及电极防腐的措施是接地设计的关 键。本课题主要研究接地电阻的计算方法在电力系统设计中的应用。在进行接地计算时 必须知道接地体散流所涉及的范围内的土壤电阻率。当地网尺寸很大，散流所涉及的范 围较大时，必须考虑深层土壤的作用。土壤电阻率及其分层情况要通过实际测量得出。 接地计算还和电流的频率以及电流在地中的流散方式有着密切的关系。行接地计算 除了需要电流场的基础外，还需要有波过程和电磁场的基础。由于计算的复杂，除了某 些简单几何形状的电极的接地计算可以用解析法求解外，在地网形状复杂或大地结构复 杂时，很难得出解析解。计算机数值分析给复杂条件下的接地计算创造了条件。然而为 方便起见，工程实际中往往希望有较为简单的计算公式，因此根据计算机数值计算的结 果拟合出各种复杂条件下的接地计算的实用公式在实际工作中将会起到重要的作用。 1 3 国内外研究现状 近年来，国内接地技术研究工作主要集中在测量仪器的研制开发上，目的是排除外 2 广西大学硕士掌位论文 1l o k v 大龙变电站接地网研究 界电磁干扰对测量准确度的影响。至今已出现了电流电压法口1 、干扰补偿法跚、频率差 拍法墙3 、差频补偿法“司、四极法n 1 等大电流测量方法，以及抗干扰接地摇表、振荡器 选频电压表法玛1 、频谱分析法n5 1 、变频法n 5 1 等小电流测量方法。这些方法都是在布 好接地电极的基础上，利用不同的方法消除测试回路中的电磁干扰，使测量更准确。但 如果电流极和电压极的布置不合理，即使不存在任何干扰，利用最先进的仪器，也不可 能测得准确的接地电阻值。因此，合理的设置电流极和电压极是接地电阻测量的关键。 我国这些年在电流极和电压极的合理布置方面的研究工作还主要局限在均匀土壤 中简单几何形状的接地电极的解析法研究。如文献1 即是使用这种方法。对分层土壤中 大型接地网接地电阻测量问题，主要因为研究手段的限制，很难取得突破性成果。电磁 场的数值计算方法在这一问题上具有很大的优越性，国内虽已有不少这方面的软件，但 都不够成熟。 国外除了在测量仪器方面取得了飞速发展外，还对双层土壤中大型接地网的接地电 阻进行了初步研究。提出了双层土壤时电流极和电压极布置与土壤的反射系数及上层土 壤的厚度相关曲线，可用于修正实际的测量结果，但是在实际工作中，土壤的具体分层 情况是很难知道的，故此方法到实际应用尚有较大距离；同时证明了在双层土壤中接地 网接地电阻测量时的电流极到被测接地电极的距离大于1 0 0 0 倍上层土壤厚度时，不均 匀土壤对测量结果的影响可忽略不计。 由加拿大s e s 公司提供的c d e g s 软件包为分层土壤中大型接地网接地电阻的研究提 供了强大工具，并可方便地应用于实际测量。 c d e g s 软件包陇1 是电流分布、电磁干扰、接地和土壤结构分析( c u r r e n t d i s t r i b u t i o n ，e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ，g r o u n d i n ga n d s o i ls t r u c t u r e a n a l y s i s ) 的英文缩写，由加拿大s e s 公司经过十余年的研究开发而成。c d e g s 软件可 以用于电力系统接地研究、电磁干扰分析、拟制交流干扰研究，并可以解决阴极保护问 题等。它的功能比较强大，可在正常、故障、雷电、暂态条件下，计算地上或地下任意 位置的带电导线组成的网状结构产生的接地电位、导线电位和电磁场。c d e g s 还为简单 的、裸的和含外皮的金属管、封闭管道、电缆系统和复杂土壤结构中的各种导线建立了 计算模型。 r e s a p 子模块涵1 可以由实际测量得到的土壤电阻率数据确定等价的土壤结构模型。 在此土壤模型基础上，才可能进行接地系统分析、阴极保护研究和线路参数的计算。 r d s a p 子模块可以为水平多层土壤、垂直多层土壤、水平方向呈指数变化的土壤结构建 3 广西大掣蜢炙士学位靛瞄1l o k v 大龙变电站接地网研究 立等价计算模型。 ， m a l t 子模块咖3 可以进行接地分析，用于地下导体网的低频分析，范围为直流和工频。 它可以对h v d c 和h v a c 电厂、变电站、输电铁塔的接地网进行分析，以及进行阴极保护 研究。它可分析处于垂直、水平、球形分层的土壤中任意配置的复杂接地网。这是c d e g s 中最早发展起来的工程软件。 1 4 本文的主要工作 根据对1 l o k v 大龙变电站接地问题调查，本次课题研究最终要达到以下目的：全面 分析目前设计中计算方法存在的问题，比较它们的优缺点及适用范围，找到适用于电力 设计工作的接地电阻计算方法，该方法使设计人员容易掌握、并应用于l l o k v 大龙变电 站的接地改造工作中。 4 广西大学硕士掌位论文11 0 k v 大龙变电站接地网研究 第二章 110 k v 大龙变电站接地问题分析 ： - ? 一 2 111 0 k v 大龙变电站接地问题调查 1 1 0 k v 大龙变电站一期工程( 3 5 k v ) 主变于1 9 8 7 年8 月投运，二期工程( 11 0 k v ) 于 1 9 9 3 年2 月投运，土壤电阻率测量值为6 2 8q m 。原有地网为水平复合型地网，站内 接地网面积约为5 5 6 7 5 0m 2 ( 8 5 m 6 5 5 m ) 。近年来，随着该变电站综合自动化改造及容 量迅速扩大，入地短路电流大幅度升高，接地网电阻已不满足要求，急需要改造。 2 1 111 0 k v 大龙变电站的地网测试报告 对1 1 0 k v 大龙变电站的地网接地电阻进行测试，测试采用人工放线，1 1 0 k v 变电站 对角线3 0 0 米，电流线约长1 0 0 0 米，电压线约长6 0 0 米。用三极法进行测试( 见图2 - 1 ) 。 测量结果见表2 1 。 图2 - 1 ，地网接地电阻试验接线 图中：g 一被测接地网；p 一测试用电压极；c 一测试用电流极。 实验数据分析结论：从上述十三组测试数据及各电流入地点接地电阻计算结果，本 站地网存在严重问题。所测接地电阻值均衡，测试电流、电压稳定。接地电阻值为 1 6 5 - 1 9 3q 之间，平均值为1 7 9q ，超出1 1 0 k v 变电站接地电阻设计值lq 。建议对 地网进行开挖检查，并实施全面改造。 表2 - 1 中，u 2 4 、u 2 47 为两次测得的电压值。r 由公式2 - 1 计算所得： u 2 4 + u 2 4 l 净号一( 2 - 1 ) i 11 0 k v 大龙变电站接地网研究 表2 - i ，11 0 k v 大龙变电站测试结果 序号接地引下线点u 2 4- 一u 2 4 i ( 安) r ( 欧) 1 l 号主变 2 4 5 02 3 5 01 3 3 31 8 0 2 1 4 1 开关 2 2 0 02 1 0 01 1 3 21 9 0 31 4 3 开关 2 3 0 02 2 0 01 2 8 6 1 7 5 41 4 4 开关2 4 0 02 3 0 0 1 3 9 8 1 6 8 5 1 4 5 开关 2 01 9 51 1 9 71 6 5 6 1 1 0 k v 母线避雷器 2 01 9 51 1 9 71 6 5 73 4 1 开关 2 7 o o2 7 o o1 3 7 1 1 9 7 8 3 4 3 开关 2 2 5 02 2 o o1 2 0 91 8 4 9 3 4 4 开关 2 1 5 02 0 5 01 1 9 31 7 6 1 03 4 5 开关 2 3 o o 2 2 o o1 2 3 61 8 2 1 1 3 4 6 开关 2 7 5 02 7 5 01 4 2 51 9 3 1 2 3 4 7 开关 2 2 0 02 1 o o1 1 5 6 1 8 6 1 33 5 1 ( v 母线避雷器2 0 5 01 9 5 0 1 1 2 4 1 7 8 2 1 21 1 0 k v 变电站接地电阻的计算分析 依据文献中工频接地电阻的计算n 刖，复合式接地网s l o o m 2 的闭合接地网，要求阻 值r lq 。l l o k v 大龙变电站s 大于l o o m s ，可采用上式。根据工频接地电阻允许值， 对于大接地短路电流系统，r _ 2 0 ，0 0 ( i 为计算用的流经接地装置短路电流) 。当i 4 0 0 0 a f 时，接地电阻的允许值为lf t 。1 1 0 k v 大龙变电站入地短路电流大于4 0 0 0 a ，所以取r 1q 做为变电站设计的接地电阻允许值【1 4 1 。 r l = j ( 2 2 ) 2 4 s 施用降阻剂后，由降阻剂厂家提供的施用降阻剂后的经验公式计算： r ，= 乓h 炽r l i n k 2 4 s 公式( 2 - 3 ) 中，当5 0 0 r 1 0 0 0 q m 时，k = i 1 0 占地面积：1 1 5 x 8 0 m 2 地网面积：8 5 6 5 5 m 2 土壤电阻率：p = 6 2 8q i l l 将以上数据代入公式( 2 2 ) 6 ( 2 - 3 ) 1 1 0 k v 大龙变电站接地网研究 r l = o 5 名：0 5 坠= 4 2 1q 4 s4 8 5 6 5 5 敷设降阻剂后，将以上数据代入公式( 2 - 3 ) r7 = r ll n k = 3 4 2 l n l 1 = 0 4 1q 2 1 3 调查结果及结论 通过以上调查情况及计算，目前的设计方法及计算方法还存在一些问题，并且测试 方法也存在问题： 首先，设计方法问题在于设计简单化，设计思路单一。接地网的接地电阻满足不了 要求时，单一的靠使用降阻剂来解决问题。并且使用降阻剂同时存在的以下问题：在使 用降阻剂的初期，其降阻效果较好，随着时间的推移，接地电阻发生变化在不断的增大， 逐渐无法满足变电站运行要求，变电站接地网需重新改造，造成直接经济损失。 其次，对土壤电阻率的测试结果进行了分析，设计及测试均将接地网考虑为在均匀 土壤中的敷设，变电站的土壤电阻率采用的是在站内不同位置测的土壤电阻率平均值， 而没有考虑地网在不均匀土壤中的情况，存在一定的误差。 2 2 土壤电阻率测量 在进行精确的接地网分析设计时，土壤电阻率测量是非常重要的。各种因素，如所 埋的金属地网结构、电压极和电流极引线间感应耦合等，都会影响测量的精确度。土壤 电阻率的大小关系到接地工程的难易程度，所以，在进行现场勘测时，应使用正确的方 法进行合理的土壤电阻率的测试。 根据相关的测试规范，土壤电阻率的测试方法有以下三种：单极法、三极法和四极 法测试。在单极法进行测试时，在地下打入一直径为d 的单极垂直接地极，埋设深度为 h ，以内感接地电抗测试仪测试得到该单极接地极的接地电阻r ，然后有下式得到等效土 壤电阻率p = ( 2 3 1 4 h r ) l n ( 4 h d ) 。而单极法测试的准确性与测试电极与土壤接地 的紧密程度关系很大。单极接地极的接地直径d 不应小于1 5 c m ，长度不应小于1 m 。可 改变被试电极的埋设深度h ，反映不同深度的土壤电阻率的变化。单极法能测试相当于 被试电极埋设深度h 的5 1 0 倍的土壤电阻率，但需多次测试。但在进行单极法测试时， 根据现场施工经验，该数值是有很大误差的。三极法是一种按电极的接地电阻计算公式 7 1 1 0 k v 大龙变电站接地网研究 来反推土壤电阻率p 值的方法，在测量时常用垂直接地电极。用三极法测土壤电阻率的 最大缺点是：在所测得的接地电阻r 中包括有棒和土壤间的接触电阻，而该接触电阻和二 棒对土壤接触的紧密程度( 是否能晃动) 有很大关系，因此得三极法测得的土壤电阻率 往往会有很大的误差。为了消除接触电阻的影响可采用四极法。四极法是一种用两个电 极使土壤中流过电流，再用另两个电极测出其附近某两点间土壤的电位差，从而算出p 值的方法。四极法包括等距四极法和不等距四极法。和测量接地电阻一样，在用四极法 进行土壤电阻率的测量时，如果所用测量设备不能自动消除互感的影响，则应使电流引 线和电压引线间保持足够远的距离以减少互感的影响。采用不等距四极法，可在固定电 流极位置不变的条件下，方便地测出土壤不同点的电阻率，从而对土壤的均匀性作出判 定。此外，在受地形地物等条件限制不可能采用等距四极法时，宜用不等距四极法。在 测试土壤电阻率p 时，应使用测试准确度高，误差小的四极法测试。 图2 - 2 为等距四极法测量示意图。等距四极法测量的土壤电阻率计算公式为n 1 ： p - - 2 a r( 2 - 6 ) 式中a 值为电极之间的距离，如图2 2 所示。 图2 - 3 为不等距四极法测量示意图。图中，1 、4 为电流引线，2 、3 为电压引线。 不等距四极法测量的土壤电阻率计算公式为m ： p ：2 n 玎( a + b ) r 【l + 螋】 ( 2 7 ) b c ( b + 。 如果把电极打在大地表层并使各电极的距离均大于1 0 h ，取a = b ，c 1 0 a h 为电极打 入地表的深度，a 、b 、c 值为电极之间的距离，如上图所示。不等距四极法测量的土壤 电阻率的计算公式可以简化为n 1 ： p - - 4 氕a r( 2 - 8 ) 为了准确分析改造变电站的接地问题，除了对新建变电站进行土壤电阻率测试，还 对乌海地区调查过的四个变电站的土壤电阻率进行测试。通过测试结果，来分析比较测 量过程中产生的误差原因，以便于今后在设计工作中提高设计质量。 8 1l o k v 大龙变电站接地网研究 一聊- - w 7 7 7 广 f ? ffu 12 3 图2 2 ，等距四极法测量土壤电阻率示意图 电流引线电压引线电流引线电压引线 x t ! 厂r l 7 7 7 7 ? ? f ? 心 ? ? ? f ? 耻 1 23 一 alb。 图2 3 ，不等距四极法测量土壤电阻率示意图 7 7 7 。 4 复合 5 m 8 5 m 雨量 为测 l o m 、 1l o k v 大龙变电站接地网研究 2 3 测量数据分析 一 _ 由于站外出线走廊拥挤，测量条件差，因此只测了站外一个点。表2 2 的土壤电阻 率的测量数据未提供电压值和电流值的测量数据，而提供r 值的测量数据为采用接地摇 表的测试值。 aaa 图2 - 4 ，采用摇表测量方法 在变电站接地网设计中，往往采用接地摇表进行土壤电阻率测量( 参见图2 - 4 ) ，这 种方法比较容易产生误差。主要体现在不同的测量人员摇表的速度不同，其测量结果不 同。在测量过程中，同时体现了由于测量仪表的不同，所测得的数据也存在较大误差。 这种误差主要体现在改造变电站的测量过程中，与过去测量的值比较，发现本次测量结 果与最初的土壤电阻率的测量结果有较大改变，本次的测量结果小于最初的测量结果。 造成误差的原因与使用测量仪表的精度有关系，现在使用的测量仪表均为电子式，其精 度远大于摇表的读数，从而导致测量结果不同。 通过分析，造成测量误差的原因不仅仅是由于仪器不同，还有一点就是气候的变化 及测量的季节不同，测量结果也不同。近年来，大龙地区的气候有所变化，尤其降雨量 偏大，雨水偏多，气候逐渐变的潮湿，而导致测量结果与变电站建设初期有较大改变。 另外，测量过程中，由于电极打入地表的情况不同造成的误差也存在。测量接地极埋入 地下的深度不同，其测量结果不同。 总之，造成测量误差的原因是多方面的，为了尽量减小误差范围，在测量过程中尽 量多找几个点，多做几组数据测量，对多组数据进行比较或取其平均值，以减少测量误 差对计算结果的影响。 1 0 广西大掌硕士学位论文 1l o k v ，o 眨变电站接地网研究 2 4 小结 本章通过对1 1 0 k v 大龙变电站接地问题进行调查，发现在设计过程中采用的计算方 法存在一定问题。以往设计中采用的计算方法，其计算结果与实测值之间有很大的误差。 为了解决计算误差，对与计算结果有关的数据，主要是土壤电阻率进行了分析。根 据变电站土壤情况，本章介绍了几种土壤电阻率测量方法，并采用等距四极法测量大龙 变电站的土壤电阻率，并对测量结果进行了分析，以便于在设计计算中有可靠的依据。 通过对土壤电阻率的测量结果分析发现：变电站的土壤电阻率采用的是在站外一个 点上测量土壤电阻率，而没有考虑不同位置测量及地网在不均匀土壤中的情况，造成测 量结果存在一定的误差，从而导致计算结果产生误差。 1 1 0 k v 大龙变电站接地网研究 第三章接地网接地电阻计算方法的选择 3 1 接地网简介 接地网作为变电站交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的 作用。由于接地网作为隐性工程容易被人忽视，往往只注意最后的接地电阻的测量结果。 随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，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。变电站地网因其在安全中的重要地位、一次性建设、 维护困难等特点在工程建设中受到重视。另外，在设计及施工时也不易控制，这也是工程 建设中的难点之一。 文献口1 中对接地电阻值有具体的规定，变电站接地电阻值一般不大于1q 上极不合 理时，大接地短路电流系统接地电阻允许达到5q ，但应采取措施，如防止高电位外引采 取的电位隔离措施，验算接触电势、跨步电压等。根据规程规定，主要是以发生接地故 障时，接地电位的升高不超过2 0 0 0 v 进行控制，其次以接地电阻不大于1q 和5q 进行 要求。因此，人们普遍认为，1 l o k v 及以上变电站中，接地电阻值小于lq 即认为合格， 大于1q 就是不合格，不管短路电流有多大都不必采取措施，这是不合理的。 接地的实质是控制变电站发生接地短路时，故障点地电位的升高，因为接地主要是 为了设备及人身的安全，起作用的是电位而不是电阻，接地电阻是衡量地网合格的一个 重要参数，但不是唯一的参数。 随着电力系统容量的不断增大，一般情况下单相短路电流值较大。在有效接地系统 中单相接地时的短路电流一般都超过4 k a 。因此，从安全运行的角度出发，不管在什么情 况下，都应该验算地网的接触电势和跨步电压，必要时应采取防止高电位外引的隔离措 施。土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料，由于受到测量设备、方法 等条件的限制，土壤电阻率的测量往往不够准确。大龙地区地质结构复杂，变电站占地 虽然不大，但多为不均匀地质结构。现在的实测，往往只取3 4 个测点，过于简单。接 地网布置根据地网接地电阻的估算公式：r o 5p s ，式中p 一土壤电阻率( q m ) ，s 一接地网面积( m 2 ) ，r 一地网接地电阻( q ) ，地网面积一旦确定，其接地电阻也就基本一 定。因此，在地网布置设计时，应充分利用变电站的全部可利用面积，如果地网面积不 增加，其接地电阻是很难减小的。 1 2 广西大掌硕士掌位论文1l o k v 大龙变电站接地网研究 在1 l o k v 变电所中，一般采用水平接地线为主，带有垂直接地极的复合型地网。根据 r = o 5p s 可知，接地网的接地电阻与垂直接地极的关系不大，垂直接地极的作用对降阻 效果不大。理论分析和试验证明，面积为3 0 3 0 m 2 一1 0 0 xl o o m 2 的水平地网中附加长 2 5 m ，4 0 咖的垂直接地极若干，其接地电阻仅下降2 8 8 。但是，垂直接地极对冲击 散流作用较好。 因此，在独立避雷针、避雷线、避雷器的引下线处应敷设垂直接地极，以加强集中 接地和散泄雷电流。 地网均压网的设计根据设计规程规定，当包括地网外围4 根接地线在内的均压带总 根数在1 8 根以下时，宜采用长孔接地网，但存在以下几个方面的问题： 方孔地网纵、横向均压带相互交错，因此地网的分流效果优于长孔地网，均压效果 比长孔地网好且可靠性高。长孔地网均压线与主网连接薄弱，均压线距离较长，发生接 地故障时，沿均压线电压降较大，易造成二次控制电缆和设备损坏。当某一条均压线断 开时，均压带的分流作用明显降低，而方孔地网的均压带纵横交错，当某条均压线断开 时，对地网的分流效果影响不大。因此，在变电所地网设计时，采用正方孔均压网设计， 以提高接地安全性。 以上是实际设计中遇到的问题，根据以上分析，四个新建变电站均采用方孑l 接地网， 地网以水平接地体为主，垂直接地极为辅的复合型接地网。 l1 1l ll 。 l l 华_ - t y 图3 - 1 ，复合接地网 广西大掌硕士掌位论文 1l o k v 大龙变电站接地网研究 3 2 地网接地电阻计算分析 1 l o k v 大龙变电站占地面积为占地面积：1 1 5 x 8 0 m 2 ，地网面积为8 5 x 6 5 5 m z 。接地 网采用矩形接地网，地网以水平接地体为主，垂直接地极为辅的复合型接地网。水平接 地体采用6 0 x 6 扁钢，垂直接地极采用5 0 x 5 角钢，长度为2 5 m 。接地网为单层，接地 网敷设在地面以下0 8 m 处。 接地电阻计算：按照文献 1 4 的计算方法： 土壤电阻率：p 取平均值p = 6 5 0 6 1q m 代入公式( 2 2 ) r l = o 5 善：o 5 些= 4 3 6 ( q ) 口6 4 8 5 6 5 5 利用文献n 1 的计算方法： r 2 啦“0 2 2 - 0 0 0 7 x 詈) 去( 1 + b ) + 盖( 1 n 嘉_ 5 b ) ( 3 - 1 ) 式中b 2 蒜 ( 3 _ 2 ) l + = = 2 4 a b a _ 地网的边长 卜地网的边宽 h _ 地网埋设设深度 l _ 水平地网的总长度 d - 水平接地体的截面 将h = o 8 m ，a = 8 5 m ，b = 6 5 5 m ，l = 2 3 8 0 m ，d = o 0 1 9 m 代入公式( 3 - 2 ) 得到b = o 9 5 3 代入公式( 3 一1 ) 得： 耻( o 2 2 0 0 0 7 x 旦) 坠( 1 + o 9 5 3 ) + ，盟鱼! m 坠堕5 0 9 5 3 ) 。 6 5 5 8 5 6 5 5 2 x 3 1 4 2 3 8 0 、9 x 0 8 0 0 1 9 = o 2 1 1 8 7 2 x1 9 5 3 + 0 0 4 4 x ( 1 0 6 l _ 4 7 7 ) = - 3 5 9 + 0 2 8 = 3 8 7 ( q ) 1 4 广西大掌硕士掌位论文1l o k v ，o 电变电站接地网研究 上式中r 。为采用文献n 町中接地电阻简化公式的计算结果，r 2 为采用文献n 3 中的接地 电阻计算公式的计算结果。从表3 - 1 中可看出，r 。的计算结果较小，但r 。与r ：的计算结 果哪个更准确，还需与接地电阻实测值进行比较。 3 3 接地电阻的测量 3 3 1 接地电阻 在电力系统中为了工作和安全的需要，必须将电力系统中一些电气设备的某些部分 与大地相连接，这就是接地。比如为了降低电力设备的绝缘水平，在1 1 0 k v 及以上的电 力系统中多采用中性点接地( 工作接地) ；直流系统在单极运行时，会有数以干安计的 工作电流长期流过接地极；为了避免雷电的危害，避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备 都必须配以相应的接地装置以便把雷电流导入大地( 防雷接地) ；为了保证人身的安全 电气设备的外壳必须接地( 保护接地) ，以保证当电气设备绝缘损坏而使外壳带电时， 流过保护接地体的故障电流应使相应的保护装置动作，切除已损坏的设备，或使外壳的 电位在安全值以下，从而避免因设备外壳带电而造成的触电事故。 任何接地电极都存在有接地电阻。接地电阻是电流经接地电极流入大地时的电位对 该电流的比值。接地电阻的大小除和大地的结构、土壤的电阻率有关外，还与接地体的 材料、几何尺寸和形状有关。对于土壤均匀、接地极形状简单的情况，可以根据解析公 式计算接地电阻。对于电力系统1 l o k g 及以下电压等级的变电站或面积不大的小型发电 厂的接地网，可以依据经验公式计算其接地电阻。 3 3 2 接地电阻的测量方法 测量接地电阻的方法很多，通常有下列六种。 l 、利用接地电阻测试仪的测量法。 2 、电流表一电压表法。 3 、电流表一电力表法。 4 、电桥法。 5 、三点法。 6 、用钳型接地测试仪不用辅助线极和不断开测试极导线进行测量。 上述测量方法中，以第1 、第2 、第6 种最普遍采用，这是因为它们都有一定的优 广西大掌硕士等啊立论文 1 1 0 k v 大龙变电站接地网研究 点。 利用第1 种接地电阻测试仪的测量法的优点如下： 测试仪本身有自备电源，不需要另外的电源设备。这一点在远离城镇地区或供是 不便的情况下进行测量更为便利。 测试仪便于携带，使用方法简单。测量时，不必经过一番繁复的计算，即可直接 从仪器上读出被测接地体的接地电阻值。 测量所需要的辅助接地体和接地棒，往往与仪器成套供应，而不需另行制作，这 样可简化测量韵准备工作。 有许多测试仪还能消除接地棒、辅助接地体的接地电阻，以及外界的杂散电流对 测量结果所产生的影响，使测量更为准确。 由于上述许多优点，所以，在测量时如备有接地电阻测试仪，而被测接地体的电阻 测试仪，而被测接地体的电阻值又在测试仪的测量范围内，则要求尽量利用接地电阻测 试仪来进行测量。 第2 种方法电流表一电压表法的最大优点是它不受测量范围的限制。无论小至o 1 q 或大至1 0 0q 以上的电阻值都能测量，这对于测量小接地电阻的接地装置更为适合。 特别是接地电阻值不在接地电阻测试仪的测量范围内，就非得使用此法进行测量不可。 利用此法进行测量所得的结果是比较准确的。不过，测量的准备工作和测量的手续都是 比较麻烦的，需要有独立的交流电源、辅助接地体、接地棒和高内阻的电压表。测量后 还需要进行一番计箱和电压校验，才能得到被测接体的接地电阻值。 第3 种电流表一电力表法，基本上与电流表一电压表法相似，但并不广泛采用。只 有在缺少小刻度的电压表时，才使用此法进行测量。 第4 种利用电桥法的测量手续简单，但并不经常补采用。这是因为它存在着以下许 多缺点。 接地棒的接地电阻对电桥的灵敏度有很大影响，因此接地棒的接地电阻不得大于 2 0 0q 。 辅助接地体的接地电阻不但影响测量的准确性，而且能降低电桥的灵敏度。因此， 辅助接地体的接地电阻不能大于被测接地体接地电阻的3 5 倍。 因为测量电流很小，不消除外来杂散电流的影响。 第5 种三点法也有一定的缺点：不能消除外来杂期待电流的影响，特别是当辅助接 地体或接地棒的接地电阻较被测接地电阻大得多时，会产生很大的误差。所以此法不经 1 6 广西大掌硕士学位论文 1l o k v ，o 电变电站接地网研究 常采用的，特别是不能用于测量小于1q 的接地电阻。 第6 种用钳型接地测试仪不用辅助线极和不断开测试极导线进行测量。该方法需采 用专用仪器，这里不在做介绍。 在实际工作中，试验及运行单位一般采用测试仪的较多，所用的仪器型号也不大相 同，但测试方法基本相同，一般采用三线法或四线法的较多。 3 4 地网接地电阻误差分析 接地装置的接地电阻等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。按 通过接地体流入地中冲击电流( 如雷电流) 求得的接地电阻称为冲击电阻；按通过接地体 流入地中工频电流求得的接地电阻称为工频接地电阻。接地电阻由下面四部分组成： 1 、接地体与接闪器的连接电阻； 2 、接地体本身的电阻； 3 、接地体与土壤的接地电阻； 4 、当电流由接地体流入土壤后，土壤呈现的电阻。 其中3 、4 部分之和称为散流电阻，它们占接地电阻的绝大部分。一切测量结果都 不可避免地具有不确定度。不确定度即由测量结果给出的被测量估计值可能误差的度 量。 影响冲击电阻值的测量不确定因素包括检测人员、检测仪器、检测环境和检测方法 等。具体表现在以下几个方面： l 、测量仪器的计量性能( 如灵敏度、分辨率、稳定性等) 的局限性。对于接地电阻 测试仪来说，稳定性是主要因素。 2 、对测量过程受环境影响的认识不完整或对环境的测量与控制不完善。具体表现 为： 工频接地电阻测试值与土壤湿润程度有关，但难以确定定量的关系； 接地电阻测试仪探针深度及其与土壤的接触状况； 接地电阻测试仪e ( p 2 ，c 2 ) 端与接地体测试点的接触电阻； 由于接地体深埋入地，通常接地体最长支线的实际长度不能直接测量。 3 、取样的代表性。即被测样本不能完全代表所定义的被测量。 在存在多根接地引下线的情况下，对每根引下线测试的工频接地电阻值不同。 广西大掌硕士掌位论文 1l o k v 大龙变电站接地网研究 同一引下线选择不同的辅助接地极测针位置时，其测试值不同。一是电流测针和 一电压测针的相对位置；二是测针与接地网( 接地体) 的相对位置。当土壤电阻率有变化时， 无法一次性进行较准确的测量。 4 、被测量的定义是否完整。即测试原理是否真实地反映出接地体对地电压与通过 接地体流入地中电流的比值。事实上冲击接地电阻测试值与真值有一定差异。 5 、检测人员的技术素质以及检测过程的质量控制冲击接地电阻测量不确定度的控 制： 检测人员经考核合格持证上岗，严格按照检测规程检测。 ， 使用经检定合格的测试仪器，检测前要检查仪器的性能是否良好。 在检测过程中应有复读程序，确保读数无误。 采取正确的工频电阻测试方法。 正确测试土壤电阻率。当接地体敷设于不同土壤时，应分段计算接地体的有效长 度和等效的土壤电阻率。 正确测量接地体的最长支线的实际长度。由于接地体为隐蔽工程，应通过查阅施 工图纸得出接地体的最长支线的实际长度。 3 5 小结 本章重点介绍接地电阻计算方法及测量方法，并对测量可能存在的误差进行了详细 的分析。为在实际的工程接地网设计中，提