变电站接地网的设计与应用

1、重庆大学本科学生毕业设计（论文）变电站接地网的设计及应用学 生：学 号：指导教师： 专 业：重庆大学 学院二O一四年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityDesign and Application of Substation Grounding GridsUndergraduate: Supervisor: Prof. Assistant Supervisor : Major: XXXXXXXXChongqing UniversityJune 2014重庆大学本科学生毕业设计（论文） 中文摘要摘 要接地系统对于电力系统的安全可靠

2、运行，保障设备和人身的安全具有重要意义。接地电阻是接地系统的主要技术参数，接地电阻的测量是检验接地系统在系统故障时能否有效发挥作用的重要措施。因此，在变电站投运之前或运行一段时间后都要测量其接地电阻值。以前由于接地装置的问题而引起的主设备损坏、变电站停运等事故己发生多起，都给电网的安全稳定运行带来了很大的危害，因而电力系统的接地问题必须受到充分的重视。本文介绍了几种接地电阻的计算方法，采用了常用简化公式和内插法计算方法对南通110kV三谷变电站的接地网接地电阻进行计算，并对两种计算结果与现场实测的电阻值进行了比较。然后针对江苏电网中逐步推广采用的铜材接地网，对正在建设中的南通110kV十总变电

3、站接地网采用钢材和铜材分别进行了计算，并对钢材和铜材接地网的技术方案和经济方案做了比较。结果表明，常用简化公式算法的精度是满足工程设计要求的；与钢接地体相比较而言，铜接地体具有导电性能、热稳定性能好，不易腐蚀，施工方便，可加快工程的进度，并且寿命较长，投运之后可减少检验维护的工作量，对土壤无污染，但是初期投资有所增加，如果从长远利益来考虑，采用铜接地网是合理的。关键词：接地网，接地电阻，钢网，铜网，经济性比较IV重庆大学本科学生毕业设计（论文） ABSTRACTABSTRACTGrounding system is important to the reliable operation of

4、power system and the safety guarantee of person and equipment. Grounding resistance is the key parameter of grounding system, the measurement of grounding resistance is an crucial step to make sure the grounding system to play its role during the system fault, it shall be carried out before the subs

5、tation is launched or annually during their operation. Many faults such as the main equipment damage and the lose power in a power substation, arise from the grounding device problem. Therefore, enough attention shall be put on the grounding problem of power system.This paper introduces some ways of

6、 computing the grounding resistance, and computes the grounding resistance of the Nantong 110kV Sangun substation, and compares the result of computing with it's of testing. Then computes Nantong 110kV Shizong substation, by comparing and analyzing the performances difference of large copper and

7、 steel material, this paper draws some useful conclusion. The conclusion indicates: the way of the simple formula is satisfied to the requirements of engineering design; comparing with steel material, copper has better electric, better heat-resistant, not easily eroded, more convenient in constructi

8、ons, longer life, less pollution to the soil. Although using copper material, the earlier investment is larger, in long view, it is reasonable.Key words： Grounding net, Grounding resistance, Steel material grounding, Copper material grounding，Grids economic comparison重庆大学本科学生毕业设计（论文） 目录目 录摘 要IABSTRA

9、CTII1 绪论51.1 引言51.2 本课题研究的意义和价值61.3 本课题的主要内容62 变电站接地网的设计82.1 变电站接地网设计的影响因素82.1.1 接地电阻82.1.2 入地短路电流82.2 变电站接地电阻的一般要求82.2.1 有效接地和低电阻接地82.2.2 消弧线、高电阻接和不接地92.2.3雷电保护接地的接地 电阻92.3 变电站的接地网的均压要求102.4 变电站接地网设计的原则103 接地电阻的计算方法123.1 均匀土壤的接地电阻计算123.1.1 内插法123.1.2 常用简化计算公式法133.2 双层土壤接地电阻计算133.2.1简化公式法133.2.2 经典镜

10、像法143.2.3 边界元法154 110kV三谷变电站接地电阻的计算和测试164.1 南通110kV三谷变电站简介及计算164.2 现场数据测量及分析174.2.1 接地电阻测量方法174.2.2 南通110kV三谷变电站接地阻抗测量174.2.3实测结果和计算结果比较195 钢材和铜材接地网的比较205.1 性能比较205.2 经济比较206 现存接地网的问题及其对策226.1 存在的问题226.1.1 电压分布梯度大226.1.2接地网不能满足短路电流的热稳定性要求226.1.3 地网腐蚀严重226.1.4 施工质量及工艺不高226.2 对接地网存在问题采取的对策226.2.1接地点的电

11、位均衡226.2.2 采取防腐蚀措施226.2.3 对接地网施工严把质量关236.2.4 变电站设备的年测试237 总结24参 考 文 献25重庆大学本科学生毕业设计（论文） 1 绪论 1 绪论1.1 引言 将电力系统或建筑物中电气装置、设施的某些导电部分，经接地线连接至接地极，这就是接地；其中为提供电气装置至大地的低阻抗通路而埋入地中，并直接与大地接触的金属导体，称为接地极。变电站的接地网按作用可分为三种方式：(1) 工作(系统)接地，根据电力系统运行的需要进行的接地，包括电力系统的中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地以及中性点不接地等。(2) 保护性接地，由于绝缘损坏电力

12、系统中电力装置的金属外壳的构架和线路杆塔等很有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地。(3) 雷电保护性接地，为雷电保护装置(避雷针、避雷线和避雷器等)向大地泄放雷电流而设的接地1。变电站接地网在电力系统建设中具有非常重要的作用，通过接地网可以将故障电流引至大地并对系统内电气设备提供参考电位。它是维持变电站安全稳定运行，保护运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施2。变电站接地网中，接地装置的接地电阻是一个非常重要的参数，接地电阻的数值是电流I经接地极流入大地时，接地极上的电位V与I的比值。按通过接地极流入地中工频交流电流求得的电阻，称为工频接地电阻；按通过接地极流入地中冲击电流求

13、得的接地电阻，称为冲击接地电阻。通常情况下，它主要是大地呈现的电阻，包括接地引线的电阻、接地极本身的电阻、接地极与大地的接触电阻以及电极至无穷远处的土壤电阻。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3。如果接地电阻过大，当电力系统发生接地短路故障或遭遇雷击时，变电站接地网将无法正常泄放故障电流，故障电流引发的地面电位可能会击穿电气设备的绝缘，甚而发生高压窜入二次控制室，使监测和控制设备发生误动作或拒动作而导致事故扩大化，严重影响电力系统的安全可靠性，带来巨大的经济损失以及不良的社会影响。除此

14、之外，当故障电流在大地内扩散开时，地表电位梯度可能会因为超出人体所能承受的安全上限而危及附近人员的人身安全4-7。我国曾发生多起由于接地系统的接地电阻未达到要求所导致的事故或事故的扩大，如广西合山电厂、湖北潜江变电站等。因此，变电站接地网是电力系统安全稳定运行、保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施，接地电阻是变电站接地是否合格的重要技术指标。变电站投运前必须测量其接地网电阻是否达标，运行维护期间也要定期测量。从故障检测的角度来看，对接地网电阻的定期测量以及分析是非常关键的，有助于监视电气设备运行状况，避免发生故障。1.2 本课题研究的意义和价值 通过以上分析，如何在众多的地网接地电阻

15、计算方法中，找到适合实际工程应用、简单实用、误差小的计算方法，选用合适的接地网的主材，克服现在电网中接地网主材料所暴露出的问题，是电网工程建设中所面临的重大课题之一。本文介绍了集中接地电阻的计算方法，采用简化公式法和内插法对南通110 kV的三谷变电站的接地网电阻进行了计算，并将两种方法的计算结果与实测的电阻值进行了比较。接着对南通110kV十总变电站接地网采用钢材和铜材分别进行了计算，并对钢材和铜材接地网的技术和经济方案进行了比较。结果表明，简化公式算法精度满足工程设计要求；与钢接地体相比而言，铜接地体具有较好的导电性、热稳定性，耐腐蚀能力强，施工方便、使用寿命长，投运后可以有效减少检验维护

16、工作量，并且无污染，缺点就是投资成本有所增加，但从长远利益考虑，采用铜接地网更为合算，特别是对那些变电站在地处城区、设备组合程度高、占地面积小的地方，采用铜接地网更有优势。1.3 本课题的主要内容 变电站接地网的正常工作对于电力系统具有非常重要的作用，因此一直受人们的重视。本课题设计目标是研究变电站接地网的接地电阻计算方法，并且比较分析铜接地网和钢接地网的优缺点。论文分为七章，组织结构如下：第二章：首先阐述了影响接地网设计的因素：包括接地电阻和入地短路电流；同时详细分析了接地网设计的一般要求、原则以及注意事项，并且重点介绍了在工程设计中普遍采用的降阻措施。第3章 ：主要介绍了计算均匀土壤接地电

17、阻的内插法、常用简化计算公式法以及计算双层土壤接地电阻的简化公式法、经典镜像法和边界元法。第4章 ：运用第3章所介绍的简化计算公式法和内插法对南通110kV三谷变电站接地电阻进行计算，同时采用变频小电流法对该变电站实际接地电阻进行测量，最后对获得的三组数据进行了分析与对比。第五章：利用南通110kV十总变电站对铜接地网与钢接地网设计的技术、经济等方面进行了分析和比较，简要阐述了铜或钢所构成的接地网各自的优缺点，证明了在一些场合下采用铜接地网的优越性和合理性。第6章 ：着重介绍了一般接地网存在的问题以及在施工中应采取的对策。在实际施工中以最高性价比来设计接地网，同时应采用新技术和新材料。第7章

18、：总结了论文所作的研究内容，并展望了今后的工作方向。43重庆大学本科学生毕业设计（论文） 2 变电站接地网的设计2 变电站接地网的设计2.1 变电站接地网设计的影响因素2.1.1 接地电阻 变电站电气接地装置主要是人工接地网，该接地网以水平接地极为主进行敷设，其外缘通常闭合，各个角成圆弧形，计算接地电阻的简易公式为R=0.5/，土壤电阻率和地网面积S是影响接地电阻的主要因素。下面对这两个因素进行分析：(1) 土壤电阻率：首先，0以上时含水量越大的土壤，则其电阻率越小；其次，对于结冰的土壤，当温度低于0时，电阻率出现十分明显的增大，而温度从0上升时，电阻率平稳的下降；此外，土壤越致密则接触电阻也

19、就越小。(2) 地网面积：地网面积的大小是影响接地电阻的主要因素。当接地电阻不能满足要求时，必须增大地网面积，但考虑到实际操作可行性较困难，通常不推荐采用该方法。 2.1.2 入地短路电流 当系统发生接地短路故障时，产生的接地短路电流经三种途径流入系统接地中性点：(1) 经架空地线杆塔系统；(2) 经设备接地引下线、地网流入本站内变压器中性点；(3) 经地网入地后，再通过大地流回系统中性点。 而对地网接地电阻起决定性作用的只是入地短路电流，入地短路电流是总的接地短路电流减去架空地线的分流、再减去流经变压器中性点的电流(即流经变压器的零序电流)。如此计算，入地短路电流值相对比较小。由于接地电阻允

20、许值R2000/I，所以接地电阻相应的允许值就比较大，设计也容易满足23。2.2 变电站接地电阻的一般要求2.2.1 有效接地和低电阻接地在这种条件下，变电站电气装置保护接地的接地电阻应符合下列要求：(1) 通常，接地装置的接地电阻必须符合下式要求R2000/I (2-1)式中R最大接地 电阻，单位：；I入地短路 电流，单位：A。变电站内外发生接地短路时，流经接地装置的电流可分别按下式计算 (2-2) (2-3)式中 I入地的短路电流，单位：A； Imax最大的接地短路电流，单位：A； IN在最大接地短路电流下，流经变电站接地中性点的最大接地短路电流，单位：A； Ke1、Ke2分别为变电站内或

21、外短路时，避雷线的工频分流系数。计算用入地短路电流取两式中较大的I值。(2) 当接地网的接地电阻由于受条件限制，达不到要求，可以通过技术经济比较，适当增大接地电阻，但不得大于5，其他的要求如下：1) 为防止转移电位引起的危害，对可能将接地网的高电位引向变电站外或将低电位引向变电站内的设施，应采取必要的隔离措施。2) 把短路电流非周期分量的影响考虑进去，当接地网电位升高，变电站内的310kV阀式避雷器不能动作或动作后应能承受被反馈的能量。3) 设计接地的同时应验算跨步和接触电压。2.2.2 消弧线、高电阻接和不接地消弧线、高电阻接和不接地系统中，变电站的电气装置的接地电阻应符合如下要求(1) 高

22、压与变电站低压电气装置共用的接地装置，要求如下,但小于4。R120/I (2-4)(2) 高压电气装置的接地装置，要求如下,但小于10。R250/I (2-5)式中 R最大接地电阻，单位：； I 接地故障电流，单位：A。还需要考虑到接入线路的避雷线的接地装置散流的作用。(3) 消弧线圈接地系统中，接地的故障的电流需要满足下面的要求：1) 对于装有消弧线圈的变电站的电气装置的接地的装置，计算电流是接在同一个接地的装置中同一个系统中的各消弧线圈额定电流总和的1.25倍；2) 对于不装消弧线圈的变电站的电气装置的接地的装置的计算电流，相当于系统中断开最大的一台消弧线圈或系统中最长线路被断开的时候最大

23、可能残余的电流值；(4) 在土壤电阻率较高的地区的接地电阻要小于30，且应符合接触和跨步电压的要求。2.2.3雷电保护接地的接地 电阻独立避雷针的接地电阻。在土壤的电阻率小于500的地区下，其接地电阻应小于10；在土壤电阻率较高的地区的接地电阻，如接地电阻难于降到10，较高的电阻值可以采用，但还需满足其他如下要求：1) 配电装置带电部分与变电站电气设备接地部分、独立避雷针、架构接地部分之间的空气中距离Sa，应符合下式要求Sa0.2Ri+0.lh (2-6)式中 Sa相距的距离，单位：m； Ri避雷针冲击接地电阻，单位：； h避雷针校验点高度，单位：m。2) 独立避雷针的接地装置与变电站接地网间

24、的地中距离Se，应符合如下的要求Se0.3Ri (2-7)式中 Se地中距离，单位：m。2.3 变电站的接地网的均压要求变电站的接地网的均压应符合下列要求（考虑110kV的变压器系统），当发生单相接地或异点两相接地时，变电站接地装置的跨步和接触电位差不应超过下列数值： (2-8) (2-9)式中 Ut接触电位 差，V； Us跨步电位 差，V； f人脚站立处地表面的土壤电阻率，·m； t接地短路(故障)电流的持续时间，s。在366kV不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统，发生单相接地故障后，当不迅速切除故障时，变电站的接地装置的接触和跨步电位差都不应超下面数值 (2-10) (2-1

25、1)2.4 变电站接地网设计的原则随着电力系统规模的不断扩大，变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足R2000/I是异常之困难。故而，变电站接地网设计时应遵循以下原则：(1)接地网应尽量与建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接； (2)尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形； (3) 应采用统一接地网，用一点接地的方式接地25-26。 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 3 接地电阻的计算方法3 接地电阻的计算方法接地电阻是接地装置性能的重要标志，变电站的设计最重要的一点就是接地电阻的计算。自1972年以来，各国学者对接地系统接地参数的数值计算进

26、行了大量的研究，将各种数值计算方法应用到接地参数的计算中，在一定程度上克服了采用解析公式计算变电站接地参数存在的误差。主要的计算方法如下：3.1 均匀土壤的接地电阻计算3.1.1 内插法圆形地网的接地电阻可以将圆盘和圆环的接地电阻为基础用内插法求出。圆盘的计算的公式： (3-1)圆环的计算的公式： (3-2)其内插法如下 (3-3)式中A为圆形的地网的占地面积，L为水平接地体的总长度，K1和K2为待定的系数，可根据圆环的接地电阻确定。当L时，R应等于圆盘的接地的 电阻，即 (3-4)则K1=1当L=2b=2时，R应等于圆环的接地的电阻，即 (3-5)则 (3-6)将K1，K2代入公式(3-3)

27、，圆形的地网的接地的电阻是： (3-7)其中方形和矩形地网则要考虑到保持周长不变将圆环变为方框后，占地面积由原来的A缩小为，将(3-2)式中的第2项的A用取代，修正后的方形地网的接地电阻公式为 (3-8)当矩形板的长宽比是a/b8时，矩形板的电极的接地的电阻计算的公式可以通过方板电极的计算的公式为基础拟合为：。保留方形地网中的函数形式，则矩形地网的接地电阻为 (3-9)3.1.2 常用简化计算公式法在实际的计算中采用简化公式 (3-10)其中，S接地网的面积 L接地体的总长度 L'水平接地体所埋的深度 d等效的半径 R接地的电阻34-363.2 双层土壤接地电阻计算3.2.1简化公式法

28、双层的土壤中水平的地网的K值与上层的土壤的电阻率1，下层的土壤的电阻率2，上层的土壤的厚度s，地网面积A的变化，地网中网孔的数目M的关系如下 (3-11)式中K0是，和A的函数，通过曲线查找，还可以通过下面公式计算，即 (3-12)式中是网孔淑M的函数，由两项组成，即 (3-13)式中可通过查表得到，在和可由表查，在其他情况取0即可。 (3-14)双层土壤地网的接地电阻(3-15)其可在a×b=900250000，的范围内使用。3.2.2 经典镜像法对于均匀的半无限大的媒质，格林函数为其点电流源和它的一个镜像点所产生的电位；对于两层模型，格林函数是由点电流源和无限多个它的镜像所产生的

29、电位。如果源点和场点均放置在上表层，分别位于(或)和(或)，以大地表面为直角坐标系原点，格林函数为： (3-16)式中； 分别是上、下层电导率； (3-17)其中，对于和有；对于和有；对于其他情况有；，为上层厚度。很显然，较高的计算精度，必须要计算较长的时间。3.2.3 边界元法边界元法是以边界上的电荷的分布为未知数，利用边界的电位已知的条件，用库仑定律决定的积分的方程求解的一种方法。设电流I自某一接地体向周围无穷打的煤质流出，若已知在接地体表面S上电流密度分布函数为，则其地中任一点的电位可按下式写出而导体表面上任意点的电位 (3-18) (3-19)在求解积分方程(3-19)时，基函数选用三

30、角函数和脉冲函数，权函数为狄拉克函数。权函数为狄拉克函数就是在接地体表面选用和离散的线电流密度数目相等的电位的匹配点，使待求的线电流的密度分布在所选定的电位匹配点上能满足给定的边界的条件，有此即可得出求解线电流密度的1联立的方程组： (j=1，2，3.n) (3-20)式中Kj，是线电流密度1所决定的匹配点J的电位，即为电位计算的系数。这种把导体的表面划分成有限个小的单元，从而把导体表面连续的电流的密度分布离散为有限个待求的电流的密度，并使之和导体的表面的某些点的电位进行匹配的求解电流场的方法，在接地计算中称为边界元法。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 4 110kV三谷变电站接地电阻的计算和

31、现场测试分析4 110kV三谷变电站接地电阻的计算和测试4.1 南通110kV三谷变电站简介及计算该变电站的电压等级为110kV，位于南通市开发区，电气设备型号为GIS。主接地的地网采用铜排，埋深为电缆夹层(-2.7m)以下0.8m，网格之间的间距为8.0m ×8.3m。接地网的材质为铜材，垂直接地极为铜包钢。变电站每层则设有室内环网，沿构造柱直接与地下主接地网焊接。具体的见图4.1。图4.1 南通110kV三谷变接地网示意图已知接地网： 水平接地体：铜排，-50*4，共计2400米 垂直接地极：镀铜钢棒，19L=3000，共计60根(1) 简化公式计算 接地网面积：S(A)=a&#

32、215;b=59×39.5=2330m2 接地体的总长度：L=2130m 接地网外缘的长度：L'=197m 水平接地体参数： 所埋深度：h=0.8m 宽度：b=0.05m 等效半径：d=b/2=0.025m 土壤电阻率： 接地电阻： (4-1) (4-2)(2) 内插法计算 (4-3)4.2 现场数据测量及分析4.2.1 接地电阻测量方法(1) 三极法：适应于各种接地电阻的测量，具有一定的可信性，但实际情况错综复杂，特别是工频干扰、土壤电阻率的各向异性以及电位极和电流极引线间的互感等因素的干扰，使得测量的准确性受到严重影响。(2) 四极法：从消除电压电流和引线间互感相互影响的

33、角度看，该方法是一种比较理想的方法，能有效地消除电压测量线上的互感影响。通过倒相消除地中干扰电流的影响，从而得到较为真实的接地电阻。但是对于大型地网，现场测量实现起来比较困难。(3) 异频测量法：通过独特的硬、软件抗干扰措施，在实验电流频率与系统工频电阻相当接近的条件下，可获得稳定可信的测量结果，但该法对于测量引线间的互感却很难完全避免。(4)变频测量法：采用变频电源消除地网的干扰，使得系统电源以及地网是否运行或干扰信号存在对测量结果影响较小。通过计算机进行数据的处理，可从测量结果中提取初电流、电压的同相的分量，消除引线的互感和地网的自感影响，直接给出地网接地电阻值。(5) 多电极布置法：是在

34、接地极四周布置多个电流极，使电流场地面地位分布及测量电阻值更加接近真实值，测量误差更小；同时，零电位点、误差补偿点向电流极移动，在被测接地极与电压极距离不变时，电流极与被测电极间的距离可减小。50-56。4.2.2 南通110kV三谷变电站接地阻抗测量(1) 接地网概况110kV三谷变电站接以铜材为地网材质，采用铜包钢微垂直接的地极。工程中采用联合接地方式，等电位接地网络的实现是用火泥熔接把桩基钢筋接与地网连接。该变电站接地网的最大的对角线的长度为71m。(2) 试验目的验证变电站地网的接地阻抗值能否符合设计的要求。(3) 试验项目接地网的接地的阻抗的测量接地的引下线的导通的检查(4) 试验方

35、案1) 试验方法经过比较选择，本次接地电阻的测量将会采用变频小电流法进行，测量仪器选用澳大利亚红相M8000接地网测试系统，采用30度等腰夹角法进行布线方式，见图4.2。经现场用GPS定位测量：电压线和电流线用专用线施放，长度为d12=d13=180mY2D，电压极使用两根钢棒插入到地面，电流极用四根钢棒插入到地面，电压极与电流极的钢棒的夹角为30度。图4.2 30度夹角法的示意图2) 试验步骤：确定电压和电流线的走向、电压和电流极位置；电压线、电流线的敷设及与电压极和电流极的连接；布置测量用仪器；测量接地网的阻抗；测量设备引下线的导通。(5) 测量的接线如图4.3所示的测量接地阻抗的电气的接

36、线，220V工频电源经变频源变换频率后，传到升流变，注入电流到接地网，接着测量接地电阻。图4.3 测量回路电气接线图测试的仪器设备：红相接地网测试系统包括：接地引下线导通仪 变频源 升流变 选频万用表(6) 测试数据及计算结果测量结果如表4.1所示。表4.1 测试数据表频率(Hz)45464748495152535455备注电压(V)0.3860.4220.4180.4130.4330.3450.4350.4250.4140.409工频接地阻抗0.107总电流(A)3.6603.9153.8903.8704.0153.1804.0253.9503.8353.805阻抗()0.1050.1080

37、.1070.1070.1080.1080.1080.1080.1080.107(7) 接地的引下线的导通的检查对所有的接地的引下线进行了导通的测量，没有发现断线的情况。(8) 结论接地网的接地的阻抗测量值为0.107。4.2.3实测结果和计算结果比较表4.2为采用两种不同的方法的计算结果。从和实测结果比较可以看出(实测结果为0.107)；表4.2采用两种方法计算接地电阻结果接地电阻误差常用简化公式0.10750.47%内插法0.3916265.98%计算值(简化公式算法)略大于实测值，之间的误差大概在0.47%，误差很小，说明模型与实际情况是相符的。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 5 钢材和

38、铜材接地网的比较5 钢材和铜材接地网的比较5.1 性能比较铜和钢在20C时的电阻率分别是17.24×10-6(mm)和138×10-6(mm)，卡伊看出铜的导电率是钢的八倍。可知铜的熔点为1083C，短路时最高允许的温度为450C，相对应的钢的熔点虽然为1510C，但短路时最高允许的温度只有400C。从热稳定性上看，截面相同下，铜材好。铜表面会产生稳定性极强的氧化物，对内部的铜起了较好的保护的作用，从而阻断了腐蚀的形成，对同在地下的其它金属(以钢材为主)，铜作为阴极不会受到腐蚀。但是钢材是逐层被腐蚀，镀锌层虽有一定的防腐的能力，但却降低其导电的性能。由于铜导线的柔性好，允许

39、的弯度半径小，故铜材拐弯更加方便，穿管更加容易。由于铜线的机械强度高，能成卷供货，有利于机械化施工。5.2 经济比较南通刚建设完毕的110kV变电站的接地网设计为例，对铜接地网与钢接地网设计的经济方面进行比较。采用扁钢接地设计的材料表见表5.1，采用铜接地设计的材料表件见表5.2.表5.1 采用扁钢接地设计的材料表序号名称型号及规范单位数量备注1接地极63×6 L=2500 热镀锌根120总计300m2热镀锌的扁钢-60×8m1200设备引下线3热镀锌的扁钢-60×8m2000水平接地网4热镀锌的扁钢-50×5m800电缆沟、室内5断线卡紧固件2

40、5;(M16×35) GB5-76套506铜排-30×4m2207临时接地端子M12×25 GB5-76套228焊接点个725表5.2 采用铜接地设计的材料表序号名称型号及规范单位数量备注1接地极BS-F镀铜棒 14.2 L=2400根120总计300m2铜排截面120mm2m1200设备引下线3铜排截面120mm2m2000水平接地网4铜排-25×4m800电缆沟、室内5断线卡紧固件2×(M16×35) GB5-76套506铜排-30×4m2207临时接地端子M12×25 GB5-76套228焊接点个725根据表

41、5-15-2所列材料，考虑相关的费率之后，采用铜材接地网与钢材接地网的投资为：铜为37042元/吨，扁钢为5329元/吨；单个焊接点铜接地的费用为120元。采用铜接地的初期投资的费用合计为 905869 元，采用扁钢接地的初期投资的费用合计为 631623 元；为便于在同等条件下比较，通过以增大铜材的接地网的面积，获得与扁钢的接地网相等的接地电阻，通过计算，费用需增加3.5%，铜接地网补偿接地电阻后的投资为937562元，采用铜接地投资约增加30.60万元，约48.5%。但是采用扁钢的接地的变电站在投运大概10年左右时，都要投入巨大资金开挖、检查和改造，并且接地网的改造施工的难度很大，需要在变

42、电站不停电的情况下进行，需要生产施工、运行及设计的单位的几方的协同，消耗巨额的物力和人力；同时扁钢的焊接的接头的抗腐蚀的性能及通流的能力远远不及铜接地网的放热焊接的接头。而铜材接地网不需改造，综合考虑从长远利益看，铜材接地网是值得投资的。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 6 一般接地网存在的问题及对策6 现存接地网的问题及其对策6.1 存在的问题6.1.1 电压分布梯度大 均压效果不理想。原因如下：接地网的设计考虑得不充分会造成均压效果不理想；施工单位方面若是未按设计要求施工或施工质量不好等也能造成均压效果不好。实际上由于地网电流密度的分布不同，不同截面的接地体的导电率也不尽相同，土壤的电阻率

43、的不均匀等原因，都能使地网存在很高的局部的电位差，也就是不能将接地网看作成完全的等电位体。6.1.2接地网不能满足短路电流的热稳定性要求 伴随电力系统容量的日益增大，故障短路电流也随即增大。原设计考虑的裕度也跟着不够充分，特别是接地引下线当发生故障时首先烧断的可能性非常大，形成安全事故。6.1.3 地网腐蚀严重 由于土壤中含有的化学成份(酸和强碱)能够腐蚀和氧化金属材料，地网所用的金属的材料未做好防腐的处理或处理的不好，特别是接地的引下线入土的50cm以内的地网的腐蚀更为严重。随着时间的流逝，锈层渐渐加厚，截面逐渐的减少，致使在事故发生的时候往往首先是接地的引下线发生烧断，形成事故的隐患。6.

44、1.4 施工质量及工艺不高制造方有偷工减料行为，接地网的搭接焊接多不符合规定的要求，焊接的质量不是很高，螺栓的连接的接触面不符合要求。施工中接地体的周围回填土接触松散等因素都会给设备的运行留下事故的隐患。6.2 对接地网存在问题采取的对策6.2.1接地点的电位均衡在接地装置的设计中接地电阻较大的变电站需要充分考虑其各部分的电位均压，特别是主中性点与主控制室二次设备、室内配电室接地点的电位的均衡。在故障电流高发区使用加强的接地的装置，可铺设交叉的接地网络，增多短路电流的通道，降低故障点的处地的电位的升高，降低接触和跨步电势，在原地网遭受机械损伤时仍保证地网导体的连续性和有一定的裕度。6.2.2

45、采取防腐蚀措施以前，接地体的防腐处理多采用镀锌材料为主网部分，而接地引下线的部分只涂防锈漆进行防护，这些措施在只一定程度上延长了地网的使用的寿命。后来，新技术的不断的发展，有了更多的防腐措施：如使用耐腐蚀性钢材，这类钢材中加有铜、钻、镍、磷等元素，能在钢材的表面上生成一种保护膜，经多年后成为一种稳定的锈蚀层，组织锈蚀向内进一步的发展。现在国内生产了一种长效降阻剂能够降低接地电阻、防止地网腐蚀较产生较为明显的作用，还可以改善接地网的均压的效果。另一方面，铜材作为接地材料有很多的优点，铜的热容量较大、耐腐蚀性较强、电阻率又低，可在重要的枢纽变电站、占地小的GIS变电站采用铜网的接地。6.2.3 对

46、接地网施工严把质量关对地网施工严把质量关；尤其是主网施工时；运行单位应参加施工过程的质量监督检查工作；作好施工记录。接地引下线连接尽量选用焊接，搭接面和焊接符合规程要求。当采用螺栓连接时，螺栓及接地线必须使用镀锌材料，接触面积符合要求并涂防腐导电膏。施工时回填土应按要求处理并严格质检。6.2.4 变电站设备的年测试对使用年限久远的变电站，虽然接地电阻检测合格也必须要检查回路的连接的状况，特别对重点的地区可进行开挖来检查腐蚀的情况。从短路容量变化情况来定期进行短路的电流热稳定检测和校验，对腐蚀严重的以及校验短路电流热稳定达不到要求的地网应必须进行改造，有条件的应在改造之前通入电流，测量各点的电位

47、差。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 7 总结7 总结 本文介绍了几种接地电阻的计算方法，并选用常用简化公式和内插法对南通110kV三谷变电站的地网的接地电阻进行了计算比较，得知常用简化公式的方法计算精度能满足工程设计的要求。接着对南通110kV十总变电站接地网采用钢材和铜材分别进行了计算，进行钢材和铜材接地网的技术和经济方案比较。得出，铜接地网在地处城区、设备组合程度高、占地面积小的变电站中有着明显优势，现在江苏电网中的部分变电站已试点采用，在建设和运行取得一定经验后，将进一步在更大范围内推广使用。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 参考文献参 考 文 献1 中国航空工业规划设计研究院.工业与

48、民用配电设计手册(第三版)M.北京:中国电力出版社,2005.2 高延庆,何金良,曾嵘.发、变电站接地网安全性能分析J.中国电力. 2001,34(5): 36-42.3 曾永林.接地技术M.北京:水利电力出版社,1979.4 Nahrnan J M,et al.Resistance to ground of combined grid-multiple rods elect-rodesJ.IEEE Transactions on Power Delivery. 1996,11(3): 1337. 5 周健,路平,王锋,张红霞.采用IEEE标准设计发电厂升压站接地网的研究J.华东电力. 201

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