关于110kV变电所接地网设计的梳理与优化

1、 关于110kV变电所接地网设计的梳理与优化 【摘要】本文阐述了接地网对人身和设备安全的重要作用及接地网设计工作的重要性，并针对110kV有效接地系统变电所接地网设计工作的着重点进行了梳理与优化。【关键词】 110kV变电所 接地网 设计 概述 接地是为了保护人身和设备的安全。可分为工作（系统）接地、保护接地、雷电保护接地和防静电接地。变电所中通常敷设一个统一的接地网。接地网作为变电所交直流设备接地及防雷保护接地面，对系统内设备绝缘和过电压保护，对系统的安全运行起着重要作用。而接地网通常又是一个隐蔽工程，后期不宜检查和更改，因此在设计时需更加细致和严谨。当人触电时，对人体的主要危害是通过人体的

2、电流（具体影响可见电力工程高压送电线路设计手册（第二版）的第二章第五节第四条的详述），而人体本身相当于一个电阻，所以主要取决于施加在人体上的电压，而在变电所中则主要是所内的接触电压和跨步电压，其与接地电网的接地电阻、接地网的结构和流过变电所接地网的电流有关。在设计变电所接地网时，应根据当地土壤环境、电力系统情况计算出接地电阻、跨步电压和接触电压的允许值，根据热稳定及腐蚀的要求选择接地体材料及其尺寸，然后设计接地网型式，并验算接地电阻、接触电压和跨步电压是否满足要求。如不能满足，需返回重新设计。施工后要进行测量，如不能满足要求，则采取补充措施。本文对110kV变电所接地网设计中各个要点作如下梳理

3、与优化。 注：下文中如无特殊说明R均为工频接地电阻。一收集资料，调查土壤的特性1. 测量土壤的电阻率 可先采用下图的四极法测得电阻，再通过公式计算电阻率 =2sR*, .m （1）S棒间距离，cmR接地电阻， 棒埋设深度不低于s/20,这种方法可近似求得土壤深度等于间距s处的平均土壤电阻率。如无法得到土壤电阻率，也可参照DL/T 621-1997交流接地装置的接地表F1进行选取。2. 调查土壤对普通钢、镀锌钢的腐蚀情况。以便选择材料和截面。详见下面四.2条。2. 计算流经接地装置的入地短路电流 所内和所外发生接地短路时，流经接地装置的电流可分别按下式计算，取两者中较大值。 （2） （3）式中：

4、流经接地装置的入地短路电流，A；接地短路时的最大接地短路电流，A；发生最大接地短路电流时，流经变电所接地中性点的最大接地短路电流，A；、分别为所内和所外短路时，避雷线的工频分流系数。 初步估算时可取=0.5、=0.1。其中可向供电部门索取，或从供电部门索取系统参数后进行计算得出。3 计算接地电阻、接触电压、跨步电压的允许值1. 接地电阻的允许值 因110kV一般为有效接地系统，其接地电阻值应符合 （4） 其中R为考虑到季节变化的最大电阻（）； I应采用在接地装置内、外短路时，经接地装置流入地中的最大短路电流对称分量最大 值(A)，该电流应按510 年发展后的系统最大运行方式确定。 当接地装置的

5、接地电阻不符合式(4)要求时，可通过技术经济比较增大接地电阻，但不得大于5，且应符合下列要求：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所外或将低电位引向所内的设施，应采取隔离措施。例如：对外的通信设备加隔离变压器；向所外供电的低压线路采用架空线，其电源中性点不在所内接地，改在所外适当的地方接地；通向所外的管道采用绝缘段，铁路轨道分别在两处加绝缘鱼尾板等等。2)考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，变电所内的310kV 阀式避雷器不应动作或动作后应承受被赋与的能量。3)设计接地网时，应验算接触电压和跨步电压。2. 接触电压和跨步电压的允许值 在110kV 有效接地系统

6、单相接地时，变电所接地装置的接触电压和跨步电压分别不应超过下列数值(、单位V,单位.m) （5） （6）其中t为接地短路(故障)电流的持续时间（s）,一般110kV变电所只配1套速动主保护、近或远（或远近结合的）后备保护和自动重合闸，t可取断路器开断时间+第一级后备保护的动作时间。4 热稳定和土壤腐蚀对接地材料及尺寸要求 水平敷设人工接地极的可采用圆钢、扁钢，垂直敷设的可采用角钢、钢管。需满足热稳定及防腐蚀的要求。1. 当接地装置流过比较大的电流时，其温度在很短时间内不能很快向周围土壤扩散掉，接地装置本身的温升就会很高，可能熔化并降低其机械强度，因此有热稳定的要求。不考虑土壤对导体的腐蚀性时，

7、要求截面满足如下公式（S单位）： （7）其中c为接地线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前接地线的初始温度确定。通常接地线的初始温度取40。在爆炸危险场所，应按专用规定执行。对钢材料c取70。2. 土壤对导体的腐蚀程度可以用腐蚀速度表示，一般采用当地接地线腐蚀数据，如无此数据时，可暂按下列数据：1） 对镀锌或镀锡的扁钢、圆钢，埋于地下的部分，其腐蚀速度取0.065mm/年（总厚度）， 但对于焊接处必须采取防腐蚀措施，如涂沥青等。2） 如无防腐措施的接地线，其腐蚀速度取（总厚度）： =50300.m地区，扁钢取0.10.2mm/年，圆钢取0.30.4mm/年； >3

8、00.m地区，扁钢取0.10.05mm/年，圆钢取0.30.07mm/年； <50地区及重盐碱区，应专门研究决定。接地装置的寿命，一般按2530年考虑。根据上述第1条、第2条的计算结果，两者相加后即可选择接地装置最小尺寸，且需满足下表要求。表1 接地装置导体的最小尺寸种类规格及单位地上地下屋内屋外圆钢直径 mm6810扁钢截面244848厚度 mm344角钢厚度 mm22.54钢管管壁厚度 mm2.52.53.5/2.5注：地下部分钢管的壁厚，其分子、分母数据分别对应于埋于土壤和埋于室内素混凝土地坪中。五接地网的型式设计由于110kV变电所的占地面积越来越小，单一采用水平接地极一般难以满

9、足要求。通常都采用水平+垂直接地极的复合接地网。复合接地网又有匀压带等间距和不等间距布置方式。等间距布置时边角处导体的散流电流较中部导体的散流电流大，为了使地网内部的地表面电位分布更均匀一些。可采用不等间距布置方式。 水平接地极的埋深一般为0.6m或0.8m。在冻土地区应敷设在冻土层以下。垂直接地极的长度通常为2.5m，考虑到垂直接地体间的屏蔽因素，其之间的距离不小于两倍的垂直接地极长度（即当长度为2.5m，其间距不小于5m）。接地网外缘必须闭合，其转弯处应作成圆弧形，其半径不小于网孔间距的一半。接地网边缘经常有人出入的走道处，应铺设碎石、沥青路面或在地下装设2 条与接地网相连的均压带。变电所

10、入口处，需采用帽檐式设计，可显著降低接触电压和跨步电压。为加强雷电流的散流作用，降低地电位，避雷器的接地宜采用集中接地装置。110kV的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000.m地区，宜装设独立避雷针，需设独立接地装置，且独立避雷针与配电装置带电部分的空气距离及接地装置与接地网的地中距离分别满足下式要求： （8） （9）上式中空气中距离，m；空气中距离，m；避雷针的冲击接地电阻，；h避雷针校验点的高度，m。六接地电阻、接触电压、跨步电压的计算1. 复合接地网人工接地极工频接地电阻的简易计算可按下式进行： （10） 其中S接地网的总面积，2. 1）发生接地故

11、障时，接地装置的电位 （11） 2）接地网的最大接触电压，即网孔中心对接地网接地极的最大电位差 （12） 其中式中各系数依次为对最大接触电位差的等效直径、埋深、形状、网孔数和根数影响系数，可按下式进行计算：=0.401+0.522/=0.257-0.095=0.168+0.002() ()=2.837+240.021/=0.021+0.217-0.132（） ()=0.054+0.41其中沿长方向布置的均压带根数；沿宽方向布置的均压带根数；m接地网孔数，其中m=(-1)(-1)；h水平均压带的埋设深度；,接地网的长度和宽度。3）接地网最大跨步电压，即接地网外的地面上水平距离0.8m处对接地网边缘接地极的电位差，可按下式计算 （13）其中式中各系数依次为对最大跨步电位差的等效直径、埋深、形状、网孔数和根数的影响系数， () （）式中参数意义同2）。当以上计