水上光伏接地系统设计

HHET®水上光伏接地系统设计文件编号：2017032201摘要：通过水上光伏项目接地系统调研，本文推荐水上光伏接地系统采用以下三种方式：外引接地、深井接地、水底接地。就接地材质而言，位于腐蚀性强水域的工程项目镀锌钢不适合作为接地主材料，而ARC接地合金和铜材质耐腐蚀性能在此类工程有较大性能优势。从经济性上比较，ARC接地合金投资小，性价比最高；纯铜成本最高，性价比较低；热镀锌钢性价比最低。水上光伏接地与陆上光伏的设计过程有差异，设计过程需要计算水体的降阻效果。安徽华淮电力技术有限公司金海新源电气江苏有限公司目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"水上光伏接地 1\o"CurrentDocument"系统设计 1\o"CurrentDocument"名词 1\o"CurrentDocument"摘要 1\o"CurrentDocument"1、 水上光伏电站 2\o"CurrentDocument"概述 21.1漂浮式 21.2支架式 3\o"CurrentDocument"水上光伏接地 4面临的挑战 43.1材料适用性 43.2施工便利性 53.3经济性 52、 水上光伏接地选材 5\o"CurrentDocument"IjIIIIIII 1I\o"CurrentDocument"接地主材 5\o"CurrentDocument"接地材料适应性 6\o"CurrentDocument"接地选材经济分析 7\o"CurrentDocument"3、 水上光伏接地设计 7\o"CurrentDocument"1. 材料选取计算 7\o"CurrentDocument"4、 水上接地方案 9\o"CurrentDocument"外引接地 10\o"CurrentDocument"深井接地 11\o"CurrentDocument"水底接地 12\o"CurrentDocument"5、 施工及运彳亍 14\o"CurrentDocument"镀锌钢 14\o"CurrentDocument"覆铜钢 14\o"CurrentDocument"ARC接地合金 15\o"CurrentDocument"纯铜 15\o"CurrentDocument"6、 综述 16\o"CurrentDocument"参考文献 17\o"CurrentDocument"附录 1\o"CurrentDocument"深井接地工程案例 11.1电站地质信息 11.2设计思路 11.3计算过程 3接地成本分析 7\o"CurrentDocument"水上光伏材料参考标准 9水上光伏接地系统设计名词接地：接地（earthing）接地指电力系统和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外导电部分经由导体与大地相连。可以分为工作接地、防雷接地和保护接地。水上光伏电站：也称水面光伏，是利用开阔水面部署光伏系统的发电形式。深井接地：采用钻机钻探一定深度的孔洞，来部署接地系统以降低接地电阻的接地方法。外引接地：利用周边导电良好的地质条件部署单个或多个接地子系统的接地方法。水底接地：在导电率高的水体底部埋设接地系统的接地方法。土壤电阻率：是单位长度的土壤电阻的平均值与截面面积乘积，单位是欧姆•米。年腐蚀量：匀质金属在腐蚀环境中由于腐蚀消耗的纵深量。土壤PH值：土壤萃取溶液测定的酸碱度。体积价格：材料以单位体积定义的市场价格。短路电流：由于短路故障导致的流经导体的电流。热熔焊：也称为放热焊，是铜和覆铜钢接头通过活性试剂反应放热熔化结合的连接方法。摘要通过水上光伏项目接地系统调研，本文推荐水上光伏接地系统采用以下三种方式：外引接地、深井接地、水底接地。就接地材质而言，位于腐蚀性强水域的工程项目镀锌钢不适合作为接地主材料，而ARC接地合金和铜材质耐腐蚀性能在此类工程有较大性能优势。从经济性上比较，ARC接地合金投资小，性价比1最高；纯铜成本最高，性价比较低；热镀锌钢性价比最低。水上光伏接地与陆上光伏的设计过程有差异，设计过程需要计算水体的降阻效果。1、 水上光伏电站概述光伏产业蓬勃发展了20多年，其发电站的部署形式也是越来越多样化，主要有集中式、分布式、塔式、屋顶式、农光大棚式等。2002年1月1日实施的《全国土地分类（试行）》规定，全国土地分为三大类，即“农用地”、“建设用地”、“未利用地”。依据《中华人民共和国耕地占用税暂行条例》，对“农用地”和“建设用地”作出征税规定，而未涉及对“未利用地”的征税。因而，土地资源的日趋紧张，使得在水上光伏电站（也称为水面光伏电站）正迎来发展的机遇期，这一现象在经济发达地区尤为明显，各地逐渐涌现出来多种模式的水上光伏电站。水上光伏是利用闲置水面部署光伏发电系统，现阶段主要利用闲置水面资源有水塘、小型湖泊、水库、蓄水池、矿山采空区域等。水上光伏有以下几种形式：1IIIIIIIIIII1.1漂浮式漂浮式水上光伏电站主要由光伏面板、汇流箱、逆变设备、变压器、集电线路、聚乙烯浮体、支撑台架等。聚乙烯浮体系统框架由主浮块和辅浮块组成，光伏面板通过支撑台架安装在浮体系统上，漂浮系统根据实地情况，进行现场进行锚固。漂浮式水上光伏有如下特点：a） 光伏系统可以不受水体深度影响，尤其适合在水深的水体部署；b） 水下的支撑结构少，便于渔业作业；c） 光伏组件容易搬运，施工和回收较为便利；d） 系统组成部分的所有材料均可回收，对环境造成影响不大。

图1图1漂浮式水上光伏站1.2支架式支架式水上光伏电站组成部分主要为光伏面板、汇流箱、逆变设备、变压器、集电线路、涉水支架，光伏台架等。光伏面板通过光伏台架安装在涉水支架上，涉水的支架在部署之时已经完成工程安装。图2江苏连云港渔光互补光伏电站支架式水上光伏有如下特点：a） 固定安装，结构牢靠；b） 适合浅平的水体区域部署；c） 对支撑材料的耐蚀性能要求比较高，尤其是水线腐蚀问题;d） 对水面的覆盖率小。水上光伏接地对于水上光伏电站接地系统，由于面积巨大、分散布置、联系松散、周边土壤电阻率不均匀，接地材料的纵向阻抗特性可能会对接地电阻有较大影响。接地材料的电导率对布局紧凑的接地网而言，基本无影响；但对大型水上光伏接地网接地电阻影响很大。当故障电流接地的接入点位于岸上时，就需要考虑材料的电导率的问题，尤其是连接接头的电阻会显著增大整体电阻；比如，钢和铜接地网之间的接地电阻相差可达两倍以上。因此，传统的接地计算公式已经不能完全满足实际需要，必须依靠修正的数学模型来设计接地系统。光伏电站接地短路电流普遍比较大，如果所处位置的土壤电阻率也比较高，接地降阻的难度往往比较大。所以利用自然接地体的方法是性价比最高的方法，铺设水下接地网的方法也是一种很好的降阻方法，应根据实际情况依规程规定使用；做深井接地装置的方法则应首先考虑其使用的前提条件是否满足，依情况使用。使用铜接地材料可以明显降低水上光伏的接地电阻，建议在接地网骨干连接3.1材料适用性水上光伏电站的支撑系统和接地系统所处的环境与传统陆地光伏系统在服役环境有巨大的差异。为满足接地电阻设计要求，目前，通常采用镀锌钢为主的钢铜混合接地网，以铜作为接地网主干，镀锌钢作为网格。但是这类混合接地网面临两个严重问题：（1）铜和钢的电偶腐蚀；（2）铜和钢接头的大接触电阻。此外，根据历史调查结果以及工程经验，在普通的土壤中使用镀锌钢作为接地材料，十年的运行周期中60%电气接地网都出现了材料腐蚀导致的故障，在盐渍土区域腐蚀问题尤为明显。因此，镀锌钢作为水上光伏接地网的主材需要设计更多的运行维护工作。如何更适合淡水乃至海水中应用的材料，是当下水上光伏系统当前亟需解决的基础性问题。而且，对于水上光伏而言，接地系统的金属主材和连接辅材的选用搭配，对于整体系统的安全性也需要再次评估。3.2施工便利性水上光伏施工需要借助漂浮工具或船只，因此接地材料密度是施工便利性一个重要考核要素，同一个接地网，材料的运载重量越小，施工人员操作越便利。3.3经济性由于土地成本占地面光伏电站3%左右，因此，水上光伏的经济性较陆地的光伏电站有较大的优势。然而水上接地网较陆地接地网在成本有上升，一方面需要应对水体区域的腐蚀环境进行材料规格的提高，另一方面施工费用也有增加。因此，水上光伏电站的接地网的经济性对于其系统设计也是一个挑战。2、 水上光伏接地选材接地主材I_I I_I I■材料研究数据显示，对于近水土壤或水中，其铜层的平均年腐蚀速率为6.75x10-3mm/a，而钢的平均年腐蚀速率为0.14mm/a，而钢的年点腐蚀深度1.53mm/a，是其平均年腐蚀速率的10倍。钢的在近水土壤或水中的腐蚀速率是铜的200倍，作为接地材料需要做相应的保护，比如镀/浸一层锌或铜保护层。因此，电气接地主材有以下几种：纯铜纯铜具有先天的材料性能优势作为接地材料，但由于土壤中的铜离子释放过程是的重金属污染问题，在水源地铜接地材料被禁用。镀锌钢钢材表面镀锌是工程界最常见的防护措施之一，基于锌-钢的电位差，锌对钢具有牺牲阳极保护作用，而且锌的耐腐蚀性能优于钢；因此，工艺简单、价格低廉的镀锌钢应用广泛。覆铜钢（覆铜钢）覆铜钢（也称为覆铜钢或铜包钢）是铜和钢的复合材料，是在钢表面采用电镀工艺镀覆了0.254mm厚度的铜膜。具备完整镀层的覆铜钢具有与纯铜相近的电气和耐腐蚀性能。然而，由于钢-铜二者具有较高电位差（Fe-0.44V，Cu+0.34V，Vs.SHE标准电极电位），异种金属的电气连接形成双金属原电池，钢作为牺牲阳极而加速腐蚀，这称之为电偶腐蚀。在工程生产和应用中，覆铜钢不可避免的存在大量的气孔、裂纹、鼓包、划伤、磕碰等表面缺陷。因此，覆铜钢的应用过程中要如果保证基本的工程质量和电气安全，带来的工艺成本比单一材质要大。《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》(GB50169-2006)规定采用覆铜钢作为接地材料时，其连接要采用热熔焊。这种方法得到的接头焊缝金属材料成分复杂，主要为多相的铜钢合金，而且接头中存在大量的缺陷。此外，由于焊接过程中高温放热过程，在覆铜钢母材产生了大范围的热影响区，极端情况，镀层产生鼓包现象，覆铜钢焊接缺陷见图3。图3覆铜钢热熔焊后接头截面、缺陷和热影响区ARC接地合金ARC接地合金作为电气接地的主材对合金成分有严格要求，目前主要技术有铝铜稀土合金和铝钛稀土合金两大类，这类ARC接地合金中的铜、钛、稀土等合金元素的引入目的有两个。第一，提升ARC接地合金在土壤中耐腐蚀性能；第二，提升铝基材料表面氧化形成的氧化物导通性能。然而，不同于导线用的铝导体，合金成分的含量小于1%，通常是低合金铝材，不适宜作为接地材料。铝铜稀土合金和铝钛稀土合金通过熔铸、热挤压、表面抛丸等处理，获得具有良好的接地导通性、优异的耐土壤腐蚀性和较好的热稳定性的接地合金材料。接地材料适应性水上光伏发电站采用的接地系统所用材料的适应性应满足以下几点：1、 接地主材与辅材必须具有良好的抗腐蚀性能、低密度、抗冻胀、抗风浪等特性，要严格考量组件长期在潮湿环境中的可靠性、承载能力和使用寿命。2、 考虑施工材料系统对水质量、植物和动物的影响，以及水和水生动植物对材料的影响。3、 水上作业很难大量使用重型机械等进行高效率施工，工序和速度会相对要求更多，需要潜水或在船上的作业很多。船上作业要考虑平衡性和安全性，也不能损坏水池堤坝等设施。4、冬季水面结冰要考量，对组件的金属材料实施保护措施。接地选材经济分析传统电力工程项目接地采用接地材料为镀锌钢、ARC接地合金、覆铜钢、纯铜，对ARC接地合金、镀锌钢、纯铜、覆铜钢四种材料进行水上光伏电气接地成本计算，分析结果见表1。表1镀锌钢、覆铜钢、ARC接地合金、纯铜的价格比较i材料种类市场单价（元/kg）密度(kg/m3)体积价格（万元/m3）备注纯铜46890040.94紫铜棒覆铜钢25800020规格为015.75mmARC接地合金40280011.2淡水域应用产品镀锌钢779005.53国标产品接地材料考量单位表面积散流效果，因此在此我们比较材料的体积价格。常用的四种接地材料的体积价格排序是纯铜＞覆铜钢＞ARC接地合金〉镀锌钢。纯铜的体积价格是镀锌钢的10倍，是ARC接地合金的4倍，是铜包钢的2倍。以镀锌钢的标准使用年限，设计寿命十年为单位，光伏电力设备设施的接地系统要求25年免维护，镀锌钢的不包含施工的材料使用成本是ARC接地合金的1.5倍。3、 水上光伏接地设计1.材料选取计算《交流电器装置的接地》（DL/T621-1997）要求电气设备接地线的截面，应按接地短路电流进行热稳定校验。钢接地线的短时温度不应超过400°C，铜接地线不应超过450C，铝接地线不应超过300C。根据热稳定条件，在没有考虑腐1数据来源：安徽省建筑材料蚀时，接地装置接地导体的截面不宜小于连接至该接地装置的接地引下线截面的75%。因此，接地线的最小截面应符合下式要求：Sg2?匚式1式中：Sg 接地线的最小截面，mm2；Ig——流过接地线的短路电流稳定值，A。对有效接地系统，为单（两）相接地短路电流；te——短路的等效持续时间，取0.4s；C——接地线材料的热稳定系数，钢取70，ARC接地合金取120，覆铜钢取136,铜取210。根据实际运行经验，水上光伏接地材料截面积选择，接地系统的设计寿命按25年。经计算接地引下线和主接地网接地体的最小截面如表2所列。表2接地系统的引下线、主接地体的最小截面要求材料类别J热稳定系数最小截面积，mm2引下线主接地体镀锌钢70133100ARC接地合金1208060覆铜钢1266650纯铜2104030镀锌钢材料腐蚀损失一一镀锌钢在近水土壤或水中锌层腐蚀速率按鲤mm/a计算，钢材在土壤中腐蚀速率按01mm/a计算，两年镀锌层消耗殆尽，运行25年，镀锌钢厚度损失约为5mm。热稳定性校核一一主接地网接地体选择60x8mm2的镀锌钢，运行25年，残余截面尺寸为55x3mm2，大于100mm2的热稳定要求截面积。热稳定性校核一一主接地网接地体选择50x5mm2的镀锌钢，运行15年，残余截面尺寸为52x2mm2,截面积为103mm2，处于100mm2的热稳定要求的临界截面积，需要重新更换地网。ARC接地合金材料腐蚀损失一一ARC接地合金在近水土壤或水腐蚀速率按0.02mm/a计算，运行25年,ARC接地合金厚度损失约为1mm。热稳定性校核一一主接地网接地体选择40x4mm2的ARC接地合金，运行25年，残余截面尺寸为39x3mm2，大于60mm2的热稳定要求截面积。覆铜钢材料腐蚀损失——覆铜钢在近水土壤或水腐蚀速率按0.004mm/a计算，运行25年，覆铜钢厚度损失约为0.2mm。热稳定性校核一一主接地网接地体选择014mm的覆铜钢，运行25年，残余截面尺寸为013.8mm，大于50mm2的热稳定要求截面积。纯铜材料腐蚀损失一一纯铜在近水土壤或水腐蚀速率按0.004mm/a计算，运行25年，纯铜厚度损失约为0.2mm。热稳定性校核一一主接地网接地体选择010mm的纯铜，运行25年，残余截面尺寸为09.8mm，大于30mm2的热稳定要求截面积。根据以上计算结果可进行接地体截面积选择，选型见表3。 B hC-1uiLi|j项目接地体截面，mm2纯铜1ARC接地合金覆铜钢2镀锌钢水平接地体1大于10mm1大于40x4大于14mnQ大于60x8设备接地体大于10mm大于40x4大于14mm大于60x8垂直接地体大于10mm大于50mm大于14mm大于19mm接地连接热熔焊氩孤焊或钎焊热熔焊电孤焊注：纯铜与覆铜钢是截面规格指直径4、 水上接地方案不同的水面光伏项目根据现场情况，需要做不同的接地形式，目前可选的水面光伏电站接地方案有：外引接地、深井接地、水底接地。水上接地的设计、施工过程包含以下几个步骤：土壤调查：施工区域的岩土地质条件，水体的导电率等数据收集；现场勘测：绘制施工的现场土壤结构、水体结构图纸；设计接地：根据光伏电站的相关规范，设计接地网的部署方式，出具施工图纸；开挖施工：现场土石方开挖施工，采用深井接地方式需要钻机钻孔施工；部署接地：根据设计图纸部署接地系统，完成水平接地极的组网，并连接垂直接地极；土壤回填：检测接地系统满足设计要求，做好薄弱环节的防护工作，进行土壤回填，高接地电阻区域可能涉及更换低阻值土壤回填；验收接地：根据设计要求，验收接地系统的接地电阻，部署规范等验收项，工程文件归档。土壤调查验收接地图4接地系统工程流程图1.外引接地水上光伏接地装置附近有导电良好及不冻的河流湖泊、水井、泉眼、水库、大树下等土壤电阻率较低的地方，以降低接地电阻。在设计、安装时，必须考虑到连接接地极主干线自身电阻所带来的影响和效果，因此，外引式接地极长度不宜超过100m。另外，连接线和外引接地装置的截面还应导电率满足要求，并做好防腐处理，尤其是连接接头位置。如用外引接地装置不能把接地电阻降到合格范围，可根据现场实际情况，设置多个外引接地小系统。

2.深井接地位于山区的水上光伏电站，施工面积受限，或者在不能用增大接地网水平尺寸的方法来降低流散电阻的情况下，如果周围土壤电阻率不均匀，地下深处的土壤或水的电阻率较低时，可采取深井接地法来降低接地电阻值。深井接地又分为常规深井接地、深井爆破接地、深水井接地等三种深井接地方式。深井接地的施工需要依据现场钻机安装便利情况，钻开①100〜250mm接地深井，井深一般为15〜45m。接地井内采用压力灌浆工艺灌注长效降阻剂，并放置垂直接地体。使用铜、镀锌钢、ARC接地合金、覆铜钢做接地连接导体，水平布置的接地体埋深1m。将垂直接地体与水平接地体焊接连通，并在焊接部位做防腐处理。深井接地在环境要求许可的时候，可穿透地下潜水层，有效降低接地网工频接地电阻。俯视图l ® 图6接地深井布置示意图

接地深井一字排开，布置间距l应大于1.5倍深井的深度h,垂直接地体间的屏蔽作用很小，可最大限度利用现有地形，充分提高垂直接地体的降阻效果。布置的方案符合DL/T621-1997《交流电气装置的接地》标准及IEEEStd80-2000《交流变电站安全接地导则》的规定。水底接地水下接地网与埋地接地网相比具有以下优势：（1）减少开挖土方量，施工简便、经济性好；（2）接地电阻稳定，不受气候变迁的温度变化影响；（3）采用稳定性好的接地材料长期运行安全性好。电力标准DL/T5901-1999《水利发电厂接地设计导则》推荐了水下接地网接地电阻的曲线计算方法：R-R-KsPs水的电阻率，Q・m。水的电阻率，Q・m。旦/牛10图7水底接地电阻计算图p图7水底接地电阻计算图p1——上层水的电阻率，。・m；p2——水底土壤的电阻率，。・m；对于正方形水下接地网的接地电阻，推荐以下公式计算:R=R尸1^］式3

12（H+H0+f）ln-七5饵式4R=02ln-七5饵式41 JS 2Lk9Hd其中B= \,f=0.01位1+4.6（H）H=R ziln（1k）、式512（H+H0+f）式中R——水下正方形接地网接地电阻，H——水的深度，m；k 反射系数：k=（p2-p1）/（p2+p1）p1——上层水的电阻率，。・mp2——水底土壤的电阻率，。・mS——接地网的面积，m2；L——接地导体总长度，m；d 接地网导体直径，m。5、 施工及运行1.镀锌钢镀锌钢采用电弧焊接方式完成接地网连接。因为满足接地网25年有效寿命要求，镀锌钢接地体设计加大截面至60x8mm2,6米长的单根镀锌钢重量为23kg，材料过大单体质量给后续施工带来极大的不便。采用50x5mm2小规格的镀锌钢接地体，运行寿命约为10年，处于光伏系统运行安全考虑，应该设置8年左右的接地网翻新周期。《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》（GB50169-2006）要求在敷设接地网时，接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，接地网内应敷设水平均压带等，由于接地体截面增大，导致接地体弯折和焊接困难，而且在接地网加工和施工中易破坏表面镀层。2.覆铜钢覆铜钢作为一种复合接地材料，施工工艺要求严苛，施工过程除镀层易破损外，其焊接接头易出现大量焊接缺陷，接头耐腐蚀性能差；而且其表面一旦出现碰损、划伤以及腐蚀穿透等局部缺陷，露出的基体与铜膜形成腐蚀电偶，会加快基体的腐蚀，导致其腐蚀过程不确定。此外，热熔焊接采用类似火药的焊接试剂，爆炸性的焊剂在运输过程有诸多限制。ARC接地合金ARC接地合金作为一体材料，采用常见的氩孤焊连接，焊接接头的材质与和母材一致，均具有较好的耐土壤腐蚀性能，氧化产物可保持较好的接地导通性能，可满足接地网25年免维护。《国家电网公司依托工程设计新技术推广应用成果汇编（2015年版）》指出铝铜稀土合金“适用于中、近水土壤或水土壤（PH〉70）地区的电力系统户外变电站和输电线路接地网和接地极。还可用于同类地区的无线通讯、电气化铁路、建筑、林业等行业的电气接地、防雷等设备，具有广泛的推广应用领域。”纯铜纯铜也是一体材料，耐蚀性能优异。热熔焊接采用类似火药的焊接试剂，爆炸性的焊剂在运输过程有诸多限制。表5四种方案的技术比较接地极材质热镀锌扁钢覆铜钢铝铜稀土合金纯铜导电性能一般，约为以纯铜导电率为基数的8%〜10%好，约为以纯铜导电率为基数的20%〜40%好，约为纯铜导电率为基数的40%〜55%很好耐腐蚀性截面选择较大，考虑了一定的腐蚀系数表面铜的耐腐蚀性较好，但覆层一旦破坏，会加速局部腐蚀很好很好对钢结构的影响不影响影响，会加速腐蚀周围钢材腐蚀不影响影响，会加速腐蚀周围钢材腐蚀施工工艺及接地导体连接连接方便，接地导体直接焊接热熔焊接，需专门的模具，施工连接方便，接地导体直热熔焊接，需专门的模具，施工不方便，且增加投资接焊接不方便，且增加投资工程经验国内常规方案近年来，有部分电厂采用近年来，有部分电厂采用国外常规方案，国内沿海部分电厂亦有应用6、 综述通过以上水上光伏项目接地系统调研，推荐水上光伏接地系统采用以下三种方式：外引接地、深井接地、水底接地。就材质而言，处于腐蚀性强的水域的工程项目镀锌钢作为接地主材料不适合，而ARC接地合金和铜材质接地网的抗腐蚀性能在本工程有较大性能优势。从经济性上比较，ARC接地合金投资小，性价比最高；纯铜成本最高，性价比较低；热镀锌钢性价比最低。热镀锌钢要满足全寿命运行的安全余量需要很大，由于耐腐蚀性能差，尺寸规格的镀锌钢需要8年左右的维护周期。水上光伏的接地与陆上光伏的设计过程有差异，需要考量水体的降阻效果来计算设计过程。参考文献DL/T621-1997《交流电气装置的接地》附录AIEEEStd80-2000《交流变电站安全接地导则》何金良、曾嵘《电力系统接地技术》王洪泽，杨丹.水下接地网接地电阻的解析计算法[J].广西电力,2005,(06):29-31.附录1.深井接地工程案例1.1电站地质信息A、 变电站面积为88X90米共7920平方米；B、 X程所在地含土层平均厚度约为1.2〜1.5米估算；C、 X程为变电站系统接地，设计工频接地电阻为1。0。；D、 土壤地质情况主要为沉积岩结构，分层清晰；表层0〜1.5米为第四纪粉质红色沙壤土，具有胀缩性；上层1.5〜3.5米为老第三纪黄色石灰岩风化土；中层3.5〜8.0米为三叠纪红色沙砾类沉积岩;下层8.0〜米为三叠纪红色砂岩；表层土壤电阻率实测为973。・m,取值：980。・m；中层土壤电阻率实测为1426。•m,取值：1450。•m；下层土壤电阻率约为2200。•m,土壤季节变化系数较小；E、 该110kv变电站位于丘陵地带，变电站四周围有1〜3米沙石挡土墙，站内为回填土，原接地网水平接地体使用-50X5mm热镀锌扁钢，埋深0.8米；垂直接地体使用L50X50X5mmX2.5m热镀锌角钢，埋深0.8米；现工频接地电阻实测为3.32〜3.48。；F、 变电站附近区域内稳定地下水位埋深约9.50m〜16.50m，地下水主要为基岩裂隙水，中等水量，具有良好的导电性。变电站东侧地下水位较浅，土壤电阻率较低；1.2设计思路依据以上现状，本设计拟采用站内及站基边缘打接地深井，埋设20米长垂直接地体，并采用降阻剂压力灌浆工艺进行施工的方法对现有接地网工频接地电阻值进行改善。附录图2等效接地网结构图如附录图1所示，本设计主要内容为:1、 在变电站内距离变电站围墙1m处，沿变电站围墙，依据现场钻机安装难易程度设置8孔6150mmX20m接地深井，沿变电站东侧、东南侧，在距离变电站围墙40m位置设置6孔6150mmX20m接地深井。接地深井内埋设①50X5mmX20m热镀锌钢管做垂直接地体，垂直接地体埋深0.8m。接地深井内采用压力灌浆工艺灌注降阻剂。2、 使用40X4mmARC接地合金做接地连接导体，将垂直接地体与原接地网水平接地体焊接，并在焊接部位做防腐处理。1.3计算过程1）、水平复合接地网的工频接地电阻水平复合接地网采用主边缘闭合的一40X4ARC接地合金;接地网总面积：S=7920m2；水平接地极总长度：L=2200m；水平接地极埋深：h=0.8m；水平接地极：d=0.025m；地网主边缘长度：L=356m；05米深度的土壤电阻率：取p=980。•m；根据测量时天气和土壤情况，取季节系数1.4,p=1372。•m；则：B=——J—-h1+4.6^^、:s=0。96061 〃0.81+4.6.v7920Re=0.213号G+B)+备=0.2131372G+0.9606)+ 1372、:7920 2兀x2200=6.438+0.585ln——-5B"9hd)'ln——7920——-5x0.9606、"9x0.8x0.025 )=7.023。a1=3血-^-。.2-L-=[31二-0.2""<7920 )356=0.99Rh=a；地=0。99X7。023=6。9530物理降阻剂后：Rhx=nxRh=0。5X6。953=3。4802)、垂直方向的平均土壤电阻率电站岩土报告，场区及附近表层0〜3.5m土壤电阻率分布为850〜1050。•m；中层3.5〜8m土壤电阻率分布为1350〜1550。•m；下层8m〜土壤电阻率约分布为2200〜2300。-m；第一层理区深度：％=8m；平均土壤电阻率:取季节系数为1。第二层理区深度:平均土壤电阻率:m_(850+1350)+(1050+1550)_平均土壤电阻率:取季节系数为1。第二层理区深度:平均土壤电阻率:m4时：p广14时：p广1。4X1200=1680。-mh=12m；_(1350+2200)+(1550+2300)_1850。P2= 4取季节系数为1。4时:P取季节系数为1。4时:P2=1。4X1850=2590。•m层理方向的土壤电阻率:h+h+hth/p+h/p

112 28+128/1680+12/2590=2130。垂直层理方向的土壤电阻率:hp+hp8x1680+12x2590P=11 22= =2226。•m1 2该层状结构岩土的非各向同性系数入和平均电阻率Pm为:互='竺6=1.022；2130p=、：PP=t，2226x2130=2177.5Q•m

3)、增设长垂直接地体后接地网的工频接地电阻依据IEEEStd80-2000中含长垂直接地体两层土壤环境下的简化结算公式，在不考虑土壤的均匀系数和上下层土壤之间的反射系数的情况下，按附录图1方式增设14孔①150mmX20m接地深井后的接地网工频接地电阻计算如下：式中Rs——水平接地网的接地电阻，。；R式中Rs——水平接地网的接地电阻，。；Rt——垂直接地棒组的接地电阻，。；水平接地体的接地电阻计算：lnG-K)=aR-Cp—/ \；ii2兀H+H)A、K=1;lP2+P］）Pi2兀LsS\9方广％J；|K<0.6或H顷>0.5|K|>0.6或H/*<0.5；-3+11RXc7R】73r=（1.39ln匕一1.78）、S；L0lnG-K）；L脊p=（6.27血胃-5.09）丫；V 03m深度表层土壤电阻率p=1372。-m；添加长效物理降阻剂后p广548.80〜20m垂直方向土壤电阻率Pm=2177.5。•m；采用压力灌浆工艺灌注长效稀土降阻剂后长垂直接地体的在视土壤电阻率 p2=(1-0.7)x2177.5=653.25。•m；

则：将P]=548。8。-m；P2=635.250-m；K=00869；S=14520m2；L0=2200m；B=0。9699；a=0。97；R]=2.175Q代入上式;因：|k|W0。6；则：C=1；算得：&=0.72；H0=16.55；则有:R=aRR=aR-Cp

s 1 1In(1-K)2兀(H+HJ=2.11+0.323=2.433B、长垂直接地体的接地电阻计算:B、长垂直接地体的接地电阻计算:=0.84(1+K)n——1—11 + Ra Rb2兀mL2_»4^+2兀mL2_»4^+L)L+L+2.77h=nd2-0.31(L1+2L2)-2.77hH>L1H<L1+L2+L2+h0.6J)2拓(-0.9K)X*_1 则：将p则：将p1=548o80・m；p2=635o25。・m；K=0。0869；S=14520m2；g0L=8m；1L2——分别为垂直接地棒在上层土壤和下层土壤的长度，m；L=8m；1L2=12m；h=0。8m；m=14；d0=Qo15m代入上式；贝V有：q=1；g°=0.7；F°=2.68；计算得：R=1.464+0.237=1.70；R=1.13；R=0.84(1+K)3.1111=0.735 +-