摘要：随着电力系统的飞速发展，电网规划不断扩大，系统容量不断增大，接地短路电流越来越大，对接地要求越来越高。变电站用地日益紧张，大部分站址仅能选择在高土壤电阻率地区，且用地面积受到限制，造成变电站在接地设计方面的突出问题是接地面积小、土壤电阻率高和无可敷设外接地等。因此，对变电站接地网设计进行探讨和研究具有重要的现实意义。
关键词：变电站；接地网；设计；电力
1.接地网存在的问题
为了电网的安全运行，常常在变电站中将电力系统以及电气设备的相关部分和大地中的有效接地装置连接起来。在电力系统中接地可以分为工作接地、保护接地以及防雷接地，其中工作接地是为了电力系统运行而进行接地；保护接地是为了防止由于设备中过大的电流对人的安全产生危害而进行的接地；防雷接地是为了消除在发生雷击时过大的电流、电压对设备产生的危害，常见的有避雷针、避雷器等接地设备。为了规范变电站的接地网的设计，国家专门规定了相关的接地标准，但是这些方法只能对均匀土壤中的规则接地网的接地参数进行计算，对于土壤或者接地网结构比较复杂的情况只能借助计算机来进行数值计算。但是随着电力系统和变电站规模的变大，特别是容量比较大的变电站，占地面积比较大，其电气设备分布比较分散，当发生故障时电流注入点的位置不同，使接地网的电位不同，传统的电网设计方法已经不能满足这种电气系统接地的需要。同时在变电站的控制室中的自动化和保护设备之间一般需要用电缆连接在一起，而电缆的屏蔽层往往两端接地，在发生故障的时候由于其内部的电位差造成电缆表层环流或者反击，使得设备的绝缘层被损坏，影响了设备的检测和控制。在接地网的设计应用中，电气设备可能通过多条接地引下线和接地网的不同部位进行连接，而等电位的模型不能有效的反应出这种情况下的接地网的性能。
2.接地网导体材料选择分析
选择导体材料时应考虑导体的热稳定性、在土壤中的腐蚀速度、导电性、材料成本及来源等。目前普遍采用的接地材料是铜和钢两种。
（1）热稳定性
在大接地短路电流系统中，入地故障电流一般在几千安到几十千安，将在导体中产生很高的热量，入地故障电流持续时间取决于系统主保护动作时间和断路器的分闸时间，在极短时间内导体产生的热量来不及向周围土壤扩散，几乎全部热量都用来使导体温度升高。当温度超过一定值及经土壤自然冷却后，导体的机械强度会剧烈下降，特别是在导体之间的连接处遇到短路电流电动力的作用，导体就会遭到破坏。同时，导体温度升高，达到金属材料的熔点时，导体将会熔化。这两种原因都会使接地引线和地网导体断裂接地，地网失去作用而使系统故障扩大，造成巨大经济损失。每种导体材料都有最高允许温度和熔点。钢的热稳定性比铜好。
（2）土壤对金属导体的腐蚀性
土壤对导体的腐蚀程度可以用腐蚀速度来表示。导体的平均腐蚀速度可以用导体单位时间内单位面积上所失去的重量来表示，也可以用单位时间内金属表面的腐蚀深度来表示。通常用腐蚀深度表示更确切。建议在进行土壤电阻率测量的同时，还应当测量站区内土壤对铜或钢的腐蚀速度，为导体材料和截面的选择提供可靠的数据。
（3）导体的导电性
在大型地网中，当强大的入地故障电流经地网流散时，因导体电阻的存在，会造成地网导体上各部分的电位不相等。地网尺寸越小，土壤电阻率越高；导体导电性越差，各部分的电位差也越大。
（4）材料的成本和来源
钢的成本比铜低得多，且矿藏量也比铜多。铜和钢的地网各有优缺点，钢的热稳定性比铜好，且经济。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆铜的导电性和耐腐蚀性比钢强，镀锌钢的耐腐蚀性又比不镀锌钢好。若采用一些防腐蚀措施还能进一步提高耐腐蚀性。接地网附近可能有其他的金属管道，若接地网导体采用铜，将会和与之相近的其他金属材料构成原电池，反而加速钢铁构件的腐蚀。因此，我国选用镀锌钢作为接地材料是比较合适的。
3.常用的降阻措施分析
接地网设计时，土壤电阻率较低地区的变电站接地网是由水平接地体和垂直接地极组合而成，外形尽可能采用闭合环形。其中水平接地体通常采用热镀锌圆钢或扁钢，布置成不等间距的长形或方形网格，深埋0.6～0.8m；垂直接地极通常采用热镀锌角钢、钢管或槽钢，其长度和数量根据具体工程计算确定。水平接地体与垂直接地极之间采用双面焊接，搭接处的长度不小于扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。但对于土壤电阻率高的地区，上述方法则不能满足接地要求，因此需要采取措施来降低接地电阻。在接地体工程中，由于钢筋和金属结构物分布广而密集，能很好地起到均衡电位的作用，因此充分利用混凝土结构物中的钢筋、金属结构物以及上下水金属管道等自然接地体，是减小接地电阻、节约钢材的有效措施。在变电站可利用的自然接地体有：
（1）变电站主控楼及高压配电室混凝土基础；
（2）各类设备混凝土基础；
（3）架空输电线路的“电线-杆塔”地系统；
（4）埋于地下的金属水管和有金属外皮的电缆。
对于因地质要求需要增加桩基础的，可将桩基内的钢筋引出或附加钢筋接地，这相当于做了接地深井。
在利用这些自然接地体时，要事先做好规划。由于接地通常属于电气一次部分，图纸较土建施工图出得迟，因此电气专业要事先向土建专业了解基础结构，看看有什么自然接地体可以利用，然后在向土建移交资料时增加自然接地体引出的要求，土建施工图中要按电气要求做好引出线，同时对钢筋混凝土内钢筋焊接提出要求，在施工中应严格按要求进行连接。为了充分利用人工接地体的降阻作用，应尽量避免人工接地体对自然接地的屏蔽作用。
4.防腐蚀要点分析
接地网的防腐处理是直接影响地网接地效果和有效接地寿命的关键，接地网的防腐主要取决于以下几个因素：接地体材料选择；地质条件因素；采用的防腐措施。从安全经济方面考虑，接地网应根据不同部位腐蚀特点采用必要的防腐措施，新敷设的接地网要特别注意接地体的防腐能力。接地网的防腐处理可以从以下几个方面入手：
（1）钢材本身要做防腐处理，接地体引出线的地面以下部分及接地装置的焊接处都要用沥青防腐，在做防腐之前，表面必须除锈并去除焊接处残留的焊药。经调查，地下的焊接部位若不进行特别防腐处理，其腐蚀速度远大于其它部分；接地体引出线的地面以下部分，尤其是0.3m左右深度处，由于含氧量大，其腐蚀速度也高于水平部分。
（2）水平地线回填土要结实，从地网开挖发现腐蚀严重处大都是与地线有空洞或不紧密的地方，而土块紧粘在扁铁外的腐蚀就比较少。
5.结束语
在变电站的接地网设计中，建议应综合考虑各种运行维护因素，应根据变电站的规模和站址所处的地质、地形、周围环境条件等情况综合考虑，选取效果较好、经济合理且安全可靠的降阻措施，以保证变电站设备及接地装置长期、可靠、稳定运行。
参考文献：
[1]陈军.35kV 变电站的接地系统设计与施工问题分析[J].价值工程，2010（30）.
[2]杜小军.浅谈变电站接地网的若干存在问题及对策[J].甘肃电力技术，2011，（1）：24-27.
论文作者:包乐歌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/17
标签：导体论文; 变电站论文; 土壤论文; 电流论文; 材料论文; 电阻率论文; 导电性论文; 《电力设备》2017年第28期论文;