冻土地区变电站“边缘下沉式”接地网应用技术研究论文_刘情新1,刘森1,罗毅2

(1中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司 河北石家庄 050031;2国网冀北电力有限公司 北京 100053)

摘要：针对季节性冻土对变电站接地网性能影响的问题，提出了“边缘下沉式”接地网布置方案，将接地网边缘侧部分敷设在季节性冻土层以下，内侧接地网部分正常埋深敷设。“边缘下沉式”接地网能够显著提高接地网的安全性，降低季节性冻土因素对接地网的影响，边缘接地体敷设可以随围墙施工进行。相比于规范中提出的季节性冻土区接地网敷设措施，“边缘下沉式”接地网可以有效减少土方开挖，节省施工工程量。

关键词：接地网；季节性冻土；边缘下沉式

1 概述

接地网是变电站的重要组成部分，对变电站的安全运行有十分重要的意义。在我国北方季节性冻土区域，土壤冻结后会使土壤电阻率急剧上升，对变电站接地网的性能产生影响。冻土季节，地表冻结后电阻率上升，接触电势和跨步电压允许值升高，又因接地网位于冻土层以下，接触土壤电阻率较低，一般能够满足要求。在冻土融化季节表层冻土融化，土壤潮湿，使表层土壤电阻率降低，接触电势和跨步电压允许值随之降低；但由于冻土层仍然存在，接地网包裹在高电阻率土壤中，可能使接地网存在安全隐患。因此要采取必要措施来降低季节性冻土对接地网性能的影响。

2 季节性冻土对接地网的影响分析

2.1接地网结构参数分析

变电站中通常敷设复合接地网，由水平接地极与垂直接地极组成。均匀土壤中边缘闭合的复合接地网的工频接地电阻R可按下式计算，

2.2 “边缘下沉式”接地网

为减少季节性冻土对接地网性能的影响，根据《交流电气装置的接地设计规范》的规定，季节性冻土地区变电站接地网设计中通常采取如下措施：1）是将接地网埋在冻土层下0.2m；2）将水平接地网正常埋设，在接地网周围及内部接地极交叉节点布置短垂直接地极，其长度深入季节性冻土层下面2m；3）采用多根深钻式接地极来降低接地电阻。这些方式主要是保障在冻土季节，接地网能够和冻土层下方的低电阻率土壤保持足够的接触，保障接地网的散流能力。

“边缘下沉式”接地网是将接地网的边缘接地体敷设在季节性冻土层以下，使冻土季节时接地网在未冻低电阻率土壤中的总面积不发生变化，可以有效降低季节性冻土层影响，保障接地网的安全性。

3 计算比较

3.1计算条件

本文研究内容依托河北北部地区某220kV变电站工程开展，该220kV变电站冬季冻土深度可达1.3m，变电站区域面积为115×86m，入地电流为12.5kA，故障切除时间为0.45s。冻土形成会使土壤的电阻率会升高，变电站区域一年中土壤电阻率分层数据如表1所示。

表1土壤电阻率分层模型

3.2接地网模型计算

考虑夏季、冬季和春季（融化）时的土壤电阻率分层，提出“边缘下沉式”接地网模型，并且参照规范设计可以得到冻土层下方敷设接地网模型和交叉点长垂直接地极地网模型。使用接地网数值计算工具对3种接地网模型进行计算，经过计算，满足安全性要求的接地网敷设方式如下：

“边缘下沉式”接地网模型：接地网内部水平接地极在0.8m深敷设，边缘在2.5m深敷设。

冻土层下方敷设接地网模型：水平接地极在1.5m深敷设（季节性冻土层下0.2m），另需35m长垂直接地极4根;

交叉点长垂直接地极地网模型：水平接地极在1.0m深敷设，在接地网周围及接地极交叉点布置3m长垂直接地极，另需45m长垂直接地极6根。

3.3接地网经济性分析

表2 3种接地网的经济性比较

3种接地网的经济性比较见表5。“边缘下沉式”接地网的水平接地极埋深0.8m，只需要将地网边缘敷设2.5m深，并且可以和变电站的围墙基础一同施工，与冻土层下方敷设接地网和交叉点加垂直接地极的方式相比，可以取消接地深井和长垂直接地极，显著减少节省地网建设工程量。

4 “边缘下沉式”接地网的结构参数分析

根据“边缘下沉式”接地网计算模型，分析边缘压缩比和边缘埋深对接地网性能的影响。接地网内部水平接地极在0.8m深敷设，边缘在2.5m深敷设，使边缘压缩比（最外侧和次外侧水平接地极布置间距之比）从0.7增大到1.4，此时接地电阻随压缩比改变发生的变化很小，跨步电压随着压缩比的增大逐渐减小。使边缘压缩比固定，接地网边缘埋深从1.6m增加到3.2m，此时接地电阻随边缘埋深改变发生的变化很小，跨步电压随着边缘埋深的增加逐渐减小。可见，接地网的边缘埋深和边缘压缩比与接地网的安全性能有密切关系，通过优化边缘水平接地极埋深和边缘压缩比，可以改善接地网的安全性能。

结束语

在季节性冻土地区，“边缘下沉式”变电站接地网的安全性能相较于常规方式敷设的接地网有了显著提高，同时由于其特殊的结构，并且边缘部分水平接地体可以随围墙施工一同进行，因此施工工程量有显著优势。边缘接地体埋深和边缘压缩比对边缘下沉式接地网的接地电阻的影响较小，对跨步电压有较大影响，接地网设计时需比较不同参数下的接地网性能，确定合理的布置方案。

参考文献：

[1]何金良，曾嵘，高延庆，等．冰冻季节对发变电站接地系统安全性能的影响[J]．清华大学学报（自然科学版），2000，40（03）：9~11．

[2]《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065-2011）[S].2012．

论文作者:刘情新1,刘森1,罗毅2

论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期

论文发表时间:2018/12/11

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