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摘要：变电站接地系统的合理与否是直接关系到人身和设备安全的重要问题。文章对110kV变电站接地网设计的必要性、设计原则、设计方法及降阻优化措施进行了总结和分析，以便更好的提高变电站接地系统的质量。
关键词：110kV变电站；接地网设计；降阻
一、110kV变电站接地网设计的必要性
接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高；如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。
二、110kV变电站接地网设计原则
由于110kV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R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，可以根据情况恰当放宽标准，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施；考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏，应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。变电站接地网设计时应遵循以下原则：①尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地作为接地网。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。
三、110kV变电站接地网设计的方法
1、设计复合式接地网的方法
从当前的发展情况来看，变电站当中的接地网主要为人工形式的接地网，此类接地网的接地极主要为水平形式的接地极。因此，在通常情况下，会采用以下方法设计复合式接地网。第一，保证接地网当中不同网格之间的最大间距在15m以下，最小间距在6m 以上，可以根据接地网的实际情况选择适合的网格间距；第二，接地网与围墙之间的距离应保持在1.5m 左右；如果主接地网与围墙之间的距离较短，则保证其外缘处于闭合状态；要注意将外缘闭合的各个角度设计成圆弧状，并根据接地极所具有的网孔大小确定圆弧半径，以保证接地网能够起到防雷作用；第三，合理设计垂直方向的接地极与水平方向的接地极，以便可以有效避免冲击电流、跨步电压、接触电压以及散状电流对变电站当中的设备造成影响。在连接接地网当中的引下线时，要注意保证主接地网与引下线之间可以实现有效导通；同时注意连接好地面接地敷设，如避雷针等，确保主接地网与地面接地敷设之间的连接点在两处以上。第四，主接地网与变电站中各种电气设备的接地极应实现有效连接，要注意保证两者之间的距离在16m 以下；对于避雷器以及互感器等特殊设备，要设计专门的引下线。
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2、接地电阻确定方法以及降阻措施分析
对于110kV变电站而言，使接地电阻符合要求是保证接地网能够发挥作用的重要条件，按照相关标准，要使变电站当中电力设备的接地装置能够发挥避免雷电损害的作用，则应使其接地电阻符合以下要求：R ≤ 2000/I，如果I 大于4500A，则R 应小于0.5Ω ；另外应考虑根据季节变化计算接地电阻最大值，I 的取值为短路电流。当接地电阻过大时，可以采用以下方法对其进行降低。第一，对接地极进行深埋，即在地质钻孔当中打入角钢，使接地网与角钢相连；实践证明，采用深埋法可以得到较好的降阻效果；第二，换土法，即采用其他类型的土壤来换填接地网范围内的土壤，从而使土壤原有的电阻率得以降低；第三，运用降阻剂来使电阻得以降低。降阻剂能够使土壤变得潮润，从而使电极尺寸得以扩大；同时降阻剂也能够对电位分布起到改善作用，从而保证接地电阻处于较低水平。
3、二次系统接地网的设计方案
为减少一次短路对二次系统的冲击影响，必须在变电站敷设独立的二次系统等电位接地网。一般在户内安装保护装置的地点及户外端子箱、电缆沟等位置敷设铜排，形成全站的二次系统接地网，以便有效降低主接地网内的不平衡电压引人至二次系统的影响，保证二次设备的运行安全习。
四、对变电站接地网降阻技术提高的几点建议
1 适当增加接地网占地面积
在土壤电阻率一定的情况下，如果接地网三流面积越大，则电阻越小。因此增大接地网三流面积成为降阻的有效举措。从经济角度和实际情况考虑，适当增大地网面积，可起到一定的降阻效果。
2 灵活运用自然接地体
在变电站接地网的施工中要充分活用周围建筑的钢砼设施以及电站的闸门、饮水设施等自然接地体。这些导体本身电阻较小，当连入接地网系统时将有效起到降阻作用。因此在进行接地网敷设工程时相关技术人员应对周围环境进行勘测，充分高效低利用周围环境的自然界接地体，在降低电阻的同时可起到减少施工成本的作用。比如某变电站的接地网施工过程中，其变电站周围有一所废弃的小学教学楼，该教学楼的楼体较为完整，钢砼设施完好。因此该变电站在进行接地网铺设时将该小学的钢砼作为自然接地导体进行铺设，节约了工程成本，同时降低了接地网电阻。
3 进行小范围局部土壤更换
在某些土壤电阻率较高的电网架设施工处可采取小范围局部更换土壤的方法，用土壤电阻率较小的土壤对施工处土壤进行更换，可以有效地降低土壤电阻率。该种方法只适用于小范围接地网的施工，因为随着施工土壤增加其电阻率也会提高，因此此种方法具有施工局限性，受接地网施工规模的影响。如一电站的地表主要是耕土，而地层土质则主要是细砂以及粘土，土壤电阻率较大，在进行接地网施工时可能造成电阻率过大，导致事故发生。这时则可以将这部分土壤换成电阻率较小的土质，有效地减小电阻。
4 采用爆破接地法进行敷设接地网
爆破接地法即是通过爆破破坏地表层，从而形成缝隙进而填入低电阻率材料，进一步铺设接地网。这种施工方法成本较高，具有一定的施工实际操作难度，但是可以起到有效降阻的作用。
五、总结
变电站接地网是一项系统工程，随着电力系统的飞速发展，系统容量不断增大，变电站接地网面积逐渐减少，变电站接地网的设计变得越来越困难。只有对变电站的地质、地形、周围环境等各方面综合考虑，选择合适的降阻方案才能有效解决问题，以达到效果明显且节约投资的目的，设计一个“资源节约型、环境友好型” 的安全接地网，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]梁光丽.浅析110kv变电站接地网降阻方案[J].黑龙江科技信息，2010（12）.
[2]郭秀勇，贺辉，周羽生等.110kV变电站接地网的优化设计[J].电力建设，2009（06）.
论文作者:冯吉,徐振颍,史雪峰,朱满军,程晶
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/18
标签：变电站论文; 电阻率论文; 土壤论文; 电阻论文; 电位论文; 系统论文; 方法论文; 《电力设备》2016年第22期论文;