摘要：本文结合山地风电场升压站接地工程设计与施工的实例，论证了电解离子接地阵列在山区岩石地带使用的可行性，为高土壤电阻率地区风电场升压站接地方案选择提供了可靠的工程实例经验。
关键词：电解离子 接地 山地风电场
1.前言
山西苛岚县某风电场220kV升压站选址在山西省吕梁山区西北部山梁，场地标高1992m，升压站场地区域地质单元为华北地台，地处山西断隆的的西部吕梁隆起区。根据工程施工勘探情况，站址7m深度内地基为石灰岩层，7米以下未勘探,实测岩石电阻率平均为2800～3200Ω.M,按设计要求建成后升压站接地电阻应≤0.5Ω。
接地网作为变电所交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的作用。初始设计时，该风电场220kV升压站内接地设计图纸为55×42米接地网,接地极使用离子接地棒,水平接地网使用60×8镀锌扁钢,岩石电阻率平均为2800～3800Ω.M。
根据传统地网面积——接地电阻的估算公式计算：
R =0.5ρ/S½*K
=0.5×3000/48×1.5
=20.83Ω
其中：
ρ（Ω.m）-----土壤电阻率
S（m2）---------地网面积
R(Ω)---------- 接地电阻
K---------- 降阻系数取1.5
远远达不到设计要求的接地电阻0.5Ω。
2.可能的解决方案
为了降低接地网接地电阻，一般从两种途径着手，一是增大接地体几何尺寸，以增大接地体的电容C；每扩大4倍的接地面积，接地电阻会降低一倍。二是改善地质电学性质，减小土壤电阻率ρ。每降低2倍电阻率，接地电阻会降低一倍。本项目在设计阶段考虑了多种方案来降低接地电阻：
2.1增大接地网面积
经过计算，由于土壤电阻率高，升压站的全部可利用面积都布设接地网后，仍不能满足要求，需要外引辅助接地网。即需要把现有升压站开挖的基础底部、升压站护坡内部及站外水井旁制作三个网格结构地网相连接，才能基本满足要求，工程量很大。经计算外引辅助接地网总费用约为80万元。
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2.2深埋接地体
由于该升压站位于岩石山包上，接地电阻率随地层深度的增加基本变化不大。由于电阻率变化不大，增加接地网的埋深只能增大接地网的电容。比起接地网的平面尺寸小得多的有限埋深，所增加的储藏能量的介质空间极为有限，对减小接地电阻作用不明显。根据本站的接地网形状，该方案需要升压站的四个边角处各打一个350m的深井接地极。计算总费用约为160 万元。
2.3深孔爆破接地技术
爆破接地技术是近年来发展起来的一种新的接地施工技术。其基本方法是采用钻孔机在地中垂直钻一定直径、深度为10～100m的孔；在孔中插入接地电极，然后沿孔的整个深度隔一定距离安放一定量的炸药来进行爆破，将岩石爆裂、爆松；接着用压力机将低电阻率材料压入深孔中及爆破制裂产生的缝隙中，从而达到较大幅度降低接地电阻的目的。该方案对升压站建筑基础具有一定的影响，且危险性较大，本项目不宜采用。
2.4人工改善地电阻率
在高电阻率地区采用人工改善地电阻率的方法，对减小接地电阻具有一定效果。但是大面积的换填造价过于高昂，本项目不适用。
3.可行的解决方案
该风电场升压站所处的岩石山地，导致以上几种方案均不能使用，经过研究，最终本工程采用了“电解离子接地阵列”技术，实现了降阻效果。
3.1电解离子接地阵列介绍
电解离子接地阵列由一定数量的电解离子接地极组成，每一个接地极一般由多根空心铜管或不锈钢管组成。管内含有环保型无污染的中性晶体电解质和高分子材料，管体有多个呼吸排泄孔，能够不断主动吸收周围环境中存在的水分子并与之相结合，在潮解作用下，产生电解液，通过底部出液孔，缓慢释放出活性电解离子，在与之配套的长效防腐填充剂的双重释放、吸收作用下，均匀流入土壤中，并向四周不断持续扩散，形似“根状网络”。由于管子持续不断释放活性电解离子，降低了周围土壤的电阻率，还可以长期保持土壤的良好导电性能，起到长效作用。
3.2安装
电解离子接地极的安装极为简便。沟道开挖好后，将电解离子接地极放置妥当，连接接地线后，四周填充搅拌好的长效防腐填充剂，并浇水后即可回填。工艺简单，质量易于控制。
3.3使用效果
该升压站最终安装了95套电解离子接地极，最终使得地网阻抗降到0.49Ω，达到了设计要求。且经过3年多的使用，接地电阻始终稳定，没有超标。
4.结论
电解离子接地阵列结构简单，安装方便，能在非常劣质的土壤条件及岩石地区把接地电阻降到设计要求值以下，具有长效、无毒、耐腐蚀等优点。对于高土壤电阻率和接地网面积受限制地区效果都十分显著，值得广泛推广。
参考资料：
【1】梅卫群，江燕如.建筑防雷工程与设计.北京：气象出版社，2004
【2】杨丹，王洪泽 ，电解地极降低变电站地网接地电阻实例，电力建设，2004,10
【3】解广润.电力系统接地技术.北京：水利电力出版社，1991
论文作者:赵健
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/7
标签：电阻率论文; 电阻论文; 离子论文; 土壤论文; 阵列论文; 岩石论文; 风电场论文; 《电力设备》2017年第22期论文;