110kV变电站地网接地电阻超标及改造措施

110kV变电站地网接地电阻超标及改造措施摘要：变电站是城乡电力系统的重要组成部分，其接地问题对于变电站的安全稳定运行具有重要意义。本文结合某变电站的实际情况，介绍了变电站地网接地电阻超标的原因，着重针对地网改造方案进行探讨。关键词：变电站；接地网；接地电阻；改造方案1引言随着我国社会经济建设的快速发展，政府加大了对城乡基础设施建设的投资力度，特别是电力系统的建设，这也使得城乡变电站数量逐渐增加。变电站是城乡电力系统的重要部分，在确保工农业及居民日常用电和促进城市经济发展方面发挥着重要的作用。地网接地是变电站常见的问题，接地电阻的大小是检验接地网性能的重要指标，对变电站的安全稳定运行起到非常大影响。目前，许多变电站所处地区的土壤电阻率较高，导致接地电阻值比较大，这不仅会造成地网局部电压异常升高，致使变电站二次身边的绝缘受到破坏，甚至会造成监测或控制设备出现误动和拒动等现象，威胁到运行人员的人身安全。因此，如何有效降低变电站地网的接地电阻和确保接地电阻达标就成为了电站管理人员面临的难题。2变电站情况介绍某变电站是在山体推平的基础上建设规划的，所以土壤以山岩以及残积砾质粘性土为主，土壤电阻率比较高。在变电站旁边的空地上进行了分层电阻率测试，测试的结果为：在40m、30m、20m、10m处的土壤电阻率分别为432Ω·m、923Ω·m、837Ω·m、640Ω·m，算术平均值为708Ω·m。在变电站的周边四个方向又进行了土壤电阻率的测试，结果土壤电阻率在700Ω·m之间，属于土壤电阻率偏高的地区。由测试结果可知，纵向分布随地层加深，其值先上升后下降，这与变电站所处位置的地形地貌有关。站内接地网长度为83.5m，宽度为69.4m，在施工后测试发现，接地电阻R达到4.528Ω，严重超过设计值，不符合设计要求，因而必须进行降阻设计。3地网接地电阻超标通过现场勘察，分析变电站接地电阻超标有如下几个原因。(1)接地电阻不稳定。由于变电站所在位置中间高，四边低，且土壤为响砂风化石土壤，周围的土质也是沙质土壤，保水性差。一旦遇到天旱，土壤极易失去水分，使土壤电阻率升高，也就使接地装置的接地电阻迅速反弹，这也就是接地装置的接地电阻随天气变化而变化的原因。(2)土层薄，地质条件差。变电站所处的土质一般为风化石土壤或碎石土壤、土层薄，一般不足30cm，很多地方为岩石，没有土层。由于土层薄，严重影响水平接地体和垂直接地体的埋深。由于接地体浮在地表，一方面由于土层土壤土质松散，接地体不能与大地紧密接触，造成接触电阻大，且因土壤干湿度易变化，而造成接地体的接地电阻不稳定。另一方面由于上层土壤含氧量高，接地体易发生吸氧腐蚀，而使接地体与周围土壤之间的接触电阻增大。(3)场地狭小，接地网面积偏小，使接地电阻偏高。4地网改造方案4.1接地降阻设计目标值变电站接地装置的工频接地电阻R≤2000/I=2000/1379.5=1.45Ω；考虑到电力系统20年的发展，变电站的接地短路电流增大，为了最大限度地保护变电站的安全，将接地装置的工频接地电阻设为0.85Ω。变电站内跨步电压允许值：设备接触电压：4.2降阻设计方案确定该变电站建在经济开发区，扩大接地网面积进行降阻显然不可取；变电站建设在山岩推平基础上，下层土壤为岩石，土壤电阻率比上层土壤电阻率高，土壤电阻率在垂直方向上分布是深层土壤电阻率高于表层的土壤电阻率，不符合深井接地极的条件。不适合深井接地法，何况采用深井式接地极会极大的提高成本，并且效果不是很显著；对变电站周边建筑进行了仔细的调研，发现利用自然接地体也是不合适的。在高土壤电阻率地区，当在发电厂、变电所2000m以内有较低电阻率的土壤时，可敷设引外接地极。在对站址附近的土壤电阻率水平方向以及垂直方向进行测量后，进行综合分析，决定采用外引接地加以降阻剂配合的降阻方法。对于锈蚀的地网实行开挖翻修的处理，在接地体周围施加GPF-94a高效膨润土降阻防腐剂，并按照要求用量与施工。由于该降阻剂具有降阻性能好、吸水保水性强、对接地体腐蚀率极低及无毒无污染等优良特性，并且在结合外延法处理多座大中型接地网均有良好稳定的降阻效果，改造完毕的测试验收也证明了其降阻效果。4.3接地电阻降阻计算在该站所处位置附近选取了两处进行了土壤电阻率的测量：(1)变电站站外北侧5m，围墙外背对大门侧，距离围墙5m处，极间距a=10m,测试电阻R=6.4Ω，季节系数ψ取1.6，电阻率ρ=2πRaψ=2π×10×6.4×1.6=643Ω.m。另改变极间距a=5m,R=21Ω，电阻率ρ=2πRaψ=2π×5×21×1.6=1055Ω.m。(2)在变电站站外东侧公路北侧150m，电站站外距变电站150m处测量，极间距a=10m,R=4.9Ω，ψ取1.6，电阻率ρ=2πRaψ=2π×10×4.9×1.6=492.35Ω·m。另改变极间距a=5m,R=9Ω，电阻率ρ=2πRaψ=2π×5×9×1.6=452.16Ω·m。根据变电站附近土壤电阻率测试结果，在变电站东侧的道路两边，沿道路两侧的土壤电阻率相对较低，普遍比变电站土壤电阻率低，在距变电站140米处，a=10m时土壤电阻率为492.35Ω.m，a=5m时土壤电阻率为452.16Ω.m，且道路两边的土壤电阻率由西向东有递减的趋势，适合做外延地网。另外，道路为开发区规划道路，两边的空地无人使用，不会产生征地产生的不必要纠纷，建设成本较低。(1)选站外东侧道路北边作为水平外延一号接地网，长为320m，宽为5m，内部做成10m×5m的网格。接地体使用60×6镀锌扁钢，埋深为1.2m。交点处打垂直接地极。垂直接地极为50×5的角钢。外延接地网接地电阻为：S=320×5=1600m2；h=1.2m；d=0.016m；L=805m；L0=650m；ρ=492Ω·m式中S—接地网的总面积，m2h—水平接地体的埋设深度，md—水平接地极的直径或等效直径，mL—水平接地极的总长度，mL0—接地网的外缘边线总长度，mρ—土壤电阻率，Ω·m根据式(1)、式(2)、式(3)和式(4)可求出Rn1=2.705Ω。(2)选站外东侧道路南边作为水平外延二号接地网，长为320m，宽为10m，内部做成10m×10m的网格。接地体使用60×6镀锌扁钢，埋深为1.2m。交点处打垂直接地极。垂直接地极为50×5×5的角钢。同理计算可得Rn2=0.655×3.6337=2.38Ω。(3)为了降阻和防腐，在扩大接地网的水平接地体四周敷设截面尺寸为0.2m×0.2m的GPF-94高效膨润土降阻防腐剂，站址东侧道路北边水平外延一号接地网添加降阻剂后的电阻为：Rg1=Rn1×Kf×Kp=2.705×0.5×1.2=1.623Ω。Kf为降阻剂的降阻系数。降阻剂的施加尺寸为0.2×0.2，根据GPF-94降阻剂的降阻系数和用量表(见表1)，Kf=0.5；Kp为大型地网的屏弊系数,Kp一般为1.2～1.4。表1GPF-94降阻剂的降阻系数和用量同理可得，站址东侧道路南侧水平外延二号地网添加降阻剂后的电阻为：Rg2=1.428Ω与站内地网并联后，R站内电阻//Rg1//Rg2=0.6504Ω，考虑到互电阻的影响可把接地电阻降到0.8134Ω左右，考虑到降阻剂的特性，一年以后可以把接地电阻降到0.8Ω以下。一号、二号外延地网设计方案图如图1所示.图1一号、二号外延接地网设计方案图5热稳定参数校验另外，还需考虑接地引下线的截面大小是否符合接地短路电流热稳定的要求：式中Sg—接地线的最小截面，mm2Ig—流过接地线的短路电流稳定值te—接地短路的等效持续时间，取0.5sc—接地线的热稳定系数6结束语变电站地网接地电阻的大小是检测接地网性能的主要指标，也是影响变电站安全运行的重要因素。因此，在高电阻率地区进行接地网设计时，应根据变电站的实际情况，采用性能较好的降阻剂进行降阻，同时在保证接地电阻值和人员安全的情况下，制定出经济性较好的设计方案，并且尽量减少接地体之间的相互屏蔽，最大限度发挥出降阻效果，以节约投资费用，实现变电站的综合效益。参考文献[1]陆德琳.接地模块在降低变电站接地电阻中的应用[J].电气技术.2012年第01期[2]曹绍虹.有效降低110kv变电站地网接地电阻的方法[J].企业科技与发展·下半月.2008年第07期