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摘要：对于不同类型高土壤电阻率的接地网，要根据变电站现场实际情况，选择相应的降阻措施来降低接地电阻，做到既有效又经济。
关键词：高土壤电阻率接地电阻降阻措施
引言：目前随着现代化城市的迅速发展，城市用电负荷急剧增加，需要建设大批的变电站来满足供配电的要求，同时，城市土地资源非常有限，城市用地寸土寸金。因此变电站站址受诸多因素限制，大多变电站不得不建在高土壤电阻率地带，导致有效接地系统的变电站接地装置的接地电阻无法满足现行标准DL/T 621—1997《交流电气装置的接地》5.1.1中公式(5) R≤2000/I要求。所以如何有效地降低接地电阻，仍然成为电力系统中广大工程技术人员面对的主要技术难题。笔者经历过具有高土壤电阻率的临安110kV杨岭变工程的实践，取得一些经验，略作介绍。
110kV杨岭变为户外变电站，最终规模是主变压器3×50MVA，电压等级110/10kV，110kV主接线为内桥＋线变组接线，3回110kV进线均为架空进线。110kV单相短路电流为15.3kA,分流系数为0.8（注:考虑架空进线避雷线以及主变中性点的分流,参照清华大学电机工程与应用电机技术系发表的《城区及郊区110kV变电所接地系统设计技术研究》论文）,全站占地面积仅为57×59平方米，土壤的平均电阻率为420欧姆/米（详见110kV杨岭变现场1～40m深处电阻率值表），变电站西面邻近有一个约1000平方米的护坡，东面邻接13省道，沿着13省道有500米排水沟（常年有水）。
110kV杨岭变现场1～40m深处电阻率值表
本变电站的接地电阻目标值：R≤2000/I≤2000/15300×0.8≤0.16Ω（根据标准DL/T 621—1997公式5）
接地网不采取任何措施下可能达到接地电阻计算值:
R1=0.5p/√S=0.5×420/√57×59=3.62Ω（根据标准DL/T 621—1997附录A公式表A2）,远不能满足设计要求，由于场地周边条件有限，无法在原地扩大主接地网面积来降低接地电阻，经过现场勘察和研究，在东面13省道的排水沟外延水平接地体和利用护坡扩大接地网面积等方法进行综合降阻，起到了很大的降阻作用。
一、深层土壤均为高电阻率采用综合降阻方法
1）外延接地体：
沿着13省道排水沟外廷一条长500米的射线型水平接地体，每隔10米左右打入一根垂直接地极，并与主接地网两点连接。射线型水平接地极的接地电阻为：
Rj= (㏑+ A)=1.1Ω（根据标准DL/T 621—1997附录A公式A2）
L—水平接地极总长度，500m；
h—水平接地极埋深，0.4m；
d—水平接地极等效直径，0.03 m；
形状系数，取－0.6;
ρ-土壤电阻率，现场实测后取等值土壤电阻率200Ω·m
变电站总的工频接地电阻可以看成是水平地网接地电阻R1和外延接地极Rj的并联，在考虑相互之间的互阻影响后，地网总的工频接地电阻Rg为：
Rg=(R1//Rj)×Kp =(3.62//1.1)×1.5=1.27Ω
Kp—屏蔽系数，一般取1.5。
2) 扩大接地网面积：
在变电站西面邻近护坡上外延接地网,接地网面积为1000平方米，并与主接地网作两点连接。（护坡是专为110kV杨岭变而造的，所以在造护坡时选用低电阻率的土壤，现场实测后该土壤电阻率为50Ω·m。外延接地网的接地电阻：
R2=0.5p/√S=0.5×50/√1000=0.79Ω
S—外延接地网的面积，1000m2；
p—外延接地网处的实侧土壤电阻率，50Ω·m；
变电站总的工频接地电阻可以看成是水平地网接地电阻Rg和外延接接地网R2的并联，在考虑相互之间的互阻影响后，地网总的工频接地电阻R2g为：
R2g=(Rg//R2)×1.5 =(1.27//0.79)×1.5=0.73Ω
经过处延接地体以及外延接地网的降阻措施，接地网的接地电阻为0.73欧,现场实测接地网的接地电阻为0.65欧,比较接近，但仍然没达到目标值。在现有的变电站周边条件下如果再采取其它措施进一步降阻可能在技术经济上非常不合理，因此就认可杨岭变电站接地电阻为0.65欧。
二、当接地电阻不符合R≤2000/I的要求时，接地网还应符合以下要求
根据DL/T 621—1997《交流电气装置的接地》标准，当接地电阻不符合公式(5) R≤2000/I的要求时，其人工接地网及有关电气装置还应符合6.2.2要求。
（1）采取高电压隔离措施：a)变电所出入口的地面、操作地坪以及站内道路，应作特殊处理（做沥青路面）,沥青层厚度不小于12厘米;b).站内给水管采用PVC管。c).站内铺助通讯线需在对侧加装过电压保护器。
(2).校核10kV避雷器能否反向击穿。
(3) 验算接触电位差和跨步电位差。
2.1校核10kV避雷器能否反向击穿
短路电流入地时，接地电阻太大，接地电位升高，可能使变电站内10kV避雷器动作甚至发生爆炸，所以要校验接地电阻为0.65欧时,计算得10kV阀型避雷器工频放电电压值小于变电站实际选用避雷器的工频放电电压值,杨岭变电站10kV避雷器型号为HY10WZ-17/45，其工頻放电电压值为17kV。
根据电力工程电气设计手册电气一次部分（16-27）公式U=1.8IR+Ue/√3=1.8×15300×0.8×0.65+10/√3=14kV﹤17 kV
符合要求值。
U——系统接地时，避雷器的耐受电压(kV)；
I——入地短路电流(A)；
R——接地网实侧接地电阻(Ω)；
Ue——额定线电压(kV)；
2.2校验接触电势和跨步电势
经过高电压隔离措施，校验其接触电势和跨步电势,校验如下：
按标准DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》第3.4点计算所得限制值：
2.2.1在沥青混凝土地面上接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值
Ut===1320V
Us===4743V
式中：
Ut——接触电位差
Us——跨步电位差
pf——人脚站立处表面的土壤电阻率
t——接地短路电流的持续时间
pf=5000Ωm, t=0.6s
2.2.2按标准DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》附录B公式B4计算所得实际最大接触电位差
Utmax=KtmaxUg
Utmax——最大接触电位差,V;
Ktmax——最大接触电位差系数;
Ug x——接地装置的电位,V;
当接地极的埋设深度h=0.6～0.8m时, Ktmax按公式B5计算得Ktmax
Ktmax=KdKlKnKs
式中Kd﹑Kl﹑Kn和Ks是系数,可按B6计算得
Kd=0.841-0.225lgd=0.841-0.225lg0.03=1.184
Kl=1
Kn=0.076+0.776/n=0.076+0.776/14=0.131
Ks=0.234+0.414lg√S=0.234+0.414lg√57×59=0.964
Ug=I*R=15300×0.8×0.65=7956V
Ktmax=KdKlKnKs=1.184*1*0.131*0.964=0.15
Utmax=KtmaxUg=0.15*7956=1193V<1320V
式中:
d——均压带等效直径;
n——均压带计算根数;
S—主接地网的面积， m2;
I—入地短路电流, A;
R—实测接地电阻。
2.2.3根据标准DL/T 621—1997附录B公式B8,计算接地网的实际最大跨步电压（V）：
Usmax=KkUg
T——跨步距离,T=0.8m,
h——接地极的埋设深度, h=0.8m;
n=2(L/L0)( L0/4√S)1/2=2(10×59+14×57/232)(232/4√57×59) 1/2=12
L——水平接地极的总长度, m;
L0——接地网的外缘边线总长度, m;
S—主接地网的面积， m2;
计算得Kk=0.068
Usmax=KkUg=0.068×7956=541V<4743V
Usmax——最大跨步电位差,V;
Kk——最大跨步电位差系数;
经以上接触电势和跨步电势校验符合规程规范要求。
三、结论
经过以上的计算分析，对于高土壤电阻率的接地网，土壤越往土壤深层，土壤电阻率越大，需要采取多种降阻措施进行降阻，①采用外延接地体；②扩大接地网面积；③采用低电阻率土壤（换土）；④地表面采用新型高电阻率的材料，提高接触电势、跨步电势值。外延接地体、扩大接地网最好要设置在人员以及马匹等不进入外延接地体以及外延接地网区，如经常有人员以及马匹进入外延接地网，要进行隔离，并对其接触电势和跨步电势要求要更加严格，马虎不得。采用低电阻率土壤（换土）这一方法用于本来就要填土的工程，这样即经济又有效。对于这种类型的接地网，采用深井降阻措施，即没有降阻效果，又浪费投资。
综上所述，采取什么样降阻措施，要根据变电站现场的情况找出其有利于设计及降阻的現场条件，灵活运用降阻措施。但不论采用什么样的降阻措施都一定要考虑其安全性，特别是在人们经常出入的地方接触电及跨步电压一定要符合规程规范要求，严防接触电及跨步电压伤人。
参考文献：
【1】水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分.中国电力出版社，1996.
【2】中华人民共和国电力行业标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》.中国电力出版社出版，1997.
【3】清华大学电机工程与应用电机技术系. 《城区及郊区110kV变电所接地系统设计技术研究》论文）
作者简历：柯荷秀,女, 出生于1980.9,浙江台州人,助理工程师,长期从事110kV及以上变电站的电气设计。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：高土壤电阻率接地电阻降阻措施
引言：目前随着现代化城市的迅速发展，城市用电负荷急剧增加，需要建设大批的变电站来满足供配电的要求，同时，城市土地资源非常有限，城市用地寸土寸金。因此变电站站址受诸多因素限制，大多变电站不得不建在高土壤电阻率地带，导致有效接地系统的变电站接地装置的接地电阻无法满足现行标准DL/T 621—1997《交流电气装置的接地》5.1.1中公式(5) R≤2000/I要求。所以如何有效地降低接地电阻，仍然成为电力系统中广大工程技术人员面对的主要技术难题。笔者经历过具有高土壤电阻率的临安110kV杨岭变工程的实践，取得一些经验，略作介绍。
110kV杨岭变为户外变电站，最终规模是主变压器3×50MVA，电压等级110/10kV，110kV主接线为内桥＋线变组接线，3回110kV进线均为架空进线。110kV单相短路电流为15.3kA,分流系数为0.8（注:考虑架空进线避雷线以及主变中性点的分流,参照清华大学电机工程与应用电机技术系发表的《城区及郊区110kV变电所接地系统设计技术研究》论文）,全站占地面积仅为57×59平方米，土壤的平均电阻率为420欧姆/米（详见110kV杨岭变现场1～40m深处电阻率值表），变电站西面邻近有一个约1000平方米的护坡，东面邻接13省道，沿着13省道有500米排水沟（常年有水）。
110kV杨岭变现场1～40m深处电阻率值表
本变电站的接地电阻目标值：R≤2000/I≤2000/15300×0.8≤0.16Ω（根据标准DL/T 621—1997公式5）
接地网不采取任何措施下可能达到接地电阻计算值:
R1=0.5p/√S=0.5×420/√57×59=3.62Ω（根据标准DL/T 621—1997附录A公式表A2）,远不能满足设计要求，由于场地周边条件有限，无法在原地扩大主接地网面积来降低接地电阻，经过现场勘察和研究，在东面13省道的排水沟外延水平接地体和利用护坡扩大接地网面积等方法进行综合降阻，起到了很大的降阻作用。
一、深层土壤均为高电阻率采用综合降阻方法
1）外延接地体：
沿着13省道排水沟外廷一条长500米的射线型水平接地体，每隔10米左右打入一根垂直接地极，并与主接地网两点连接。射线型水平接地极的接地电阻为：
Rj= (㏑+ A)=1.1Ω（根据标准DL/T 621—1997附录A公式A2）
L—水平接地极总长度，500m；
h—水平接地极埋深，0.4m；
d—水平接地极等效直径，0.03 m；
形状系数，取－0.6;
ρ-土壤电阻率，现场实测后取等值土壤电阻率200Ω·m
变电站总的工频接地电阻可以看成是水平地网接地电阻R1和外延接地极Rj的并联，在考虑相互之间的互阻影响后，地网总的工频接地电阻Rg为：
Rg=(R1//Rj)×Kp =(3.62//1.1)×1.5=1.27Ω
Kp—屏蔽系数，一般取1.5。
2) 扩大接地网面积：
在变电站西面邻近护坡上外延接地网,接地网面积为1000平方米，并与主接地网作两点连接。（护坡是专为110kV杨岭变而造的，所以在造护坡时选用低电阻率的土壤，现场实测后该土壤电阻率为50Ω·m。外延接地网的接地电阻：
R2=0.5p/√S=0.5×50/√1000=0.79Ω
S—外延接地网的面积，1000m2；
p—外延接地网处的实侧土壤电阻率，50Ω·m；
变电站总的工频接地电阻可以看成是水平地网接地电阻Rg和外延接接地网R2的并联，在考虑相互之间的互阻影响后，地网总的工频接地电阻R2g为：
R2g=(Rg//R2)×1.5 =(1.27//0.79)×1.5=0.73Ω
经过处延接地体以及外延接地网的降阻措施，接地网的接地电阻为0.73欧,现场实测接地网的接地电阻为0.65欧,比较接近，但仍然没达到目标值。在现有的变电站周边条件下如果再采取其它措施进一步降阻可能在技术经济上非常不合理，因此就认可杨岭变电站接地电阻为0.65欧。
二、当接地电阻不符合R≤2000/I的要求时，接地网还应符合以下要求
根据DL/T 621—1997《交流电气装置的接地》标准，当接地电阻不符合公式(5) R≤2000/I的要求时，其人工接地网及有关电气装置还应符合6.2.2要求。
（1）采取高电压隔离措施：a)变电所出入口的地面、操作地坪以及站内道路，应作特殊处理（做沥青路面）,沥青层厚度不小于12厘米;b).站内给水管采用PVC管。c).站内铺助通讯线需在对侧加装过电压保护器。
(2).校核10kV避雷器能否反向击穿。
(3) 验算接触电位差和跨步电位差。
2.1校核10kV避雷器能否反向击穿
短路电流入地时，接地电阻太大，接地电位升高，可能使变电站内10kV避雷器动作甚至发生爆炸，所以要校验接地电阻为0.65欧时,计算得10kV阀型避雷器工频放电电压值小于变电站实际选用避雷器的工频放电电压值,杨岭变电站10kV避雷器型号为HY10WZ-17/45，其工頻放电电压值为17kV。
根据电力工程电气设计手册电气一次部分（16-27）公式U=1.8IR+Ue/√3=1.8×15300×0.8×0.65+10/√3=14kV﹤17 kV
符合要求值。
U——系统接地时，避雷器的耐受电压(kV)；
I——入地短路电流(A)；
R——接地网实侧接地电阻(Ω)；
Ue——额定线电压(kV)；
2.2校验接触电势和跨步电势
经过高电压隔离措施，校验其接触电势和跨步电势,校验如下：
按标准DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》第3.4点计算所得限制值：
2.2.1在沥青混凝土地面上接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值
Ut===1320V
Us===4743V
式中：
Ut——接触电位差
Us——跨步电位差
pf——人脚站立处表面的土壤电阻率
t——接地短路电流的持续时间
pf=5000Ωm, t=0.6s
2.2.2按标准DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》附录B公式B4计算所得实际最大接触电位差
Utmax=KtmaxUg
Utmax——最大接触电位差,V;
Ktmax——最大接触电位差系数;
Ug x——接地装置的电位,V;
当接地极的埋设深度h=0.6～0.8m时, Ktmax按公式B5计算得Ktmax
Ktmax=KdKlKnKs
式中Kd﹑Kl﹑Kn和Ks是系数,可按B6计算得
Kd=0.841-0.225lgd=0.841-0.225lg0.03=1.184
Kl=1
Kn=0.076+0.776/n=0.076+0.776/14=0.131
Ks=0.234+0.414lg√S=0.234+0.414lg√57×59=0.964
Ug=I*R=15300×0.8×0.65=7956V
Ktmax=KdKlKnKs=1.184*1*0.131*0.964=0.15
Utmax=KtmaxUg=0.15*7956=1193V<1320V
式中:
d——均压带等效直径;
n——均压带计算根数;
S—主接地网的面积， m2;
I—入地短路电流, A;
R—实测接地电阻。
2.2.3根据标准DL/T 621—1997附录B公式B8,计算接地网的实际最大跨步电压（V）：
Usmax=KkUg
T——跨步距离,T=0.8m,
h——接地极的埋设深度, h=0.8m;
n=2(L/L0)( L0/4√S)1/2=2(10×59+14×57/232)(232/4√57×59) 1/2=12
L——水平接地极的总长度, m;
L0——接地网的外缘边线总长度, m;
S—主接地网的面积， m2;
计算得Kk=0.068
Usmax=KkUg=0.068×7956=541V<4743V
Usmax——最大跨步电位差,V;
Kk——最大跨步电位差系数;
经以上接触电势和跨步电势校验符合规程规范要求。
三、结论
经过以上的计算分析，对于高土壤电阻率的接地网，土壤越往土壤深层，土壤电阻率越大，需要采取多种降阻措施进行降阻，①采用外延接地体；②扩大接地网面积；③采用低电阻率土壤（换土）；④地表面采用新型高电阻率的材料，提高接触电势、跨步电势值。外延接地体、扩大接地网最好要设置在人员以及马匹等不进入外延接地体以及外延接地网区，如经常有人员以及马匹进入外延接地网，要进行隔离，并对其接触电势和跨步电势要求要更加严格，马虎不得。采用低电阻率土壤（换土）这一方法用于本来就要填土的工程，这样即经济又有效。对于这种类型的接地网，采用深井降阻措施，即没有降阻效果，又浪费投资。
综上所述，采取什么样降阻措施，要根据变电站现场的情况找出其有利于设计及降阻的現场条件，灵活运用降阻措施。但不论采用什么样的降阻措施都一定要考虑其安全性，特别是在人们经常出入的地方接触电及跨步电压一定要符合规程规范要求，严防接触电及跨步电压伤人。
参考文献：
【1】水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分.中国电力出版社，1996.
【2】中华人民共和国电力行业标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》.中国电力出版社出版，1997.
【3】清华大学电机工程与应用电机技术系. 《城区及郊区110kV变电所接地系统设计技术研究》论文）
作者简历：柯荷秀,女, 出生于1980.9,浙江台州人,助理工程师,长期从事110kV及以上变电站的电气设计。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。