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摘 要：本文针对岩石地区变电站接地网设计与施工，进行难点分析；采用传统方法时，因岩石地区回填土不够密实，接地装置与土壤存在较大的接触电阻，导致接地电阻值难以满足设计、规范要求；在此总结解决难题的经验，促进岩石地区接地网设计、施工水平整体提升，以供参考。
关键词：岩石；土壤电阻率；散流电阻；电位分布
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0063-02
1 工程概述
某西电东送500kV变电工程，垂直接地极采用镀锌角钢L50×50×5，长L=2500，水平接地体采用镀锌扁钢-60×8，接地装置施工工程量包括接地极310根，水平接地体（以下简称“接地线”）13000m，500kV构架避雷针9基；站区土壤电阻率（128Ω/m）土石比为1.5：8.5。
技术难点：地质结构为岩石地区，上层分布多为碎石、巨石。设计计算土壤电阻率与实际存在差异，主要体现在岩石區爆破开挖前后，实际土壤电阻率发生变化，之前密实的岩石变成了松动的石渣，特别是回填区，石块之间存在大大小小的间隙，接地装置与土壤的接触实际并非面接触，而是点接触，接触电阻比较大，且为不定值，它与施工时的压实度、回填颗粒状况及水分含量等有关。
2 接地网特性参数
接地网安全性能指标主要包括：接地阻抗、接触电位差、跨步电位差、地线分流及分流系数、地网电位升高和电位差等。确保接触电位差和跨步电位差满足安全限制要求，实现确保人身安全；综合考虑地网接地阻抗和入地短路电流水平，控制地网允许电位升高水平和网内电位差在安全值以下，实现确保设备安全。
接地阻抗是接地网最重要的特性参数，但并不是唯一的、绝对的参数指标。对于同一接地网，接地阻抗一定，当入地短路电流不一样时，接地网相关参数都会随之变化。接地网的状况评估应综合考虑各项指标，对接地网的各项参数进行全面考核，根据各项指标综合判断接地网的状况。
2.1 接地阻抗
接地电阻由接地回路中导体的电阻、接地体与土壤间的接触电阻及土壤的散流电阻等组成。在岩石地区，接触电阻、散流电阻存在较大的不确定性。
通常接地网感性分量占接地阻抗分量比例较小，接地阻抗也称为接地电阻。但如果接地网面积很大、土壤电阻率较低时，接地阻抗中的感性分量已大到不可忽视。接地阻抗感性分量以阻抗角表示，影响阻抗角的因素有接地网规模、土壤电阻率大小、电流注入点位置和接地网网格密度、垂直接地极。
2.2 接触电位差与跨步电位差
变电站接地网入地短路电流的接触电位差和跨步电位差应控制在安全范围，110kV及以上有效接地系统发生单相接地或同点两相接地时，变电站接地网的接触电位差和跨步电位差不应超过由下列公式计算所得的数值：
Ut=（174+0.17ρsCs）/（√ts）（1）
Us=（174+0.7ρsCs）/（√ts）（2）
Cs=1-ρs/（2hs+0.09）（3）（跨步电位差、接触电位差计算误差在5%以内时）
Us——跨步电位差允许值（V）；
Ρs——地表层的电阻率（m）；
ts——接地故障电流持续时间（s）；
hs——表层土壤厚度；
Cs——表层衰减系数。
跨步电位差和接触电位差安全限值与接地短路（故障）电流持续时间呈现负相关性，接地短路故障切除时间越短，即越快切除接地短路故障，容许的跨步电位差和接触电位差水平越高。故障持续时间取一级后备保护（主保护失灵）动作时限。
3 设计优化
随着电力系统容量的不断增加，流经接地网的入地短路电流也越来越大，要确保人身、设备安全以及系统的正常运行，不仅要降低接地阻抗，还要考虑接地网表面的电位分布。
3.1 接地体埋设
岩石地区回填区原接地线布置在地面以下0.6～0.8m，改为沿坡面布置，见图1所示。埋设深度为站区地面以下0.7m、且接地体在原状土表面以下0.1m，埋设泥土断面为200×200mm2；非回填区接地线埋设泥土厚度200mm，接地沟埋设泥土断面200×200mm2。
改进效果：接地线敷设在松散的回填土中，改为敷设至密实的原状土中，接地装置与土壤的接触电阻明显降低，从而降低了接地装置周围土壤的散流电阻。
3.2 接地体焊接工艺
相邻垂直接地体在纵横线上间隔为10m，水平接地体间距为5m，网孔对角布置接地极；原设计接地极与接地线焊接的基础上，在接地线与接地线的交叉点增加等电位桥接。
采用长15cm热镀锌角钢（L50×5），对交叉接地线桥接，实现等电位可靠连接。
达到的效果：实现多根垂直接地体的并联，增强了散流效果，降低了接地网网孔电压和跨步电压，实现跨步电压和接触电压限制在容许的极限范围内。
3.3 接地网不等间距布置
以往接地网的均压导体按等间距布置，地网的边角处泄放电流远大于中心处，地电位分布不均匀，边角网孔电势大大高于中心网孔电势；但如果接地网是不对称结构，统计表明，最大网孔电压不一定存在于边角处。
优化方案：接地极按平均10m不等间距分布，主接地网施工图在基础平面布置图的基础上进行设计，避免主接地网与基础交叉；标明电缆沟与基础在接地网的布置图中坐标位置，注明电缆沟起点和终点的沟底标高。
达到的效果：增加地网敷设后的稳定性，布置位置具有较好的散流效果，从而提高中部导体的泄放电流密度分布，相应降低边缘导体的泄放电流密度，使中部导体得到充分的利用。
4 施工要点
4.1 垂直接地体施工
（1）垂直接地极埋设，基本采用水冷钻机钻孔（￠80～￠100mm深2500mm）后植入，控制接地极的间距不小于5m，降低屏蔽效应的影响。
（2）每个需钻孔埋设的接地极按“植树”工艺流程进行施工：接地极定位，钻孔，植入接地极，回填细软碎土，夯实（采用细长钢筋），浇水，补充碎土夯实。
4.2 水平接地体施工措施
（1）测量放样，确定钻越电缆沟位置和高程控制点，做到电缆沟开挖不伤及接地体。
（2）水平接地体埋设采用机械与人工结合的方式进行施工；地质结构为土壤结合粉石的区域可采用风镐结合挖掘机进行接地槽施工，地质结构为坚硬岩石的区域，采用挖掘机结合爆破进行接地槽施工。
（3）变电站大门及建筑物大门出入口均压带、靠近围墙的接地网外缘等关键点严格按照图纸施工，接地网外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧，圆弧半径不小于均压带间距的一半。
4.3 回填土与引出线
（1）接地体分片区敷设，并经监理验收合格后，分片区回填，沟底应无碎石或松散石块，均为密实岩层或泥土，水平接地体贴近密实土壤，接地体周围的回填土不应夹有石块或杂物，回填土采用泥土，如外运土应无腐蚀性，回填土截面不小于200×200mm2。
（2）接地网引出线应做好标识；接地装置的接地应与单独的接地干线连接，不得将几个需要接地的电气装置用接地线串联接地，防止接触电位差因接地不可靠而升高。
（3）引出线与构、支架等连接时，接触面导电应良好，压接面应平整、贴合，紧固前应消除应力；引出线接地点，应防止喷漆影响接触面的导电性能。
（4）变电站接地网应与110kV及以上架空线路的避雷线直接相连。
5 结束语
目前，变电工程竣工验收时，经常出现主接地网接地阻抗不满足设计规范要求的情况，后续弥补有时会十分困难。这里介绍岩石地区的接地网设计优化与施工经验，供相关人员参考，使得电网运行安全和人身安全更加有保障。
参考文献
[1]何金良，曾 嵘，著.电力系统接地技术.北京科学技术出版社，2007，02.
收稿日期：2018-9-13
关键词：岩石；土壤电阻率；散流电阻；电位分布
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0063-02
1 工程概述
某西电东送500kV变电工程，垂直接地极采用镀锌角钢L50×50×5，长L=2500，水平接地体采用镀锌扁钢-60×8，接地装置施工工程量包括接地极310根，水平接地体（以下简称“接地线”）13000m，500kV构架避雷针9基；站区土壤电阻率（128Ω/m）土石比为1.5：8.5。
技术难点：地质结构为岩石地区，上层分布多为碎石、巨石。设计计算土壤电阻率与实际存在差异，主要体现在岩石區爆破开挖前后，实际土壤电阻率发生变化，之前密实的岩石变成了松动的石渣，特别是回填区，石块之间存在大大小小的间隙，接地装置与土壤的接触实际并非面接触，而是点接触，接触电阻比较大，且为不定值，它与施工时的压实度、回填颗粒状况及水分含量等有关。
2 接地网特性参数
接地网安全性能指标主要包括：接地阻抗、接触电位差、跨步电位差、地线分流及分流系数、地网电位升高和电位差等。确保接触电位差和跨步电位差满足安全限制要求，实现确保人身安全；综合考虑地网接地阻抗和入地短路电流水平，控制地网允许电位升高水平和网内电位差在安全值以下，实现确保设备安全。
接地阻抗是接地网最重要的特性参数，但并不是唯一的、绝对的参数指标。对于同一接地网，接地阻抗一定，当入地短路电流不一样时，接地网相关参数都会随之变化。接地网的状况评估应综合考虑各项指标，对接地网的各项参数进行全面考核，根据各项指标综合判断接地网的状况。
2.1 接地阻抗
接地电阻由接地回路中导体的电阻、接地体与土壤间的接触电阻及土壤的散流电阻等组成。在岩石地区，接触电阻、散流电阻存在较大的不确定性。
通常接地网感性分量占接地阻抗分量比例较小，接地阻抗也称为接地电阻。但如果接地网面积很大、土壤电阻率较低时，接地阻抗中的感性分量已大到不可忽视。接地阻抗感性分量以阻抗角表示，影响阻抗角的因素有接地网规模、土壤电阻率大小、电流注入点位置和接地网网格密度、垂直接地极。
2.2 接触电位差与跨步电位差
变电站接地网入地短路电流的接触电位差和跨步电位差应控制在安全范围，110kV及以上有效接地系统发生单相接地或同点两相接地时，变电站接地网的接触电位差和跨步电位差不应超过由下列公式计算所得的数值：
Ut=（174+0.17ρsCs）/（√ts）（1）
Us=（174+0.7ρsCs）/（√ts）（2）
Cs=1-ρs/（2hs+0.09）（3）（跨步电位差、接触电位差计算误差在5%以内时）
Us——跨步电位差允许值（V）；
Ρs——地表层的电阻率（m）；
ts——接地故障电流持续时间（s）；
hs——表层土壤厚度；
Cs——表层衰减系数。
跨步电位差和接触电位差安全限值与接地短路（故障）电流持续时间呈现负相关性，接地短路故障切除时间越短，即越快切除接地短路故障，容许的跨步电位差和接触电位差水平越高。故障持续时间取一级后备保护（主保护失灵）动作时限。
3 设计优化
随着电力系统容量的不断增加，流经接地网的入地短路电流也越来越大，要确保人身、设备安全以及系统的正常运行，不仅要降低接地阻抗，还要考虑接地网表面的电位分布。
3.1 接地体埋设
岩石地区回填区原接地线布置在地面以下0.6～0.8m，改为沿坡面布置，见图1所示。埋设深度为站区地面以下0.7m、且接地体在原状土表面以下0.1m，埋设泥土断面为200×200mm2；非回填区接地线埋设泥土厚度200mm，接地沟埋设泥土断面200×200mm2。
改进效果：接地线敷设在松散的回填土中，改为敷设至密实的原状土中，接地装置与土壤的接触电阻明显降低，从而降低了接地装置周围土壤的散流电阻。
3.2 接地体焊接工艺
相邻垂直接地体在纵横线上间隔为10m，水平接地体间距为5m，网孔对角布置接地极；原设计接地极与接地线焊接的基础上，在接地线与接地线的交叉点增加等电位桥接。
采用长15cm热镀锌角钢（L50×5），对交叉接地线桥接，实现等电位可靠连接。
达到的效果：实现多根垂直接地体的并联，增强了散流效果，降低了接地网网孔电压和跨步电压，实现跨步电压和接触电压限制在容许的极限范围内。
3.3 接地网不等间距布置
以往接地网的均压导体按等间距布置，地网的边角处泄放电流远大于中心处，地电位分布不均匀，边角网孔电势大大高于中心网孔电势；但如果接地网是不对称结构，统计表明，最大网孔电压不一定存在于边角处。
优化方案：接地极按平均10m不等间距分布，主接地网施工图在基础平面布置图的基础上进行设计，避免主接地网与基础交叉；标明电缆沟与基础在接地网的布置图中坐标位置，注明电缆沟起点和终点的沟底标高。
达到的效果：增加地网敷设后的稳定性，布置位置具有较好的散流效果，从而提高中部导体的泄放电流密度分布，相应降低边缘导体的泄放电流密度，使中部导体得到充分的利用。
4 施工要点
4.1 垂直接地体施工
（1）垂直接地极埋设，基本采用水冷钻机钻孔（￠80～￠100mm深2500mm）后植入，控制接地极的间距不小于5m，降低屏蔽效应的影响。
（2）每个需钻孔埋设的接地极按“植树”工艺流程进行施工：接地极定位，钻孔，植入接地极，回填细软碎土，夯实（采用细长钢筋），浇水，补充碎土夯实。
4.2 水平接地体施工措施
（1）测量放样，确定钻越电缆沟位置和高程控制点，做到电缆沟开挖不伤及接地体。
（2）水平接地体埋设采用机械与人工结合的方式进行施工；地质结构为土壤结合粉石的区域可采用风镐结合挖掘机进行接地槽施工，地质结构为坚硬岩石的区域，采用挖掘机结合爆破进行接地槽施工。
（3）变电站大门及建筑物大门出入口均压带、靠近围墙的接地网外缘等关键点严格按照图纸施工，接地网外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧，圆弧半径不小于均压带间距的一半。
4.3 回填土与引出线
（1）接地体分片区敷设，并经监理验收合格后，分片区回填，沟底应无碎石或松散石块，均为密实岩层或泥土，水平接地体贴近密实土壤，接地体周围的回填土不应夹有石块或杂物，回填土采用泥土，如外运土应无腐蚀性，回填土截面不小于200×200mm2。
（2）接地网引出线应做好标识；接地装置的接地应与单独的接地干线连接，不得将几个需要接地的电气装置用接地线串联接地，防止接触电位差因接地不可靠而升高。
（3）引出线与构、支架等连接时，接触面导电应良好，压接面应平整、贴合，紧固前应消除应力；引出线接地点，应防止喷漆影响接触面的导电性能。
（4）变电站接地网应与110kV及以上架空线路的避雷线直接相连。
5 结束语
目前，变电工程竣工验收时，经常出现主接地网接地阻抗不满足设计规范要求的情况，后续弥补有时会十分困难。这里介绍岩石地区的接地网设计优化与施工经验，供相关人员参考，使得电网运行安全和人身安全更加有保障。
参考文献
[1]何金良，曾 嵘，著.电力系统接地技术.北京科学技术出版社，2007，02.
收稿日期：2018-9-13