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摘 要：介绍高土壤电阻率区域变电站接地网设计要求和降低土壤电阻率的措施，并应用于某220kV变电站实际工程。通过对技术经济比较分析，得到变电站接地电阻最优降阻设计方案。
关键词：高土壤电阻率 接地网 接地电阻
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）004-052-02
变电站接地网关系到电网可靠运行和人身、设备安全，但近年来电网建设中地网接地电阻不符合要求的问题日益严重。一方面电网电压等级不断提高，系统容量不断增大，接地故障电流不断增大，对地网接地电阻提出更高要求。另一方面，由于采用GIS设备，大大缩小了变电站占地面积，使高土壤电阻率区域地网的接地电阻更加难以满足要求，并且国内许多地区土壤电阻率很高，部分地区土壤电阻率甚至高达以上。
1 变电站接地要求
在高土壤电阻率地区，变电站的接地电阻应满足以下要求：
（1）大接地短路电流系统的接地电阻不大于；在小接地短路电流系统中，电力设备的接地电阻应不超过；变电站的接地电阻不大于，但应满足发生单相接地或同点两相接地时，接触电压和跨步电压的要求；
（2）独立避雷针（线）的独立接地装置的接地电阻做到有困难时，允许采用较高的接地电阻值，并可与主接地网连接，但从避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备的接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m，且避雷针到被保护设备的空气距离和地中距离还应符合避雷针对被保护设备反击得要求。
2 降低土壤电阻率的措施
在高土壤电阻率地区，建设变电站必须采取适当的措施降低接地网的接地电阻，才能达到电力系统规程要求的跨步电势及接触电势标准，保证变电站内设备的安全运行及运行人员的人身安全。工程上常用的降低接地电阻的措施主要有以下七种：
（1）采取深井接地。有条件时可以采用深井接地，用钻机钻孔，把钢管接地极打入井孔内，并向钢管和井内灌注降阻剂。
（2）对土壤添加化学物质。
（3）接地极地下深埋处理。
（4）更换土壤。用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内和接地体的1/3处。
（5）使用降阻剂。一般在接地要求较高的地方进行接地设计时采用这种方法。在接地体周围敷设降阻剂后，可增大接地体外形尺寸，降低接地体与周围大地介质之间的接触电阻，可在一定程度上降低接地体的接地电阻。降阻剂用于小面积的集中接地小型接地网时，降阻效果较为显著。
（6）污水引入。为降低接地体周围土壤的电阻率，在条件允许的情况下可将无腐蚀的污水引到埋设接地体处。接地体采用钢管，在钢管上每隔20cm钻一个5mm的小孔，使水渗入土壤中增加接地体周围含水量，以增强导电性及降低接地电阻。
（7）外延水平接地体。如果接地体附近有导电良好土壤、河流、湖泊等可采用此法。但在设计、施工时，必须考虑到连接地极干线的自身电阻所带来的影响，因此外引长度不宜超过100m。
3 工程实例
3.1 工程概况
某220kV变电站工程处于高土壤电阻率地区。场地200m深度范围内地层大致可分为2个电性层。第1电性层为层杂填土、层粉质粘土和层粉质粘土混角砾，平均厚度2.0m，土壤电阻率建议值220（ ·m）；第2电性层为强风化角砾凝灰岩和层中风化角砾凝灰岩，厚度大于150m，土壤电阻率建议值1000（ ·m）。
3.2 接地网初步设计
所内采用12m见方的水平接地体为主垂直接地极为辅的复合接地网设计，变电所接地电阻约为2.25 ，入地电流25.3kA，地电位56916V，接触电势6761V，跨步电压2235V。接触电势与跨步电压均超过允许值。该进所道路拟新建100m，考虑在进所道路施工时埋设引外接地体。进所道路采用水泥配筋路面，铺设至离规划道路边缘1m距离。引外接地扁钢端部需敷设垂直接地极，并在水泥配筋道路与普通水泥道路交接处道路下铺设“帽檐式”均压带。变电所接地电阻可降至约为1.98 ，入地电流25.3kA，地电位50011V，接触电势6263V，跨步电压2189V。接触电势与跨步电压均超过允许值。
由于所址深层土壤电阻率大，所以本工程不考虑在所内实施深井。根据计算，接触电势、跨步电压均不能满足要求。为满足跨步电压、接触电势要求，全所铺设碎石及均压环，碎石铺设厚度不小于20cm，所内道路及操作小道采用水泥配筋路面（钢筋混凝土路面）。
3.3 降阻方案比较
为了确保接触电势与跨步电压在允许范围内，经计算接地电阻需降低至0.8 以下内。本工程提出如下四种降阻方案：
方案一：利用短井方法降阻。
主地网周围埋设24口12米深的短井方法降阻，每口深井中敷设1根CRE-JD纳米离子接地极及-70€？扁钢组成的组合接地极，共埋设24套，埋深暂定为12米。纳米离子接地极与扁钢采用120mm2铜缆连接，扁钢与铜缆采用分子热熔焊，扁钢之间采用电焊。经以上处理可将接地电阻降至0.8 以下。
方案二：在变电站内使用降阻剂降阻为主。
（1）变电站接地网采用方孔网格状布局，网格间距12米左右，埋设深度0.8米，在最外圈水平接地极交叉点直接打入垂直接地极，每根长2.5米。
（2）对地网的所有水平接地极，施加GPF-94高效膨润土降阻防腐剂进行降阻防腐、稳定地网参数。
（3）设置外引接地极：根据该变电所现场条件，推荐在变电所外沿简易公路两侧做两条外引水平接地体，每隔30米左右将二者连接一次。
方案三：使用寿命长的ALG防腐离子接地体。
要达到接地电阻0.8 ，采用62套3米ALG防腐离子接地极与以水平接地极（扁钢）为主，垂直接地极（角钢）为辅复合地网并联后达到设计小于0.8 的要求。
方案四：采用综合降阻方案，即降阻剂、长效离子接地极和深井处理。
（1）降阻剂的敷设：地网闭合外环主干接地体：长度约有534米，这部分接地体对地网的接地电阻起到决定性作用；采用70*8mm热镀锌扁钢时，建议降阻剂用量必须达到0.2m的厚度。所以，外环地网需使用降阻剂约45吨。地网内部方孔网格接地体共98个：水平接地体长度约有2393米（依据12m€？2m的规格网格计算）。这部分接地体对地网的安全及防雷保护等起着重要的保护作用；建议降阻剂用量必须达到0.1m的厚度要求。地网内部需使用降阻剂约89吨。
（2）在地网外环的主干地网上，埋设电解离子长效接地极，与水平接地极焊接，垂直接地体每隔5米一支，水平接地体的驳接处长度大于0.2米。共需使用长效电离子接地极的用量为107根。
（3）在地网外环及内部网共钻20～25米深井25口，深井接地极在土壤内部形成约40～50米的网格，深井的距离应该为井深的2倍，减少屏蔽，加大地网等势面积，突破地网面积限制，深井垂直极的顶端应该用水平接地体连接起来，形成一个立体地网，深井接地极总长度约550米。
接地网降阻剂总用量需在150吨；使用长效电离子接地极的用量为107根，以达到设计要求的接地网接地电阻在0.8欧姆以下。
表1 降阻方案比较
四种方案均能使接地电阻降到0.8欧姆以下，而方案二采用的降阻剂方法在经济上更胜一筹。因此，经过对方案的综合比较，采用方案二。
4 结语
通过方案比较，高土壤电阻率地区采用降阻剂法通常具有较高经济性。同时，还应注意多种降阻方法综合应用，比如变电所场地表层需铺碎石，道路需表面配筋，在屋外高压设备本体、支架，操作机构，端子箱或就地控制柜等周围敷设均压环等等。
参考文献：
[1] 弋东方.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1994.
[2] 李景禄，胡毅，实用电力接地技术[M].北京：中国电力出版社，2001.
[3] 葛红霞.浅议高土壤电阻率地区如何降低变电站接地电阻[J].中国高新技术企业，2009（24）：53-54.
关键词：高土壤电阻率 接地网 接地电阻
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）004-052-02
变电站接地网关系到电网可靠运行和人身、设备安全，但近年来电网建设中地网接地电阻不符合要求的问题日益严重。一方面电网电压等级不断提高，系统容量不断增大，接地故障电流不断增大，对地网接地电阻提出更高要求。另一方面，由于采用GIS设备，大大缩小了变电站占地面积，使高土壤电阻率区域地网的接地电阻更加难以满足要求，并且国内许多地区土壤电阻率很高，部分地区土壤电阻率甚至高达以上。
1 变电站接地要求
在高土壤电阻率地区，变电站的接地电阻应满足以下要求：
（1）大接地短路电流系统的接地电阻不大于；在小接地短路电流系统中，电力设备的接地电阻应不超过；变电站的接地电阻不大于，但应满足发生单相接地或同点两相接地时，接触电压和跨步电压的要求；
（2）独立避雷针（线）的独立接地装置的接地电阻做到有困难时，允许采用较高的接地电阻值，并可与主接地网连接，但从避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备的接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m，且避雷针到被保护设备的空气距离和地中距离还应符合避雷针对被保护设备反击得要求。
2 降低土壤电阻率的措施
在高土壤电阻率地区，建设变电站必须采取适当的措施降低接地网的接地电阻，才能达到电力系统规程要求的跨步电势及接触电势标准，保证变电站内设备的安全运行及运行人员的人身安全。工程上常用的降低接地电阻的措施主要有以下七种：
（1）采取深井接地。有条件时可以采用深井接地，用钻机钻孔，把钢管接地极打入井孔内，并向钢管和井内灌注降阻剂。
（2）对土壤添加化学物质。
（3）接地极地下深埋处理。
（4）更换土壤。用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内和接地体的1/3处。
（5）使用降阻剂。一般在接地要求较高的地方进行接地设计时采用这种方法。在接地体周围敷设降阻剂后，可增大接地体外形尺寸，降低接地体与周围大地介质之间的接触电阻，可在一定程度上降低接地体的接地电阻。降阻剂用于小面积的集中接地小型接地网时，降阻效果较为显著。
（6）污水引入。为降低接地体周围土壤的电阻率，在条件允许的情况下可将无腐蚀的污水引到埋设接地体处。接地体采用钢管，在钢管上每隔20cm钻一个5mm的小孔，使水渗入土壤中增加接地体周围含水量，以增强导电性及降低接地电阻。
（7）外延水平接地体。如果接地体附近有导电良好土壤、河流、湖泊等可采用此法。但在设计、施工时，必须考虑到连接地极干线的自身电阻所带来的影响，因此外引长度不宜超过100m。
3 工程实例
3.1 工程概况
某220kV变电站工程处于高土壤电阻率地区。场地200m深度范围内地层大致可分为2个电性层。第1电性层为层杂填土、层粉质粘土和层粉质粘土混角砾，平均厚度2.0m，土壤电阻率建议值220（ ·m）；第2电性层为强风化角砾凝灰岩和层中风化角砾凝灰岩，厚度大于150m，土壤电阻率建议值1000（ ·m）。
3.2 接地网初步设计
所内采用12m见方的水平接地体为主垂直接地极为辅的复合接地网设计，变电所接地电阻约为2.25 ，入地电流25.3kA，地电位56916V，接触电势6761V，跨步电压2235V。接触电势与跨步电压均超过允许值。该进所道路拟新建100m，考虑在进所道路施工时埋设引外接地体。进所道路采用水泥配筋路面，铺设至离规划道路边缘1m距离。引外接地扁钢端部需敷设垂直接地极，并在水泥配筋道路与普通水泥道路交接处道路下铺设“帽檐式”均压带。变电所接地电阻可降至约为1.98 ，入地电流25.3kA，地电位50011V，接触电势6263V，跨步电压2189V。接触电势与跨步电压均超过允许值。
由于所址深层土壤电阻率大，所以本工程不考虑在所内实施深井。根据计算，接触电势、跨步电压均不能满足要求。为满足跨步电压、接触电势要求，全所铺设碎石及均压环，碎石铺设厚度不小于20cm，所内道路及操作小道采用水泥配筋路面（钢筋混凝土路面）。
3.3 降阻方案比较
为了确保接触电势与跨步电压在允许范围内，经计算接地电阻需降低至0.8 以下内。本工程提出如下四种降阻方案：
方案一：利用短井方法降阻。
主地网周围埋设24口12米深的短井方法降阻，每口深井中敷设1根CRE-JD纳米离子接地极及-70€？扁钢组成的组合接地极，共埋设24套，埋深暂定为12米。纳米离子接地极与扁钢采用120mm2铜缆连接，扁钢与铜缆采用分子热熔焊，扁钢之间采用电焊。经以上处理可将接地电阻降至0.8 以下。
方案二：在变电站内使用降阻剂降阻为主。
（1）变电站接地网采用方孔网格状布局，网格间距12米左右，埋设深度0.8米，在最外圈水平接地极交叉点直接打入垂直接地极，每根长2.5米。
（2）对地网的所有水平接地极，施加GPF-94高效膨润土降阻防腐剂进行降阻防腐、稳定地网参数。
（3）设置外引接地极：根据该变电所现场条件，推荐在变电所外沿简易公路两侧做两条外引水平接地体，每隔30米左右将二者连接一次。
方案三：使用寿命长的ALG防腐离子接地体。
要达到接地电阻0.8 ，采用62套3米ALG防腐离子接地极与以水平接地极（扁钢）为主，垂直接地极（角钢）为辅复合地网并联后达到设计小于0.8 的要求。
方案四：采用综合降阻方案，即降阻剂、长效离子接地极和深井处理。
（1）降阻剂的敷设：地网闭合外环主干接地体：长度约有534米，这部分接地体对地网的接地电阻起到决定性作用；采用70*8mm热镀锌扁钢时，建议降阻剂用量必须达到0.2m的厚度。所以，外环地网需使用降阻剂约45吨。地网内部方孔网格接地体共98个：水平接地体长度约有2393米（依据12m€？2m的规格网格计算）。这部分接地体对地网的安全及防雷保护等起着重要的保护作用；建议降阻剂用量必须达到0.1m的厚度要求。地网内部需使用降阻剂约89吨。
（2）在地网外环的主干地网上，埋设电解离子长效接地极，与水平接地极焊接，垂直接地体每隔5米一支，水平接地体的驳接处长度大于0.2米。共需使用长效电离子接地极的用量为107根。
（3）在地网外环及内部网共钻20～25米深井25口，深井接地极在土壤内部形成约40～50米的网格，深井的距离应该为井深的2倍，减少屏蔽，加大地网等势面积，突破地网面积限制，深井垂直极的顶端应该用水平接地体连接起来，形成一个立体地网，深井接地极总长度约550米。
接地网降阻剂总用量需在150吨；使用长效电离子接地极的用量为107根，以达到设计要求的接地网接地电阻在0.8欧姆以下。
表1 降阻方案比较
四种方案均能使接地电阻降到0.8欧姆以下，而方案二采用的降阻剂方法在经济上更胜一筹。因此，经过对方案的综合比较，采用方案二。
4 结语
通过方案比较，高土壤电阻率地区采用降阻剂法通常具有较高经济性。同时，还应注意多种降阻方法综合应用，比如变电所场地表层需铺碎石，道路需表面配筋，在屋外高压设备本体、支架，操作机构，端子箱或就地控制柜等周围敷设均压环等等。
参考文献：
[1] 弋东方.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1994.
[2] 李景禄，胡毅，实用电力接地技术[M].北京：中国电力出版社，2001.
[3] 葛红霞.浅议高土壤电阻率地区如何降低变电站接地电阻[J].中国高新技术企业，2009（24）：53-54.