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【摘要】根据城市轨道交通工程的特点，分析高土壤电阻率及大系统短路容量给主变电站接地技术方案带来的问题，并提出了相应的解决方案，为类似工程接地技术方案的设计、实施提供参考。
【关键词】接地电阻；入地短路电流；接触电压；跨步电压
城市轨道交通工程中设置主变电站主要是接受城网高压电源，然后经降压为牵引变电所、降压变电所提供中压电源。但是有的主变电站所址选择在地形特征较复杂，地质条件较差的地方，土壤电阻达到800Ω·m，属于高土壤电阻率地区，这给接地设计和保证人身及设备安全带来了困难。另外，部分城网高压电源的系统短路容量较大，有的可达5000MVA，造成入地短路电流较大。因此，以上因素都对变电站的接地方案和技术提出更高的要求。
1、高土壤电阻率对变电站接地设计带来的问题
其中ρ为土壤电阻率，S为接地网总面积，d为水平接地极的直径或等效直径，h为水平接地极的埋设深度，L0为接地网的外缘边线总长度，L为水平接地极的总长度。
通常情况下，若主变电站设置在地质条件较好的地方，接地网的工频接地电阻值均能满足设计的要求，但是当土壤电阻率达到800Ω·m时，以某主变电站为例，接地网总面积6800mm2，接地网埋深0.6m，L0为330m，L为810m时，按式2可计算出工频接地电阻值为4.95Ω，明显无法满足设计的要求。
接地电阻值过大带来的问题，首先是会使接地网电压异常升高，威胁运行人员的人身安全；其次还可能因反击使得低压设备的绝缘遭到破坏，高电压进入控制室，使低压控制保护设备发生误动或拒动而扩大事故；第三，接地电阻值过大还会使避雷器接地电阻值过高，雷击过电压时，避雷器有可能不会正常对地放电，造成避雷器损坏。另由DL/T621-1997中的近似公式可知，R2与S成反比，而接地网的面积受到变电站占地面积的限制不可能很大，若要满足接地电阻不大于0.5Ω也是比较困难的。
2、大系统短路容量对变电站接地设计带来的问题
目前电力系统短路容量有的达到了5000MVA，因此变电站发生短路故障时流经接地网的入地短路电流将会很高。
以某110kV主变电站来说，入地短路电流达到15kA，远远大于满足接地电阻0.5Ω时的入地短路电流4kA。
入地短路电流过大，带来的问题同样是造成接地网电压异常升高，破坏低压设备的绝缘，使低压控制保护设备误动或拒动。
另外按式1可知，当I取15kA时，R≤0.13Ω。工频接地电阻的目标值太小，从技术经济上实现起来比较困难，需充分考虑当地的地质条件、设计方案、采用的辅助措施等，而且为了达到接地电阻目标值可能会造成盲目的投资，浪费资源。
3、高土壤电阻率及大系统短路容量下变电站接地解决方案
除了计算接触电压和跨步电压，设计中还须注意以下因素：①接地导体尺寸，接地导体尺寸与其散流的故障电流有关，即导体的热稳定。②故障切除时间，故障切除时间越快，故障对人的危害就越小。③接地网上表面的电位分布，接地网的均压导体一般都等间距布置，由于端部和邻近效应，接地网的边角处泄漏电流远大于中心处，使地电位分布很不均匀，边角网孔电势大大高于中心网孔电势，而且这种差值随接地网面积和网孔数的增加而加大，均匀土壤表面的电位分布。④地表面的硬化程度，因为接触电压和跨步电压与地表面的土壤电阻率成正比，地表硬化程度越高则允许值越高，对人越安全。
另外，国际上变电站接地设计一般采用IEEEstd80-2007《IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding》，这个标准也非常具有指导意义。
4、结论
根据以上的分析，对于设置在高土壤电阻率或大系统短路容量的主变电站，在利用国内电力标准设计时，不应盲目的降低接地电阻值，应进行接触电压和跨步电压的校验，合理布置接地网使网孔电压趋于一致。若确实需要大幅降低接地电阻时，采用的辅助措施，应该因地制宜，通过技术经济比较，确定合理的方案，同时应注意减小对周围环境的影响。
参考文献
[1]李景禄，胡毅，刘春生.实用接地技术[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2]DL/T621-1997，交流电气装置的接地[S]
【关键词】接地电阻；入地短路电流；接触电压；跨步电压
城市轨道交通工程中设置主变电站主要是接受城网高压电源，然后经降压为牵引变电所、降压变电所提供中压电源。但是有的主变电站所址选择在地形特征较复杂，地质条件较差的地方，土壤电阻达到800Ω·m，属于高土壤电阻率地区，这给接地设计和保证人身及设备安全带来了困难。另外，部分城网高压电源的系统短路容量较大，有的可达5000MVA，造成入地短路电流较大。因此，以上因素都对变电站的接地方案和技术提出更高的要求。
1、高土壤电阻率对变电站接地设计带来的问题
其中ρ为土壤电阻率，S为接地网总面积，d为水平接地极的直径或等效直径，h为水平接地极的埋设深度，L0为接地网的外缘边线总长度，L为水平接地极的总长度。
通常情况下，若主变电站设置在地质条件较好的地方，接地网的工频接地电阻值均能满足设计的要求，但是当土壤电阻率达到800Ω·m时，以某主变电站为例，接地网总面积6800mm2，接地网埋深0.6m，L0为330m，L为810m时，按式2可计算出工频接地电阻值为4.95Ω，明显无法满足设计的要求。
接地电阻值过大带来的问题，首先是会使接地网电压异常升高，威胁运行人员的人身安全；其次还可能因反击使得低压设备的绝缘遭到破坏，高电压进入控制室，使低压控制保护设备发生误动或拒动而扩大事故；第三，接地电阻值过大还会使避雷器接地电阻值过高，雷击过电压时，避雷器有可能不会正常对地放电，造成避雷器损坏。另由DL/T621-1997中的近似公式可知，R2与S成反比，而接地网的面积受到变电站占地面积的限制不可能很大，若要满足接地电阻不大于0.5Ω也是比较困难的。
2、大系统短路容量对变电站接地设计带来的问题
目前电力系统短路容量有的达到了5000MVA，因此变电站发生短路故障时流经接地网的入地短路电流将会很高。
以某110kV主变电站来说，入地短路电流达到15kA，远远大于满足接地电阻0.5Ω时的入地短路电流4kA。
入地短路电流过大，带来的问题同样是造成接地网电压异常升高，破坏低压设备的绝缘，使低压控制保护设备误动或拒动。
另外按式1可知，当I取15kA时，R≤0.13Ω。工频接地电阻的目标值太小，从技术经济上实现起来比较困难，需充分考虑当地的地质条件、设计方案、采用的辅助措施等，而且为了达到接地电阻目标值可能会造成盲目的投资，浪费资源。
3、高土壤电阻率及大系统短路容量下变电站接地解决方案
除了计算接触电压和跨步电压，设计中还须注意以下因素：①接地导体尺寸，接地导体尺寸与其散流的故障电流有关，即导体的热稳定。②故障切除时间，故障切除时间越快，故障对人的危害就越小。③接地网上表面的电位分布，接地网的均压导体一般都等间距布置，由于端部和邻近效应，接地网的边角处泄漏电流远大于中心处，使地电位分布很不均匀，边角网孔电势大大高于中心网孔电势，而且这种差值随接地网面积和网孔数的增加而加大，均匀土壤表面的电位分布。④地表面的硬化程度，因为接触电压和跨步电压与地表面的土壤电阻率成正比，地表硬化程度越高则允许值越高，对人越安全。
另外，国际上变电站接地设计一般采用IEEEstd80-2007《IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding》，这个标准也非常具有指导意义。
4、结论
根据以上的分析，对于设置在高土壤电阻率或大系统短路容量的主变电站，在利用国内电力标准设计时，不应盲目的降低接地电阻值，应进行接触电压和跨步电压的校验，合理布置接地网使网孔电压趋于一致。若确实需要大幅降低接地电阻时，采用的辅助措施，应该因地制宜，通过技术经济比较，确定合理的方案，同时应注意减小对周围环境的影响。
参考文献
[1]李景禄，胡毅，刘春生.实用接地技术[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2]DL/T621-1997，交流电气装置的接地[S]