麻池220kV变电站接地网改造

(包头供电局，内蒙古 包头 014000)
摘 要：论述了包头市麻池220kV变电站接地装置设计及施工中存在的问题、解决的措施及接地网改造中应该注意的问题。
关键词：麻池；包头；电阻；短路电流；接地网
中图分类号：TM63(226)  文献标识码：B  文章编号：1007—6921(2008)09—0071—02
1 引言

接地设计规程中对于变电站接地装置的设计，要求在短路电流<4000A时,接地电阻≤2000/IΩ，当>4000A时，R≤0.5Ω。如果接地装置的电阻(实际是阻抗)过大，电压降也就很大，就有可能击穿被保护设备的绝缘。所以限制接地网电位升高是为了防止对二次设备造成反击。但是随着电力网的不断增大，短路电流也越来越大，事实上限制接地网电位低于2000V难以办到，国外也有将变电站电位抬高到10kV仍然未发生设备损坏的例子。由此可见，影响变电站二次设备安全的最主要因素不是对地电位升高多少，而是变电站内整个接地网是否始终保持同一电位，使在二次设备上不出现高电位差。因此，要求在变电站接地工程设计上，除了降低接地电阻值外，更重要的是考虑整个接地网电位的均衡。
2 接地电阻

接地体电阻与接地线电阻的总和是接地装置的接地电阻，其值等于接地装置对地电位与通过接地体流入地中电流的比值。按通过接地体装置流入地中的冲击电流求得的接地电阻值，成为冲击接地电阻。按通过接地装置流入地中的工频电流求得的电阻，称为工频接地电阻，计算式为：
2.1 垂直接地体
Re=P/2ΠL×I_N×4L/d (L＞d时)
式中：Re—垂直接地体的接地电阻，Ω；
P—地壤电阻率，Ω.m；
L—垂直接地体的长度，m；
d—接地体用圆钢时的直径，m。
当用其他型式钢材时，其等效直径d分别为，钢管：

d(钢管外径)；扁钢：b/2(b为扁钢宽度)；等边角钢：0.84b(等边角钢宽度)；

不等边角钢：0.71(b₁b₂(b₁²+b₂²))^-1/4(b1，b2为不相等的两边)。
2.2 水平接地体
Rp=P/2πL×(I_NL²/hd+A)
式中：Rp—水平接地体的接地电阻，Ω；
L—水平接地体的总长度，m；
h—水平接地体的埋没深度，m；
A—水平接地体的形状系数；
d—水平接地体的直径或等效直径，m。

水平接地体不同形状系数如下：

形状-  ┗  Ｙ  +  *  ☆  □  ○

0  0.378  0.867  2.14  5.27  8.81  1.69  0.48
2.3 边缘闭合复合接地体

以水平接地体为主，其边缘闭合复合接地体：
Rw=π^1/2/4×P/S^1/2+P/2πL×I_N×L²/(6hd×10^-4)
式中：Rw—复合接地体接地电阻(Ω)；
S—接地网的总面积(m²)；
L—接地体的总长度，包括垂直接地体在内(m)；
d—水平接地体的直径或等效直径(m)；
h—水平接地体的埋没深度(m)。
3 土壤电阻率

由于各变电站地理环境不一样，接地装置接地体的导电率也不同，土壤电阻的变化范围很大，所以对于不同土壤电阻率，接地电阻要求也不同。各种土壤的电阻率参考值见下表：(麻池变电站的土壤形式为黄土)


注：此表仅供参考。一般变电站位置选定后，在不同方向多测几处大地电阻率，然后取其平均值作为设计依据。
4 接地装置设计及施工中存在的问题
4.1 接地装置设计及施工中主要存在的问题

在接地装置设计中，大多是以人身安全角度考虑均压措施，重点是控制接地电位和跨步电压，而对地网内远离点，特别是主控制室与易发生事故的变电设备之间的电位均衡问题没有充分考虑和重视。实际上变电站地网内都存在着局部的电位差，从有关短路故障分析表明，有的故障点与主网间的局部电位差可达2 000V，这样就直接对二次回路形成威胁。

对大接地短路电流的变电站，接地网干线及设备引下线截面积配置不合理，接地引下线截面都小于主网干线的截面，大部分设计用Φ6圆钢或者25X4扁钢，这就形成事故发生时，接地引线中流过的短路电流至少是主网干线的两倍，较小的截面要承受全部短路电流，无疑是地网的薄弱环节，尤其是接地引下线入土50cm以内的地网，由于土壤腐蚀严重，时间一长锈层逐渐加厚，截面逐渐减小，结果在事故发生时往往是接地引下线首先烧断，导致了事故的扩大。

接地网目前存在的另一个关键问题是缺乏防腐措施，使运行中的接地网腐蚀情况严重。由于接地体直接埋入土壤中，土壤的盐碱作用使接地网随着投入使用时间的推移，逐渐地氧化锈蚀。从麻池站的情况来看由于长时间使用及土壤盐碱作用，锈层面积占到原截面的50%以上。地网连接几乎全部腐蚀掉。因为锈层接地电阻增大，不能满足地网要求。

接地装置设计不能满足短路电流热稳定的要求。随着电力系统容量的不断增大，故障短路电流也将会大，而它的热稳定水平与变电站的一次设备相差十倍或几十倍，所以发生故障时首先烧断接地网。

接地装置的施工质检不严，施工中没有按设计要求进行施工，偷工减料严重。由于接地网是变电施工中的隐闭工程，质检单位若把关不严，施工单位就会使用较小截面的钢材施工，使接地电阻加大。另外，施工中接地体四周回填土接触松散，也会使地电阻增大，这些都会给设备运行留下事故隐患。
4.2 对设计及施工中存在问题的解决措施

目前采取的措施是在地网干线的中间铺设均压带，使地网形成长孔连接，但从实际运行情况看，长孔接地网仍存在以下弊病：①电流通道少，尤其是在地网遭到机械损伤和腐蚀后会带来严重的危害；②地下引线长，在大电流下容易造成故障点处的局部高电位，对二次回路形成威胁。因此，建议在故障电流高度集中的区域内，采用加强的接地装置，铺设交叉的方孔接地网络。

改进接地引下线。接地引下线的截面应不小于主网干线的截面，设计时考虑引下线的截面至少应两倍于主网干线的截面，可满足短路电流热稳定的要求。另外，对可能通过较大故障电流的地方，如变压器中性点和断路器外壳、架购及避雷器底座等，应用两根以上的接地引线与地网的不同部位连接，以保证电流有更多的流通路径。

对接地装置的腐蚀和锈蚀问题采取措施。目前接地体在防锈处理上只是在接地引下线部分涂刷防锈漆，有的主地网使用热镀锌材料。这些措施只在一定程度上延长了接地网的使用寿命。建议接地引下线与地网水平连接处使用耐候性钢材，因此钢材加有铜、钴、磷、镍等元素，能在钢材的表面生成一种膜，经多年后成为一种稳定的锈蚀层，可防止锈蚀向内部发展。对于水平铺设的接地网，除按设计要求使用合格钢材外，要确保施工质量，尤其是对接地体各点的焊接及四周松土回填都应进行严格质检。
4.3 接地网改造中应注意的问题

除新增地网或有地下障碍外，新敷设主网一般应尽量与旧网一同敷设，为充分利用旧网的剩余作用，可将新旧网金属部分相互接触，在两极间的钢带上点焊2-3处，对腐蚀不太严重的电极(钢管)，不必拔出旧管，可紧贴旧管扎进新管，并在管接触的两边各焊5cm的焊缝。本工程在施工过程中不能先破坏旧的接地网及设备接地引线造成设备无接地状态运行。为此，施工必须分片(区)进行，完成一片(区)即与主网连接，并同时测量主网接地电阻值，在与原阻值差别不大的情况下，再继续进行施工。

各设备的原支架，门型架及进出线门型架(指横梁系金属焊接的)必须一点接地。110kV中央门型架及出线架(指各回路连成整体的)每两个支架一点接地，220kV部分则多个支架都必须接地。

接地体的连接采用焊接，焊口必须牢固无虚焊，其焊接长度为：①扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍；②圆钢与扁钢连接为圆钢直径的6倍；③扁钢与钢管连接，应焊以由钢带弯成的弧形卡子或直接由钢带本身弯成弧形，再为钢管焊接，焊口应打掉焊渣后刷防锈漆，露出地面的接地引线及焊口均应涂黑色油漆。
接地网敷设完毕，回填时，要浇水并夯实。
5 接地装置的检查维护
5.1 定期巡视和检查

运行中的接地装置有时会遇到外因辐损坏或接地电阻发生变化，所以应进行定期检查和试验。对于变电所的接地网，一般情况下检查周期为每年一次；对于各种防雷装置的接地引下线，每年在雷雨季前应检查一次。发现问题和缺陷应及时处理。

定期巡视与检查的一般内容为：①检查接地线与设备的金属外壳以及同接地网的连接处接触是否良好，有无松动脱落等现象；②检查接地线有无损伤、碰断及腐蚀现象；③对含有重酸、碱、盐或金属矿岩等化学成分的土壤地带的接地装置部分，一般每五年应挖开局部地面进行检查，观察接地体腐蚀情况；④对接地线距地面50cm以上部分，应定期开挖地面进行检查，观察其腐蚀程度；⑤对于移动式电气设备的接地线，在每次使用前应检查其接地线情况，观察有无断股等现象；⑥定期测量接地装置的接地电阻值，其数值应满足规程要求，否则，应及时处理；⑦测量接地电阻宜在土壤电阻率最大的季节内进行，即夏季土壤最干燥时期和冬季土壤电阻率最大的季节内进行，即夏季土壤干燥时期和冬季土壤冰冻最甚时期。
5.2 日常维护工作

对接地装置除进行定期巡视检查外，还应加强日常维护工作。维护内容包括以下几个方面：①要经常观察人工接地体周围的环境情况，接地体周围不应堆放有强烈腐蚀性的化学物质；②接地装置在接地引进建筑物的入口处，最好要有明显的标志，以便为运行维护工作提供方便；③电气设备在每次大修后，应着重检查其接地线连接是否牢固；④明敷的接地线表面所涂的标志漆应完好。
［参考文献］
［1］ 陈家斌.接地技术与接地装置.北京：中国电力出版社，2003.
［2］ 辽宁省电力有限公司用电检查处.变电所技术标准及规程规范应用手册.大连：辽宁科学技术出版社，2004.
［3］ 天津市电力公司编.变电运行现场操作技术.北京：中国电力出版社，2004.