110kV变电站接地网设计实践
摘要：文中结合变电站接地网的设计原则，论述接地电阻的构成，接地体的最佳埋没深度，不等长接地体技术及长效防腐降阻剂的应用，并结合工程实践，阐述变电站接地网的设计与施工技术。
关键词：接地网、不等长接地体、降阻剂
0.概述
电力系统的接地是对系统和网上电气设备安全可靠运行，及操作维护人员安全都起着重大的作用。在110KV、220KV系统采用有效接地方式，系统中的变压器的中性点直接或经消弧线圈（低电阻）接地，而对小电流接地系统的接地对设备的安全运行、操作人员的人身安全起着极其重要的作用。但在所有系统条件下，应使其零序与正序电抗之比（X0/X1）为正值，并且其比值应大于3，而其零序电阻与正序电抗之比（R0/X1）为正值，并且比值不大于是。接地网的设计是一十分复杂，要求又非常严格，并涉及地质学，电磁理论，电磁屏蔽，地中电流，电气测量，应用化学及钻探技术等多学科，已成为综合性极强的边缘学科。分析接地网体系结构，就其接地电阻的构成，与诸多因素相关。接地体的布置、连接、接地体的材质、埋设接地体区域的地质及气候和化学降阻剂的应用。从理论分析及在工程实践中去探讨降低接装置电阻的措施，是保证系统安全稳定运行的必要措施。
1.接地电阻的构成及降阻措施
规范中严格规定电力系统各种接地装置的电阻值，接地网的设计就是以此为目标值。了解接地网电阻构成，在设计中可以在主要影响接地网电阻的环节采取相应的措施，以降低接地网的电阻值。接地网的电阻由以下几个部分构成：
1.1接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。
1.2接地体本身的电阻，其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关。
1.3接地体表面与土壤的接触电阻，其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关。
1.4从接地体开始向远处（20米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电阻。决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。
接地电阻虽由四部分构成，但前两项所占接地电阻值的比例甚微，起决定作用的是接触电阻及散流电阻。故从接地网的接地体的最佳埋设深度和不等长接地体技术，两个方面来论述降低接触电阻和散流电阻的措施。
1.5垂直接地体的最佳埋置深度，是指能使散流电阻尽可能不而又易于达到的埋置深度。决定垂直接地体的最佳深度，应考虑到三维地网的因素，所谓三维地网，是指垂直接地体的埋置深度与接地网的等值半径处于同一数量级的接地网（即埋置深度与等值半径之比大于1/10）。在可能的范围内埋置深度应尽可能取最大值，但并不是埋置深度L越深越佳。如果把垂直接地体近似为半球接地体，其电阻为：
R=P/2πr=P/2πL
式中：P——土壤电阻率
L——垂直接地体的埋置深度
从式中可见，R与L成反比，为使R减小，L越大越好，但对上式偏微分：
аR/аL=-P/2πL2
可以得出，随着L增大，降阻率аR/аL与L2成反比下降，就是当L增大到一定程度后，基本上呈饱和状态，降阻率已趋近于零。垂直接地体的最佳深度不是固定的，在设计中应按地网的等值半径，区域内的地质状况来确定，一般取3.5-5米间为宜。
1.6接地体的常规布置是用多根垂直接地体打入地中，并以水平接地体并联组成接地体组，由于各单一接地体埋置的间距仅等于单一接地体长度的两倍左右，此时电流流入各单一接地体时，将受到相互的限制而妨碍电流的流散，即等于增加各单一接地体的电阻，这种影响电流流散的现象，称为屏蔽作用，如图一所示：由于屏蔽作用，接地体的流散电阻，并不等于各单一接地体流散电阻的并联值，此时，接地体组的流散电阻为：
Ra=RL/nη
式中RL——单一接地体的流散电阻；
n——单一接地体的根数
η——接地体的利用系数，它与接地体的形状和位置有关。
从理论上说，距离接地体20米处为电气上的“地”，故极间距离为40米时，可以认为其利用系数η为1。在接地网的接地体的布置上，是很难做到两单一接地体之间距离为40米，为解决在设计中与理论分析中的矛盾，采取不等长接地体的体系结构，即各垂直接地体的埋置深度各不相等，便可达到良好的效果。不等长接地体技术，从理论上到实践应用中，都较好的解决了多个单一接地体间的屏蔽作用。
1.7化学降阻剂的应用
化学降阻剂在我国的应用已较为广泛，它的降阻机理是，在液态下从接地体向外侧土壤渗出，若干分钟固化后起着散流电极的作用。因降阻剂本身是一种良好的导体，将它应用于接地体和土壤之间，一方面能够与金属接地体紧密接触，减小接地体与土壤的接触电阻，同时形成足够大的电流流通截面，另一方面，它能向周围土壤渗透，降低周围土壤的电阻率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域，从而显著扩大接地体的等效直径和等效长度，对降低接触电阻及流散电阻有着明显效果。如J2G—02型长效防腐降阻剂的使用寿命都可达到20年以上，在使用周期内不需维护保养，仍能具有良好的电介质性能和吸水性，保持其良好的物理化学机理。
2.接地电阻的测量
接地网电阻值的大小，是判定接地网是否合格的重要标志，而对接地网电阻的测量采用的方法及设备也直接影响测量的结果，测量接地网电阻时，其接地棒和辐助接地体有两种布置法，如图2所示，图2(a)为直线布置，图2(b)为三角形布置，图中A为被测接地装置，B为接地棒（电压极），C为辐助接地体（电流极），图中D为被测地装置的最大对角线。直线布置时，其辅助接地体与被测接地装置边缘的距离为4D—5D，接地棒与接地装置边缘为（0.5～0.6）。而三角形布置的θ角是接地棒，辅助接地体分别与接地装置的等效中心的连线之间的夹角，一般取θ=30，接地棒，辐助接地体离极测接地装置的等效中心距离一般取≥5D，但距离越大测量精度越高。
对大型地网的电阻测量，应采用电流电压测量法，其接地棒，辅助接地体的布置应采用三角形布置法，并使辐助接地体的接地电阻不应大于10Ω。通过接地装置的电流应大于30A，电源电压应为65～220V交流工频电压，电压较低时测量较为安全，电压表应采用高内阻的表计，以减少该支路的分流作用。这种测量方法的优点是，接地电阻不受测量范围的限制，特别适用于110KV以上系统的接地网的接地电阻测量，也适用于自动化系统接地电阻的测量，其测量的结果准确可靠。
3接地工程设计实践
在莱钢110KV银山新站接地网设计过程中，因莱钢地处鲁中山区，特别是银山新站区域的地质条件较差，表层土层不到500mm，以下为风化石，土壤电阻系数高。针对这一实际的区域地质实况，在其接地网的设计中，从接地电阻构成的因素，采取以下几项措施，降其地网的接地电阻值，以保证使系统的接地电阻达到规范要求值。
3.1采用不等长接地体技术
根据站区场平的实况，即南侧开挖，北侧回填，差在2mm左右，在北侧布置不等长接地体30根，其规格为L50mm×50mm×2500mm和L50mm×50mm×1500mm两种，材质为渡锌角钢。并在施工严格控制回填土的质量。
3.2采取外引接地体
向土质较好的区域（30米以外）设置25根接地体，仍采用不等长接地体技术，因外引区域较开阔，故两单一接地体间距放大至10米，以提高接地体的利用系数，采用40×4镀锌扁钢分4个支路引入站内，与站内接地网联为一体。
3.3采用化学降阻剂
降阻剂的使用，应掌握其施工技术，以达到最佳的效果。其具体施工技术是：对于垂直接地全是在开挖1米深的槽沟（水平接地体敷设用），在垂直接地体埋设处下挖于垂直接地体等深的坑后，采用 219钢管作模具，将垂直接地体插入钢管中心后，浇注降阻剂，并同时进行回填，抽出钢管后，此时接地体已形成Ф=200mm的圆柱形接地体，待降阻剂凝固后，将回填土夯实。水平接地体是在人工开挖的槽沟内敷设，在水平接地体与垂直接地体，按规范要求焊接完毕后，采用上下半圆形模具注入降阻剂，待模具拆出后，应在Ф=200mm的水平接地体周围用湿土夯实，并回填土质较好的土后夯实，以减小接触电阻。
该接地网于98年3月施工完毕，一个月后对其接地电阻测量为0.6欧姆，在5月份变电站投运前再次复测值为0.5欧姆，均满足设计要求值。在地质条件较差的区域，采用多种措施相结全降低其接地电阻值是十分有效的，从该接地网的设计的经验和运行实践验证了采用长效防腐化学降阻剂的接地网，随着时间的推移，土质沉实后，电阻值有逐年下降的趋势。
结语
接地网的设计，要根据区域的地质条件，采取不同的降阻措施，以最高性能价格比来设计其接地网，同时应采用新技术和新材料。虽然接地网设计是高质量，但也不能忽视接地网的施工技术，只有两者都作到最佳，才能保证所设计的接地网是高质量、高性能的。接地技术是一门多学科的综合技术，故在今后的工作中去研究，在实践中不断探索，以使其更加趋于完善。