变电站主接地网的设计探究

变电站主接地网的设计探究

谭礼雄

信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司贵阳分公司    贵州省 贵阳市   550008

【摘要】伴随电力市场的改革步伐迈进，变电站运行水平与相关设备性能要面对更高要求，其需要灵活运用各种技术措施，来对变电站长期使用服务功能进行优化。就当前变电站运行实际情况来看，可知其主接地网设计质量的高低，关系着变电站的稳定运行。为此，需从各个方面入手强化变电站主接地网设计科学合理性，做好有关规划，保证变电站运行的高效稳定。本文基于此，先概述主接地网设计要点，再分析变电站主接地网具体设计，最后提出变电站主接地网设计注意事项，给相关工作者以参考。

【关键词】变电站；接地网；设计

引言

变电站接地网为电力系统的安全保障，也是维护电力系统安全运作和人员生命安全的重要部分。接地主要是为了避免有人意外触电身亡和保持变电站电力系统能稳定运转，预防雷击、火灾等损坏电力设备。本人主要从事电气一次设计和光伏电站EPC项目，参与完成贵州及省外大型火力发电厂、自备电厂、风电、光伏发电及变电站等工程设计，在主接地网设计上总结了相关经验，本文主要总结了变电站接地网设计。

一、主接地网设计要点

在变电站主接地网设计时，水平接地体网格布置根据变电站实际状况，水平接地体间隔可相应增加或移动，但最大间隔不可超过8m，最小间隔不可小于5m。水平接地遇到基础的时候，可选择绕开或埋在基础之下^[1]。主接地网设计要点如下：

其一，变电站主接地网面积对接地电阻大小影响较大。而变电站主接地网面积通常受到限制，所以，需考虑其他方法，譬如增设深井、斜井、接地网外引等。其二，为保持主接地网电阻稳定，在避雷器或避雷针的周围布置集中接地极（垂直接地极与水平接地极结合），加强雷电流与流散方面发挥效果。或者，也可安置垂直接地极增设部位于地网外缘部或中间位置，从而稳定地网。其三，接地网通常深埋距地下0.6m到0.8m。其四，如果变电站面积比较小，而土壤电阻率高，改善可通过化学法或置换法，以此来降低接地电阻。其五，接地网外缘需闭合，闭合各角采用圆弧形状，从而缩减接地网直角范围跨步电势。

二、变电站主接地网设计具体分析

（一）勘测设计

变电站主接地网设计需要进行勘测设计这一环节，在勘测过程中进行网络敷设。接地网设计受变电站环境因素影响，特别是地质方面的因素，会给接地网设计带来一定阻碍。所以，设计人员在设计的时候需要将注意力放在地质勘察土壤电阻率上，更好的降低接地网电阻，以延长变电站运转寿命。因为接地网一定程度上会被土壤影响，干扰电阻率，为提升勘测设计精准度，需降低土壤电阻率。常用的方法有：其一，换土。换土方式进行降阻，其施工简便，成本低，且降阻效果显著。换土的时候，所用土壤通常会从就近水塘、稻田等采集，例如红石粉便是低电阻率土壤，为更好降阻，可在土壤中掺入一些碎铁屑来提升降阻率。换土沿水平接地体方向挖1米深度地槽，垂直接地体3米地坑，底部直径1米。放入接地体前，于地槽和坑内铺设0.2米黏土，将其夯实，然后放入接地体回填^[2]。其二，应用降阻剂。降阻剂不会腐蚀接地体，使用年限长，操作简单，也不会污染环境。化学降阻剂是高分子材料、电解质与水一起组成的，将其注入到土壤中能生成根须状胶体，不段扩散，增加接地面积。物理降阻剂是导电非电解质固体粉末和可固化水泥，其低电阻率依靠导电粉末来进行降阻。将降阻剂敷设在接地体地极与四周土壤间，从而降低土壤电阻。

（二）技术设计

为确保变电站的稳定运作，主接地网设计需要应用接地技术来控制。技术设计目标明确，可确保变电站准确、安全的运作，对主接地网进行技术设计，不单单能强化突发事件能力，减少火灾、触电事故的影响。例如，某电力企业在进行主接地网技术设计时，用接地装置连接，一同形成接地体，保证设备接地有效。该企业将设计分为两种，一种是自然设计，通过接地网设备连接，让其自然转变为接地网，和其他技术设计方式比较而言，自然设计的安全性更好，有助于提升接地网质量。另一种是人工设计，企业使用该设计方式较少，因为其需要许多参数设计，技术指导有要求，很容易出现问题。只有当自然设计无法满足接地网设计要求时，才选择人工设计，将接地装置作为外置导体，放在土壤中，当作接地物体。

（三）防雷设计

通常来说，因为变电站与接地网间的连接装置有一定特殊性，其容易受到雷电干扰。一些电力企业会采取传统电压防雷方式，在接地网进线位置安设避雷装置，同时从变电站侧面牵引出接地线，来保护避雷装置。该措施能避免变电站受到雷电的电击，但却无法发挥完全防护作用。所以，技术人员在进行防雷设计时，需要科学规划防雷装置中性点，并根据施工要求在合适区域内装设避雷器，设置好避雷针，保证其和主接地网的可靠连接，同时对防雷保护范围进行验算，看其是否覆盖全站^[3]。如此，方能强化主接地网防雷效果。

三、变电站主接地网设计注意事项

（一）水平接地极埋深

在冬季时，气候寒冷，变电站主接地网安全性会受到影响。为减少这种影响，通常采取的做法是，在冻土层下敷设水平接地网，如此接地网受到的影响就会变小。针对数米深的冻土层特殊工程，可恰当增加垂直接地极根数，并埋设于冻土层下，以降低水平接地极敷设深度，减少施工难度，获得更好效果。简单的说，水平接地网埋设需根据变电站实际情况来操作，将各种影响降到最低^[4]。

（二）接地材料选择

主接地网设计时接地材料的选择一般是铜和钢，或者铜包钢，以往的变电站接地材料的首选为钢，现在慢慢被铜所替代，特别是GIS变电站，铜是主要接地材料。选择铜当作接地材料，并无法显著降低接地电阻，根据电阻原理，接地土壤电阻率、接地网横截面积、接地极位置设置都是电阻大小的主要影响因素，而接地材料不会直接影响电阻。但铜的优势在于其能规避钢接地电网的严重不等电位。另外，在不同土壤环境中，铜有着不同抗腐蚀性，在碱性或中性土壤中，铜抗腐蚀性超过钢10倍、超过镀锌钢3倍。而在酸性土壤中，铜抗腐蚀性则不如镀锌钢。并且，铜会和变电站结构中的钢筋产生电化学反应，对其产生腐蚀作用，所以需采取更完善的保护措施来避免腐蚀，这是铜作为接地材料的缺点。由此，在选择接地网材料的时候，要全面考虑多方面因素，进行科学设计。

（三）短路电流计算

最大接地短路电流 与入地短路电路 ，皆为接地网中要进行计算的主要电流量。通过 计算来选择接地引下线与水平位置上接地极横截面，当接地出现故障时，以 作依据计算升高电位与跨步电位差。电力规范中，已知变电站回流与避雷针分流系数，便能通过 来求出 。因此，在接地网设计过程中，变电站中性点回流与避雷线分流系数为设计结果是否合理的重点。优化好中性点回流与避雷线分流系数，便能实现更合理的主接地网设计^[5]。

结语

总而言之，主接地网是变电站的重要组成部分，其设计的有效性会直接影响建成后电力系统的稳定运作，关系电力企业经济效益与人员安全。在设计过程中需做好勘测设计、技术设计与防雷设计，同时注意水平接地极埋深、接地材料选择、短路电流计算等事项，将理论和实际结合，根据具体情况制定设计方案和实施方案，把握好变电站工程质量。

【参考文献】

[1]潘立舟.变电站电气一次主接地网的设计探究[J].低碳世界,2020,10(09):44-45.

[2]柏林.关于变电站电气一次主接地网的设计思路[J].建材与装饰,2020(16):211+213.

[3]李刘赐.变电站接地网设计研究[J].通信电源技术,2020,37(09):121-123.

[4]李娜.变电站电气一次主接地网的设计思路[J].工程建设与设计,2020(04):58-59.

[5]曾剑.试析变电站电气一次主接地网的设计[J].科技展望,2015,25(26):107.