高土壤电阻率地区接地网降阻方案研究.doc

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邵阳学院毕业设计（论文）

1绪论

1.1本课题的提出和意义

变电站接地网对于电力系统的可靠运行和变电站工作人员的人身安全起着重要作用，其接地电阻、跨步电压与接触电压是变电站接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合要求的重要参数。

然而，有些变电站由于受地理条件的限制，不得不建在高土壤电阻率地区，导致这些变电站的接地电阻、跨步电压与接触电压的设计计算值偏高，无法满足现行标准的要求。

近年来，随着电力系统短路容量的增加，由于接地不良引起的事故扩大问题屡有发生，因此接地问题越来越受到重视。

在设计施工过程中如何合理确定接地装置的设计方案，降低接地电阻，这是变电站电气设计施工的重点之一。

变电站的接地电阻值是变电站接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合参数的重要参数。

然而，有些变电站由于受地理条件的限制，不得不建在高电阻率地区，而且接地网敷设范围受到很大限制，导致这些变电站的接地电阻值偏高，无法满足现行标准的要求。

如何合理、有效、经济、长久地解决这一问题，保障变电站的安全可靠运行，将具有十分重要的理论意义和工程价值。

在国民经济的各领域中，如电力、铁路、厂矿、通讯等，各种电气设备在运行、使用中都必须通过各类接地装置以获取良好的接地，特别是电力系统要求就更高。

接地网作为变电所交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全起着重要的作用。

发、变电站的接地系统是维护电力系统安全可靠运行，保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施。

随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。

因此，地网因其在安全中的重要地位、一次性建设、维护困难等特点在工程建设中越来越受到重视。

本课题是根据220kV那桥变电站工程而开展的地网设计和研究工作。

近年来电力系统得到迅速发展，对接地技术提出了新的要求，表现在以下的几个方面：

（1）系统的容量急剧增大，入地短路电流大幅度升高。

（2）由于科学技术的发展，集成式电气装置的出现和广泛应用，如GIS、箱式变压器等，使变电站的占地面积越来越小，地网的面积也越来越小。

（3）随着电网的大力发展，新建的电力设施一般被迫建在山区、偏僻郊区等地质状况复杂、高土壤电阻率的地区，而且地网面积也受到很大的限制。

（4）随着电力系统的自动化水平和管理水平的不断提高，越来越多的计算机等电子设备进入了电力系统，但是，这些弱电设备的引入，也给系统带来了许多前所未有的问题。

例如，强电设备对弱电设备的干扰，侵入波对电子设备的损坏和射频干扰等。

要解决这些问题，对接地系统提出了更高的要求。

为确保电力系统的安全稳定运行，提高供电可靠性，可靠安全的接地系统设计显得日益突出。

1.2变电站接地技术的发展现状和趋势

电力系统接地技术对电力系统的安全运行有着重要影响，因此一直得到人们的重视。

在变电站建设中接地网的设计与施工是非常重要的一个环节，而接地电阻的计算又是接地网设计中的关键，误差小、简单实用的接地电阻计算方法是建设安全并造价合理的接地网的前提条件。

变电站的接地技术是随电力输配系统的发展而出现的。

由于变电站内电气设备聚集，电磁环境复杂，接地系统需要单独设计。

最初的发、变电站接地系统采用的是埋设接地网的技术，地网接地体一般采用废铜，但发现废铜腐蚀过快，接地网一般几年后就失去作用。

后来欧美国家采用金属铜作为埋设的接地体，但是接地引线与地网接地体的连接处腐蚀较快，与采用钢铁作为接地体的使用寿命等同，现在世界上统一采用镀锌钢材作为接地体，在钢材的选用上都留有腐蚀余量。

接地体的设计也经历了从等间距布置到不等间距，从水平地网到加入垂直极的复合三维地网的过程。

随着电力系统的发展，输电线路的电压等级越来越高，入地短路电流越来越大，采用自然水平复合接地网设计，接地电阻、跨步电势、接触电势往往达不到要求，危及操作人员和电气设备的安全。

为了降低接地电阻，现在在工程设计中采取了增大地网面积、增设接地体、采用降阻剂或局部换土、深孔爆破制裂压灌、电解离子接地系统、并联集中式接地体等许多方法。

1.3本设计所做的主要工作及各章节内容概要

1.3.1根据变电站接地技术的发展现状，主要展开如下工作：

（1）根据系统容量和参数、主变参数计算流经接地装置的最大入地短路电流；

（2）计算该变电站接地装置的接地电阻；

（3）计算故障时可能产生的最大接触电压、最大跨步电压；

（4）天然土壤条件下安全最大接触电压、最大跨步电压；

（5）确定变电站的接地装置的布置方式。

1.3.2本设计各章节的主要内容

本文围绕降低接地电阻、接触电势和跨步电势以及入地故障短路电流展开工作。

各章节的主要内容：

（1）第一章绪论：

概述了接地网的重要性，指出应准确计算接地网的接地电阻，同时地电位也是衡量接地网的一个重要指标。

要进行地网参数的准确计算，对地网的接地电阻应有个正确的概念，接地网不仅要满足接地电阻的要求，还应尽可能降低接触电压和跨步电压。

（2）第二章那桥变电站的基本情况介绍。

（3）第三章变电站接地网的设计方法：

对变电站接地网设计的总原则以及接地网设计的步骤和方法进行了阐述，介绍了接地电阻、接触电势和跨步电势、土壤电阻率、入地故障短路电流等参数的一些基本情况。

（4）第四章降阻措施研究：

阐述了外延接地及其应用、深井式接地极及其应用、降阻剂降阻、铺设水下地网和利用自然接地体等降阻措施以及降阻剂的一些相关信息。

（5）第五章那桥变电站接地网设计。

（6）第六章降阻方案。

（7）第七章结论和展望：

对论文简要总结，并对地网设计中所遇到的技术问题进行了简明扼要的归纳和展望。

2那桥变电站概况

2.1那桥变电站的基本情况

2.1.1接地网的作用

变电站接地网对于电力系统的可靠运行和变电站工作人员的人身安全起着重要作用，其接地电阻、跨步电压与接触电压是变电站接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合要求的重要参数。

然而，有些变电站由于受地理条件的限制，不得不建在高土壤电阻率地区，导致这些变电站的接地电阻、跨步电压与接触电压的设计计算值偏高，无法满足现行标准的要求。

近年来，随着电力系统短路容量的增加，由于接地不良引起的事故扩大问题屡有发生，因此接地问题越来越受到重视。

在设计施工过程中如何合理确定接地装置的设计方案，降低接地电阻，这是变电站电气设计施工的重点之一。

2.1.2站地址概况

全站占地149*150m，拟建站址场区属丘陵地貌，位于较平缓的丘岗上，场区内地面高程38m～57m，相对高差约19m。

东、西两侧为丘谷，南面坡脚下有一条小溪从东向西流；周围山丘顶高程52m～87m，山丘坡度15º～25º。

场其附近为果园，种植有龙眼、荔枝、柑子等。

站址场地上覆第四系土层主要为坡残积层（Qsl+el）粘土，黄褐色，混少量泥质粉砂岩块石，稍湿，硬塑为主，厚度1.0m～2.0m。

基岩为侏罗系（J）泥质粉砂岩夹泥岩，进站公路开挖边坡地段有出露，中厚层夹薄层状，强风化层厚大于8.0m。

2.1.3站区土壤电阻率分布特征

测区内土壤电阻率分布特点如下：

（a）AB/2=5m深度时，土壤电阻率为1149π·m。

（b）AB/2=10m深度时，土壤电阻率为813.05π·m。

（c）AB/2=20m深度时，土壤电阻率为667.81π·m。

（d）AB/2=30m深度时，土壤电阻率为582.796π·m。

2.1.4设计研究基本内容

（1）最大入地短路电流的计算。

（2）完成水平复合地网设计，接地电阻、最大接触电压、最大跨步电压的计算。

（3）如果水平复合地网接地电阻、最大接触电压、最大跨步电压不满足规程要求，必须采取合理措施降阻，直到满足要求。

3变电站接地网的设计方法

3.1变电站接地网设计总原则

近些年来，国内多处变电站因雷击形成扩大事故，多数与地网接地电阻不合格有关，接地网起着工作接地和保护接地的作用,当接地电阻过大则:

发生接地故障时,使中性点电压偏移增大,可能使健全相和中性点电压过高,超过绝缘要求的水平而造成设备损坏。

在雷击或雷电波袭击时,由于电流很大,会产生很高的残压,使附近的设备遭受到反击的威胁,并降低接地网本身保护设备（架空输电线路及变电站电气设备）带电导体的耐雷水平,达不到设计的要求而损坏设备。

同时接地系统的接地电阻是否合格直接关系到变电站运行人员、变电检修人员人身安全；但由于土壤对接地装置具有腐蚀作用，随着运行时间的加长，接地装置已有腐蚀，影响变电站的安全运行；因此，必须严格要求对地网接地电阻的设计。

表征变电站地网的主要电气参数有：

接地电阻、接触电势、跨步电势、接地电位升和转移电势。

在进行变电站接地设计时，必须认真贯彻执行国家的有关方针和法规，认真总结经验，根据电气设备的类型和系统的运行方式、接地的性质以及地质构造等特点，因地制宜，力求做到技术先进合理，经济节约，进行接地设计时主要考虑以下问题。

3.1.1对接地电阻的要求

变电站地网的接地电阻主要是根据工作接地的要求决定，即要保证在接地故障时，流经地网的入地故障电流I在地网上产生的接地电位升不会对人身和设备安全造成威胁。

运行经验证明，大接地短路电流系统（包括110kV及以上有效接地系统和6～35kV低电阻接地系统），当接地电位升IRV时，人身和设备是安全的，所以我国现行接地规程规定，对于有效接地和低电阻接地系统中地网的接地电阻R由下式确定，即[1]

（3.1）

式中I为经地网向地中流散的入地故障电流，该值应采用考虑系统5～10年发展规划的最大运行方式下，短路发生在站内或站外时的最大单项短路周期分量，并根据实际接线中的分流系数来确定，取最大值。

当地网的接地电阻不满足（3.1）式的要求时，对于110kV以上的变电站，可通过技术经济比较增大接地电阻，但接地电阻及接触电势和跨步电势等数值一定要符合规程要求，且应当采取措施防止转移电位；考虑短路电流非周期分量的影响，接地电位升不应引起所内3～10kV阀式避雷器动作；验算接触和跨步电位差。

3.1.2接触电势和跨步电势的允许值

人体能承受的接触电压和跨步电压与人体电阻、通过人体的电流值及持续时间、电流流经人体的途径、地表电阻率等因素有关。

在大接地短路电流系统中，发生单相接地时，变电站及电力设备接地装置的接触电位差和跨步电位差允许值为[1]

（V）（3.2）

式中，—人脚站立处地表的土壤电阻率（Ω·m）；

t—接地短路电流持续时间（s）。

3.1.3接地电阻

在电力系统中为了工作和安全的需要，必须将电力系统中一些电气设备的某些部分与大地相连接，这就是接地。

比如为了降低电力设备的绝缘水平，在110kV及以上的电力系统中多采用中性点接地（工作接地）;直流系统在单极运行时，会有数以千安计的工作电流长期流过接地极;为了避免雷电的危害，避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备都必须配以相应的接地装置以便把雷电流导入大地（防雷接地）;为了保证人身的安全电气设备的外壳必须接地（保护接地），以保证当电气设备绝缘损坏而使外壳带电时，流过保护接地体的故障电流应使相应的保护装置动作，切除己损坏的设备，或使外壳的电位在安全值以下，从而避免因设备外壳带电而造成的触电事故。

任何接地电极都存在有接地电阻。

接地电阻是电流经接地电极流入大地时的电位对该电流的比值。

接地电阻的大小除和大地的结构、土壤的电阻率有关外，还与接地体的材料、几何尺寸和形状有关。

对于土壤均匀、接地极形状简单的情况，可以根据解析公式计算接地电阻。

对于电力系统110kV及以下电压等级的变电站或面积不大的小型发电厂的接地网，可以依据经验公式计算其接地电阻。

而对于220k