110kV岳东营变电站接地计算.docx

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110kV岳东营变电站接地计算

110kV岳东营变电站工程接地方案设计

APROGRAMFORREDUCINGTHEGROUNDINGRESISTANCEOF110KVYUEDONGYINGTRANSFORMERSUBSTATION

云南省玉溪电力设计院

二○一六年五月玉溪

110kV岳东营变电站接地方案设计

窗体顶端

APROGRAMFORREDUCINGTHEGROUNDINGRESISTANCEOF110KVYUEDONGYINGTRANSFORMERSUBSTATION

窗体底端

陶葵

（云南省玉溪电力设计院,云南玉溪653100）

【摘要】结合目前变电站常用降阻措施和本站实际情况，采用数值计算法得出110kV岳东营变电站接地降阻方案。

【关键词】：

110kV变电站；接地；接地电阻;降阻措施

Abstract：

Combinedwiththemeasuresofreducingthegroundingresistance,whichareusedinmostoftransformersubstationnow,andtheactualsituationof110kVyuedongyingsubstation,Iprovideaprogramforthegroundingresistancebythemeasureofnumericalcaculation.

Keywords：

110kVtransformersubstation;ground;groundingresistance;measuresofreducingthegroundingresistance;

目录

1引言1

2选择方案1

3接地计算2

3.1本站接地计算参数2

3.2热稳定校验2

3.3主接地网电阻3

3.4接地模块数量4

3.5接触电位差、跨步电位差计算5

4结论7

参考文献8

1引言

接地电阻值是变电站设计的一项重要内容，电站接地电阻不满足要求，会导致接地点对地点位升高，对变电设备造成反击，破坏设备绝缘，同时还会造成接触电势和跨步电压过大，对站内运检人员造成人身安全。

目前变电站常用的降阻方法有扩大接地网面积（含接地网外引）、增加垂直接地极数量及长度、增加接地网预埋深度、利用自然接地体、深井基地、化学离子接地极、物理接地模块、使用降阻剂、换土、爆破接地、深孔压力灌注等技术[1-5]。

2选择方案

增大接地面积与外引接地网：

能有效降低接地网的接地电阻[1]，但是本站周边均为化工厂，化工厂不同意厂区接地网与变电站接地网并接，同时也存在并接后站内对地电势向周边化工厂转移的不确定因素。

增加垂直接地极数量、打深井：

对于接地面积≥100×100mm2大中型接地网，使用垂直接地体或深孔接地电极，其降阻效果不明显[6]，且打深井主要适用于地下较深处土壤层电阻率较小的情况[1]，根据地勘报告，本站土壤层往下呈现电阻率递增趋势。

自然接地体：

站内建筑基础为钢筋混凝土结构，可以利用，但是建筑体积较小，降阻不明显。

化学离子接地极、降阻剂：

利用电解质做导电剂，配上絮凝剂固化剂使用，降阻效果较好，但是会对复合接地网造成腐蚀，同时在土壤干旱或者随着使用年限增长，在雨水的冲刷作用下，电解质流失后接地效果会明显下降[7]，同时还会造成环境污染。

爆破接地：

原理为采用钻孔机在地中垂直转一定直径和深度的孔，在空中插入垂直接地极，然后沿孔的整个深度方向隔一定距离采用炸药爆破，将岩土爆裂后用压力机将低电阻率浆液灌入，以达到降阻效果，能够大幅度的降低接地电阻[8]，但是这种方法成本太高。

换土：

即将变电站站区高电阻率土壤完全用低电阻率土壤替换，土石方及现场开挖工作量较大，技术可行，但是不经济。

深孔压力灌注技术：

与爆破接地相似，均是转孔后将导电剂灌入，具有占地面积小，降阻效果明显的特点，但是也存在不经济问题，一般用于占地面积小土壤电阻率高的变电站。

物理接地模块：

新型物理降阻接地模块以石墨金属矿渣、导电塑料等非电解质为主要原料，加入凝胶剂、防腐剂、扩散剂制成，具有基本无腐蚀、不受土壤含水量影响，降阻效果明显，适用于干旱、少雨、高寒地区使用[7]。

同时由于由于主要材料为石墨，价格较经济。

通过以上常用降阻措施在经济性、技术可行性、环境协调性、施工难易程度等方面比较，确定曲靖供电局110kV岳东营变电站工程接地降阻措施选用物理接地模块。

3接地计算

3.1本站接地计算参数

表3.1110kV岳东营变电站主要接地参数表

序号

参数名称

参数值

备注

1

入地短路电流值（kA）

11.42

单相短路电流

2

土壤电阻率（Ω.m）

375

0-5米土壤层地勘值

3

地网年腐蚀率（mm/年）

0.065

4

扁钢水平接地网（mm）

-50x5

5

角钢水平接地网（mm）

∠50x5

6

接地网面积

98.6×71.3m2

矩形接地网，接地网面积（mm2）：

6958.88

7

圆柱形接地模块

Φ200X800

8

接地网预埋深度（m）

0.8

3.2热稳定校验

接地网埋于地下0.8米，开挖检查较麻烦，需根据电站使用年限（30年）按年腐蚀率校验接地网的热稳定，校验公式[8]如下：

（1）

计算得接地体最小截面积为：

126.4mm2

其中：

接地网年腐蚀率为0.065mm/年[8]；

t--短路的等效持续时间，取0.6s；

C--接地线材料的热稳定系数，取C=70[8]；

采用50x5的热镀锌扁钢，按30年考虑：

S30=（50-0.065x30）×（5-0.065x30）=146.6mm2>126.4mm2符合要求。

3.3主接地网电阻

1）复合地网接地电阻：

复合接地网（水平接地网）的接地电阻为[8]：

=2.697Ω；

（2）

其中：

站址0~5m层土壤电阻率测量值：

375Ω.m（《土壤电阻率测试报告》，土壤层为红土，测量前3天为晴天，测量时为晴天）；

土壤季节系数[1]：

Kψ=1.2；

计算用土壤电阻率为：

Kψ×ρ0=1.2×375Ω.m=450Ω.m.

接地网总接地面积为：

S=97.6m×71.3m=6958.9

2）桩基础接地电阻（配电综合楼）：

配电综合楼桩基础接地电阻[1]:

Ω（3）

其中：

系数K[1]（查表得）：

0.39；

土壤的计算电阻率：

450Ω；

项目目目

参数

长a（m）

宽b（m）

a/b

K

配电综合楼

63.54

11.10

5.72

0.39

3）垂直接地极接地电阻计算：

单根垂直接地极接地电阻值[1]：

Ω（4）

其中：

土壤的计算电阻率：

450Ω；

垂直接地体长度l（m）：

2.5；

垂直接地体直径d（m）[1]：

0.84×0.05=0.042；

本工程垂直接地极共75根；

Ω（5）

4）主接地网接地电阻值：

Ω＞0.5Ω（6）

要使接地网接地电阻满足要求，即R＜0.5Ω，需增加接地模块，接地模块电阻为Rj，R=0.998//Rj＜0.5Ω；计算得：

Rj＜1.00Ω

3.4接地模块数量

接地模块（本工程选用圆柱形接地模块，规格圆柱形Φ200X800，厂家为青岛雷盾防雷技术有限公司）：

单套接地模块的接地电阻值[10]：

（7）

Ω

n套接地模块接地电阻值[10]：

，得n＞92（8）

其中：

ρ为土壤电阻率ρ=450Ω.m；

水平接地体总长度L（m）：

0.8；

水平接地体埋设深度h（m）：

0.8；

水平接地体等效直径[8]d（m）：

0.2；

——接地碳棒的利用系数，取值范围是0.55-0.85，模块数量越多，K取值越小；

M——接地系数取0.25；

n—— 接地碳棒个数；

考虑现场施工误差等因素，接地模块按170套考虑：

（9）

本站接地电阻值：

R=0.998//Rj=0.351Ω（10）

3.5接触电位差、跨步电位差计算

3.5.1地电位升高

发生接地故障时，接地装置的对地电位按下式计算[1]：

（11）

其中：

I为计算入地短路电流：

11420A；

R为接地装置的接地电阻:

0.351；

3.5.2接地网的最大接触电势计算

（12）

（13）

（14）

（15）

（16）

（17）

其中：

ρ——土壤电阻率（Ω∙m）：

450Ω.m；

d——接地网导体直径[8]（m）：

0.5×0.05=0.025；

S——接地网面积（mm2）：

6958.88；

n1为x方向的导体数：

15；

n2为y方向的导体数：

11；

3.5.3最大跨步电势计算

（18）

（19）

其中：

L——接地网中接地体的总长度：

2000m;

L1——接地网的外缘边线总长度：

337.8m

d——接地网导体直径[8]（m）：

0.5×0.05=0.025；

S——接地网面积（mm2）：

6958.88；

h——接地网的水平均压带埋深：

0.8m

3.5.4接触电势与跨步电压校验

接触电位差不应超过[8]：

（20）

跨步电位差不应超过[8]：

V（21）

表层土壤衰减系数Cs[8]：

（22）

其中：

ρs——表层土壤电阻率[1]（Ω∙m）:

2500；

ρ——土壤电阻率（Ω∙m）：

450；

ts——接地故障的等效持续时间：

0.6S；

hs——表层土壤厚度（m）：

0.15（碎石层厚度，计算按150mm计算）

可知：

接触电势

满足要求；

跨步电压：

满足要求；

4结论

（1）在现有复合接地网基础上，增加170套接地模块，能有效将本站接地电阻降低到0.5Ω以内，同时又能保证接触电势与跨步电压不超过安全值。

（2）增大变电站内地表土壤层的电阻率和对应厚度能有效提高跨步电压和接触电势的的允许值，本站采用150mm厚度碎石层（电阻率2500Ω∙m）敷设于站内。

参考文献

[1]水利电力部西北电力设计院.电气工程电气设计手册电气一次部分[M].中国电力出版社.

[2]何金良，曾嵘.电力系统接地技术[M].北京:

科学出版社;2007.

[3]曾嵘,周配朋,等.接地模块降阻特性的现场实验与仿真建模[J].高电压技术,2010,36（9）:

2112.

[4]王勇.变电站地网接地电阻的计算及改善[J].电气运用,2009,28（9）:

67-68.

[5]鲁志伟,常树生，等.外引接地对降低接地网接地阻抗的作用分析[J].高电压技术,2006,32（6）:

119-121.

[6]郑志煜,杜忠东，等.垂直接地体对大中型接地网降阻的计算[J].高电压技术,2003,29（7）:

19-21.

[7]王英军.降低高土壤电阻率地区接地电阻新方法研讨[J].价值工程,2015,34（36）:

161-163.

[8]GB/T50056-2011交流电气装置的接地设计规范[S].中国电力企业联合会,北京,2011

[9]王周安,曾永林，等.深孔分层压力灌注接地网技术[J].水电站机电术,2001,24（4）:

21-23.

[10]物理接地模块样本[X].青岛雷盾防雷技术有限公司.