35kV变电站立体接地网设计问题及对策探析

张勇

摘要：随着我国电力行业的发展、电力系统的逐渐完善，为了满足社会发展所需的电力资源，各地35kv变电站的建设数量不断增加。在变电站施工中，安全问题一直是一项重要问题，为了保证人身和设备安全，实现电力系统的稳定运行，需要重点建设好变电站接地装置。

关键词：35kv变电站；立体接地网；设计问题；有效对策；接地电阻

在变电站建设中，接地系统设计关乎其运行安全和稳定性，其接地网设计和施工是一项系统工程。在当前电力系统发展迅猛的情况下，其系统容量也在不断增加，接地网面积不断缩小。这样一来，就加大了接地网设计的难度。在35kv变电站立体接地网设计中，采取有效措施降低其接地电阻阻值，是接地网设计工作人员需要切实解决的问题。对此还要加大研究力度，在设计中采取合理措施完善立体接地网设计工作。

1.变电站接地各种形式和接地方法

1.1防雷接地

在接地中要设置好防雷接地和电气设备距离，一般按照就地原则设计。其接地方法主要是利用防雷保护装置，将电流释放到大地，通常会使用到避雷针和避雷带等，户内的变电站则会将这些防雷装置放置到房屋的顶部。其中会出现避雷带引下线与其它接地体、建筑金属体碰碰触的问题，其形成原因主要是场地的空间因素。因此在设计中，会采用等电位接地法，从而使各层楼面和墙体金属件形成一个整体。

1.2工作接地

在日常使用中，电气装置需要其它要素辅助来正常运行，其中工作接地可发挥出积极作用，在当前施工中工作接地得到了广泛应用。

1.3保护接地

首先是高压系统设备接地，其接地设计中是一个或者一组连在一起的设备，利用一根引下线来独立接地。一些情况下也可以采用两根接地线分别接地，特别是对于具备二次元件的一些设备。这种措施可以有效预防一些不良现象，比如高压电穿入二次回路、二次设备损毁等；其次是低压系统设备接地，常采用的形式有TN2S和TN2C系统等，在变电站中可以科学应用TT系统，这种系统的PE线是直接接地的，与变电站基本保留完整接地的情况可以良好配合。

1.4屏蔽接地

屏蔽接地的目的是将电气干扰转入大地，以减少电磁干扰会对弱电设备产生的不良影响，保证弱电设备的运行良好。一般采用的形式有三种，即建筑屏蔽接地、弱电设备相关接地和低压电缆屏蔽层接地。

1.5逻辑信号接地

在微机系统中，逻辑信号接地是其参考电位。逻辑信号乱接的情况下，会出现低噪声或者电压引起的数据终端问题，而高瞬间电压还会将芯片破坏，而影响到微机系统的正常运行。在处理强弱电接地混接问题时，设置电位母线是一种有效途径，需要多方面优化，母线接地点要与强电接地保持比较大的距离，弱电系统接地也要远离防雷接地。

2.35kv变电站接地系统设计施工中存在问题

2.1接地装置质量不达标

工程项目的顺利进行，需要保证其质量达标，在变电站建设中，其质量问题更是关乎用电安全和人身安全。而其中接地设计是比较隐蔽的部分，容易为了缩减成本，而在施工管理中没有按照规范执行，致使其质量达不到相应标准，出现焊接接头不良、防腐措施不到位等问题，这些安全隐患严重危害到变电站的运行。因此，质监部门要在对变电站建设检查中，重视对接地网的质量检测，严把质量关，将安全隐患排除，保证接地网发挥其作用，变电站也可实现安全、正常运行。

2.2接地引下线热容量不足

当前我国电网的容量在扩大，短路容量也随之增加，因此现阶段采用的35kv变电站中存在接地引下线热容量不足的问题。很多电网采用的扁钢是25mm×4mm或者40mm×4mm的，接地引下线采用圆钢材质，其直径为8mm或者10mm，因此在短路容量增加的情况下，难以达到其实际热稳定需求。而且在长期运行中，接地引下线在受土壤腐蚀的情况下，其截面积会不断减小。系统出现短路情况时，需要引线承担入地全部短路电流，其截面积减少也就难以承担全部电流，使接地网变得薄弱。很容易引发事故。地下引线如果被烧断，就会进一步危害到设备运行，从而引发更加严重的安全事故。因此，变电站在运行多年后接入短路容量增加时，工作人员需要校对接地网接地引下线短路容量，加强对薄弱环节的防护、减少安全事故发生几率。

2.3防腐措施不到位

在变电站接地系统建设中，其位置处于地下，因此设计中需考虑到土壤会对其产生的腐蚀作用，加强对接地设备的防腐保护。在设计工作中，如果缺乏对接地网的有效防腐处理，土壤中的盐碱性就会氧化锈蚀接地网，达到一定程度的情况下，会引发短路状况，是不利于变电站安全运行的。因此，在对变电站进行接地网设计和施工时，必须要做好防腐措施工作。

3.35kv变电站接地电阻的目标阻值确定

3.1确定最大接地电阻阻值

要确定最大接地电阻阻值，首先要测量刘静接地装置的短路电流，并结算在发生接地短路情况时，变电站内外的电流。具体计算中，如果是变电站内出现短路问题，则按照I=（Imax-In）（1-Ke1）公式计算；如果是变电站外出现短路状况，则按照I=In（1-Ke2）的公式计算。

在这两项公式中，I指的是变电站内外发生短路时，流经接地装置的短路电流；Imax是接地短路点最大接地短路电流；In代表的是流经变电站接地中性点最大接地短路电流；Ke1为变电站内短路避雷针分流系数；Ke2则为变电站外短路避雷针分流系数。

在不同的变电站设计中，其分流系数自然也存在差异。在设计过程中，对于入地短路电流要考虑其最大值，以及零序保护影响。在接地网内外出现短路情况时，产生的分流系数也有着较大差别，一般在我国缺乏当地高阻地区相关信息时，接地网外短路状况下，可以取Kfi=0.5，并按照公式来计算最大电阻，在相关规程中变电站最大接地电阻要满足R≦2000/I。

3.2确定水平主接地网接地电阻阻值

接地电阻计算，可以利用水平接地网接地电阻计算公式得出，该公式为：R=0.433*ρ/√S+ρ/L≈0.5/√S；在该计算公式中，土壤电阻率（ρ）一定时，接地电阻基础上又接地网的面积决定；土壤电阻率较高时，难以保证接地网接地电阻是达到设计要求的。一些地区是高土壤电阻率，其地网面积的扩大需要按照土壤电阻率平方增长，因此降低其接地电阻，不可采取传统扩大接地网面积的方式。在实际运行中是不可行的，也是不经济的。

4.减小接地电阻的有效方法和措施

4.1采用双层接地网

在建设35kv变电站时，通常会将其建设在高于城市规划道路标高的地区。一些变电站在建设前，会将其站址所在地区通过垫土的方式来抬高。通常在此处使用的土，其电阻率比较高，包括了塘渣、煤渣和砾石等，其与原先土层相比电阻率更高。所以在利用双层接地网的过程中，可在原先土层中将接地网埋好，通过长孔方式来节约钢材，一般孔距会设置为10m。支护在垫土层会加设一层接地网，以实现均压。但如果垫土层高度不足，则不适宜采用此方法来减少接地电阻。

4.2采用深井式垂直接地极

这种方法主要是在水平接地网面积一定的基础上，将其垂直接地面积进一步扩大，来达到减小接地电阻的目的的。同时，利用该方法还可以减小接地网的占地面积。但在其应用过程中，需要穿入第二层垂直接地极，以使其效果显现。在过去的实践经验中，垂直接地极附着于水平接地网应用，其对接地电阻并无明显的减小效果，其降低只达到2.8％~8％。但其深度与水平接地极的长宽相比，可以明显减小接地电阻，其降低率可达30％。因此，深井式垂直电机的应用效果良好，在实际应用中要合理布置地基，并考虑到垂直地基之间的相互屏蔽作用，设置好彼此间的距离。并进一步考虑到跨步电压问题，通过埋设帽檐形均压器的方式来预防该类问题的发生。

4.3降阻剂应用

在很多地方由于降阻剂具有环境污染缺陷，因此已将其禁用。但在变电站建设中，如果无法采取其他可行措施，也可采用降阻剂来减小接地电阻。

4.4扩大接地面积

将接地面积扩大，也可以有效减小接地电阻。在变电站接地网施工中，受变电站周边场地限制，直接将接地网面积扩大难以实施。特别是在市区变电站，其布点难度较大，并且周边分布了住宅等设施，因此只能保证其安全距离。所以，扩大接地面积的方法有其局限性。

同时，这些降阻方法在实际应用中，并非相互孤立的，而是可以根据工程实际情况，将其合理有效配合使用，以获得良好的降阻效果。

比如伊犁市某35kv变电站接地网设计中，其占地为2300㎡，采用了双层接地网形式，并配合深井接地极方式来构建立体接地网。实际施工中需回填最高处有3m，在原先土层先埋设了2000㎡的接地网，并回填电阻率较低的原土再夯实。往外边缘打入6根垂直接地极，每根的长度为30m，有效减少了外引接地网的面积，其实际接地电阻为0.4Ω，满足了建设要求。

5.优化立体接地网设计的有效措施

5.1准确测量土壤电阻率

在进行35kv变电站立体接地网设计时，要保证所获土壤电阻率的准确性，避免出现设计误差。对此可采用两种以上方法来测量土壤电阻率，一般有温纳法、接地摇表法和电流电压法。这些方法如果测到的结果相同，则可证明获得的土壤电阻率是准确的，检测中要严格按照相关规范执行。此外，还要重视变电站岩土工程的勘察报告，对各个变电站实际地质情况了解清楚，寻求土壤电阻率较低的位置、底层。而不要模式化将其埋深控制在8m，需要在掌握当地岩土信息的情况下，找到适合采用这些减阻措施实施的土层，以保证接地效果良好。

5.2提前进行接地施工，规划好建设流程

实际变电站建设中，接地网施工要在平整站址前进行，在原土层实施可有效减小接地电阻，填土层条件允许的情况下要尽量选择电阻率较低的土质。如果采取将站址所在地区抬高的方式，则可以通过垫土方式实现，煤渣和砾石的电阻率较高可应用。或者有条件的情况下铺设电阻率较低的土壤，以获得更好的效果。

5.3优先考虑深井式垂直接地极

在接地网降阻中，采用深井式垂直接地极可以获得明显的降阻效果，而且该方法的效益也比较好，一些35kv变电站占地面积不大可以很好地应用，同时也适用于对不合格接地网的改造工作中。并且深井式垂直接地极方式可以减小立体接地网占地面积，适宜优先选择。一般在应用中，会采用工程钻探机钻孔埋设30m以上接地极，其开孔直径为130mm，采用镀锌钢管作为接地极，周边用低阻值的泥浆灌注回填空隙。

5.4接地体选择

在接地网导体面积达到一定程度后，增加导体截面积的同时，也会加大钢材用量。而在实际建设中，需要保证其截面积可以承受入地电流热效应和大地腐蚀作用。一般水平接地体选择为50mm×5mm镀锌钢管，垂直接地体则为50mm×5mm镀锌角钢。

结束语：

在35kv变电站立体接地网设计中，可以采用的设计和降阻方法较多，而在实际设计工作中要首先掌握项目的规模、站址所处地区的地质和地形条件等，对各项因素综合考虑来选择效果更加、经济安全的降阻方式。从而保证立体接地网建设的安全性，使其保持良好的稳定运行，进而保障人身安全和设备安全。

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