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1、变电站接地网深井接地的设计计算成都艾邦新实科技有限公司 夏宏伟阿古斯光电(南宁)科技有限公司 平 帅摘 要：目前我国电力行业标准中关于变电站接地网接地电阻的设计计算都是基于单层均匀土壤环境下，针对边缘闭和接地网进行计算的。然而工程现场的地质情况千变万化，非常复杂，使得设计计算的结果与工程实际施工的结果误差很大。本文以一种较为简单可行的计算方法，对变电站在两层土壤环境下的深井接地进行了设计计算尝试，并通过对某 110KV 变电站工程前期设计与施工实测值的比较，验证了该设计方法的可行性。关键词：变电站 深井接地 设计计算1、引言变电站接地网的接地电阻值对变电站的运行安全非常重要，在我国接地标准中，
2、推荐采用以水平接地体为主且边缘闭合的圆形复合接地装置模型来等效变电站的接地网，进行接地电阻的计算。计算方式使用内插法，计算公式以圆盘圆环模型接地电阻计算公式内插得出。但在实际的工程施工中，变电站的接地网一般均埋设于两层土壤环境下，当使用接地深井埋设长垂直接地体时，使得设计计算更为复杂。通常对于两层土壤环境下接地网的设计计算需使用专门的计算软件进行计算，如何设计一个简单可行的计算方法来进行设计计算，所有从事电力接地技术研究的业内人士都在进行尝试，目前较少有切实可行的计算方法。本文通过对某 110KV 变电站工程前期设计与施工实测值的比较，对变电站在两层土壤环境下的深井接地进行了设计计算尝试，提出
3、了一种较为简单的设计计算方法。2、计算案例2.1、现场概述A、变电站面积为 8890m 共 7920 平方米；B、工程所在地含土层平均厚度约为 1.21.5 米估算；C、工程为变电站系统接地,设计工频接地电阻为 1.0；D、土壤地质情况主要为沉积岩结构，分层清晰；表层 01.5 米为第四纪粉质红色沙壤土，具有胀缩性；上层 1.53.5 米为老第三纪黄色石灰岩风化土；中层 3.58.0米为三叠纪红色沙砾类沉积岩；下层 8.0米为三叠纪红色砂岩；表层土壤电阻率实测为 973m，取值：980m；中层土壤电阻率实测为 1426m，取值：1450m；下层土壤电阻率约为 2200m，土壤季节变化系数较小；
4、E、该 110kv 变电站位于丘陵地带，变电站四周围有 13 米沙石挡土墙，站内为回填土，原接地网水平接地体使用-505mm 热镀锌扁钢，埋深 0.8 米；垂直接地体使用 L50505mm2.5m 热镀锌角钢，埋深 0.8 米；现工频接地电阻实测为3.323.48；F、变电站附近区域内稳定地下水位埋深约 9.50m 16.50m，地下水主要为基岩裂隙水，中等水量，具有良好的导电性。变电站东侧地下水位较浅，土壤电阻率较低；根据电网公司的规定，变电站的接地阻值不宜大于 1。因此，需进一步采取降阻措施以满足接地阻值不大于 1 要求。现对如下地网情况做设计整改。2.1、 、设计思路依据以上现状，本设计
5、拟采用站内及站基边缘打接地深井，埋设 20 米长垂直接地体，并采用降阻剂压力灌浆工艺进行施工的方法对现有接地网工频接地电阻值进行改善。本方案设计计算依据 DL/T621-1997交流电气装置的接地附录 A 及 IEEE Std 80-2000交流变电站安全接地导则进行设计计算。图 1 接地深井布置图图 2 等效的接地网结构图如图 1 所示，本设计主要内容为：1、在变电站内距离变电站围墙 1m 处，沿变电站围墙，依据现场钻机安装难易程度设置 8 孔 150mm20m 接地深井，沿变电站东侧、东南侧，在距离变电站围墙 40m位置设置 6 孔 150mm20m 接地深井。接地深井内埋设 505mm2
6、0m 热镀锌钢管做垂直接地体，垂直接地体埋深 0.8m。接地深井内采用压力灌浆工艺灌注 2500kg长效稀土降阻剂。2、使用 505mm 热镀锌扁钢做接地连接导体，将垂直接地体与原接地网水平接地体焊接，并在焊接部位做防腐处理。接地连接导体埋深 1.0m，每米添加 25kg 长效稀土降阻剂。本设计的优点为：1、因变电站东侧为非耕种沙土荒地，因此不存在青苗补偿费用，征地费用，以及土地建设对变电站接地网的破坏等问题。2、本设计充分考虑了地下水层的分布和深度对接地网工频接地电阻的影响，接地深井设计深度为 20m，较易施工，并可穿透地下潜水层，有效降低接地网工频接地电阻。3、本设计接地深井的布置间距均大
7、于两倍深井长度，垂直接地体间的屏蔽作用很小，可最大限度利用现有地形，充分提高垂直接地体的降阻效果。4、本设计所有工程计算均符合 DL/T621-1997交流电气装置的接地标准及 IEEE Std 80-2000交流变电站安全接地导则的规定，设计误差较小，所使用的设计计算方法在国内众多变电站的接地网设计中得到证实。5、本设计使用常规接地材料，符合 DL/T621-1997交流电气装置的接地标准及IEEE Std 80-2000交流变电站安全接地导则的规定，工程造价较低，性价比较好。所建接地网的设计寿命大于 30 年。2.3、设计计算1） 、水平复合接地网的工频接地电阻水平复合接地网采用主边缘闭合
8、的505 热镀锌扁钢；接地网总面积：S=7920m 2；水平接地极总长度：L=2200m；水平接地极埋深：h=0.8m；水平接地极：d=0.025m；地网主边缘长度：L 0=356m；5m 深度的土壤电阻率：取 =980m；根据测量时天气和土壤情况，取季节系数 1.4，=1372m；则： 0.960679208.641.shB 7.023.5846 960.502.897ln201396.01. 5l23.0Re BhdSLBS0.93567920.7256ln3.l1LSaRh= Re=0.997.023=6.9531a添加 45T 长效物理降阻剂后：R hx=Rh =0.56.953=3.
9、48该接地网内添加 45T 长效物理降阻剂后，接地网工频接地电阻降为 3.3。未达到要求，因此交于我公司进行接地网改造。2） 、垂直方向的平均土壤电阻率根据 110kV 变电站岩土报告，变电站场区及附近表层 03.5m 土壤电阻率分布为8501050m；中层 3.58m 土壤电阻率分布为 13501550m；下层 8m土壤电阻率约分布为 22002300m；第一层理区深度： =8m；1h平均土壤电阻率： = m1204)510()3580( 取季节系数为 1.4 时： =1.41200=1680m1第二层理区深度： =12m；2h平均土壤电阻率： = m18504)23150()350( 取季
10、节系数为 1.4 时： =1.41850=2590m2层理方向的土壤电阻率：m 213059/1680/21 ht垂直层理方向的土壤电阻率：m 261821 hn该层状结构岩土的非各向同性系数 和平均电阻率 为：；02.136tnm5.7tnm3）依据土壤电阻率分布添加降阻剂水平复合接地网当在接地网内依据土壤电阻率的分布特性平均添加降阻剂后，视接地网内各区域土壤电阻率趋于均衡，其降阻剂的降阻效率应依据接地网埋深位置的平均土壤电阻率确定。按图 1 方式进行接地网改造后，新增加接地网面积 6600 m2；新增接地网主边缘长度 160m；当使用降阻剂后，取 =1372m 时，按照降阻剂的降阻效率曲线
11、其降阻效率为0.6，则此时的视在土壤电阻率 =(1-0.6)1372=548.8m。将xS=14520m2； =548.8m 代入公式有：x0.9699145208.6.41shB 2.1750.698 96.052.80914ln2.89.4.3. l2Re BhdSLBS0.97516420.1426ln3.l01LSaRh= Re=0.972.175=2.111a该地网均匀添加长效物理降阻剂，并新增加接地网面积 6600 m2后其接地电阻为2.11，不能达到1 的设计要求，因此我公司建议采用深井接地的方式对其进行改造。4） 、增设长垂直接地体后接地网的工频接地电阻依据 IEEE Std
12、80-2000 中含长垂直接地体两层土壤环境下的简化结算公式，在不考虑土壤的均匀系数和上下层土壤之间的反射系数的情况下，按图 1 方式增设 14 孔150mm20m 接地深井后的接地网工频接地电阻计算如下：331tSRR式中R s水平接地网的接地电阻，；R t垂直接地棒组的接地电阻，；A、水平接地体的接地电阻计算：； ；012lnHKCRs 12； ；BhdSLBS59l3.0111 002.ln3LSa； ；shB6.45./6.0SHKCr或或； ；00)78.1ln39.(LSr K1ln2 00)9.5ln27.6(LS；3m 深度表层土壤电阻率 =1372m；添加长效物理降阻剂后 =
13、548.8m；1020m 垂直方向土壤电阻率 =2177.5m；采用压力灌浆工艺灌注长效稀土降阻剂后长垂直接地体的在视土壤电阻率 m ；25.63.27).01(2则：将 =548.8m； =635.25m；K=0.0869；S=14520m 2； 12=2200m；B=0.9699； =0.97； =2.175 代入上式；0La1R因： 0.6；则：C=1 ；算得： ； ；K72.05.160H则有： 43.2.0121ln0HKCRsB、长垂直接地体的接地电阻计算：；bat RKR1184.0.0； ； 1/1ln22 2001 qFmKHFgmLRa 02FgmLRb；hLd7.23.4
14、ln10210 hHhL212106.00 9.1gKSmFL1、L 2分别为垂直接地棒在上层土壤和下层土壤的长度，m；则：将=548.8m； =635.25m；K=0.0869；S=14520m 2；L 1=8m；L 2=12m；h=0.8m12；m=14； =0.15m 代入上式；0d则有： ； ； ；q7.g68.0F计算得： ； ；123461aR13.bR75.08.0.0batK则： 73.05.143.2133tSRR考虑到工程施工中因施工工艺引起的误差，考虑到 15%的施工风险；即：设计值为工程实际测量值的 85%时， =0.7385%=0.861；R结论按本文所列设计方法，需 14 孔 20m 接地深井可达到该接地网工频接地电阻小于 1的效果。充分考虑到工程施工风险后的设计值为 0.86，本工程接地电阻实测值为0.81。因此验证了本文的设计计算方法是可行的。参考文献：1、DL/T621-1997交流电气装置的接地附录 A；2、IEEE Std 80-2000 交流变电站安全接地导则 ；3、何金良、曾嵘电力系统接地技术 ；4、Y.L.chow etal.Resistance Formulas of Grounding System in Two-layerEarth.IEEE Trans.on Power Delivery，1996(3):1330
