畢業(yè)論文-電力系統(tǒng)變電站接地網(wǎng)分析與優(yōu)化

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題目 電力系統(tǒng)變電站接地網(wǎng)分析與優(yōu)化 </p><p>　　專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化</p><p>　　學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　年 級(jí)： <

2、/p><p>　　學(xué)習(xí)形式： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　論文作者： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱：

3、 </p><p><b>　　學(xué)院 制</b></p><p>　　完成時(shí)間： 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　變電站的接地網(wǎng)是確保變電站工作接地、保護(hù)接地和防雷保護(hù)接地的必要設(shè)施，也是保障人身和設(shè)備安

4、全、保證變電站可靠運(yùn)行的重要手段。在我國(guó)的電力發(fā)展史上，曾多次出現(xiàn)因接地網(wǎng)設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的停電事故和安全隱患，因此，接地網(wǎng)的安全應(yīng)引起電力部門的高度重視。特別是近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展推動(dòng)了電力負(fù)荷需求節(jié)節(jié)攀高，為了滿足負(fù)荷日益增長(zhǎng)的需要，變電站正朝大容量、特高壓、緊湊型方向發(fā)展。接地短路電流越來(lái)越大，同時(shí)國(guó)家政策要求新建工程要少占或不占良田好土，建在高土壤電阻率地區(qū)的變電站越來(lái)越多，這些因素給變電站接地設(shè)計(jì)和施工造成了困難。為確保變電站

5、投運(yùn)后接地網(wǎng)的安全，就必須把好接地網(wǎng)設(shè)計(jì)這一關(guān)，從源頭上減少和排除接地網(wǎng)出現(xiàn)故障的隱患。</p><p>　　關(guān)鍵詞：變電站、地網(wǎng)設(shè)計(jì)、接地阻抗、測(cè)量</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The substation ground network is to ensure that the substati

6、on grounding, protective grounding and lightning protection grounding necessary facilities, and to ensure the safety of person and equipment, to ensure the important means of substation and reliable operation. Power deve

7、lopment history in our country, has repeatedly appeared due to improper grounding network design of the power outage and safe hidden trouble, therefore, the safety of grounding network should be paid attention during the

8、</p><p>　　Key words: substation, in design, grounding impedance, measurement</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstracI

9、I</p><p>　　目 錄III</p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 接地技術(shù)的背景1</p><p>　　1.2 接地的意義1</p><p>　　1.3 接地網(wǎng)再國(guó)內(nèi)的發(fā)展1</p><p>　　2 接地

10、的基本原理3</p><p>　　2.1 接地的概念3</p><p>　　2.2 接地的作用3</p><p>　　2.3 電氣接地的分類4</p><p>　　2.4 土壤電阻率5</p><p>　　2.4.1土壤電阻率ρ的取值6</p><p>　　2.4.2 接地電阻值的要

11、求7</p><p>　　2.4.3 直接計(jì)算法9</p><p>　　2.4.4 變電站地網(wǎng)的接地電阻10</p><p>　　2.5 跨步電位差與跨步電壓11</p><p>　　3 變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)13</p><p><b>　　3.1 概述13</b></p>

12、<p>　　3.2 變電站地網(wǎng)設(shè)計(jì)的總原則13</p><p>　　3.2.1 對(duì)接地電阻的要求14</p><p>　　3.2.2 接觸電位差和跨步電位差允許值14</p><p>　　3.3 地網(wǎng)的設(shè)計(jì)步驟和方法15</p><p>　　3.3.1 調(diào)查土壤特性15</p><p>　　3.3.

13、2 入地故障電流的計(jì)算16</p><p>　　3.3.3 地網(wǎng)導(dǎo)體材料及截面的選擇16</p><p>　　3.3.4 選擇地網(wǎng)的布置方式18</p><p>　　4 變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算及量大電阻的確定20</p><p>　　4.2 減小接地電阻的方法

14、20</p><p>　　4.2.1 兩層接地網(wǎng)20</p><p>　　4.2.2 深井式垂直接地極21</p><p>　　4.2.3 用自然體接地21</p><p>　　4.2.4 引外接地21</p><p>　　4.2.5擴(kuò)大接地面積22</p><p>　　4.2.6

15、使用降阻劑22</p><p>　　4.3工程設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)建議22</p><p>　　4.3.1 土壤電阻率的測(cè)量要準(zhǔn)確23</p><p>　　4.3.2接地施工應(yīng)提前進(jìn)行23</p><p>　　4.3.3優(yōu)先考慮深井式垂直接地極23</p><p>　　4.3.4接地體的選擇23</p>

16、<p>　　4.3.5 降低接地電位的其他方法23</p><p>　　5 與接地網(wǎng)相關(guān)的問(wèn)題25</p><p>　　6 結(jié) 論27</p><p><b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><

17、p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 接地技術(shù)的背景</p><p>　　接地技術(shù)作為一門新興的邊緣學(xué)科，主要是建立在電學(xué)理論基礎(chǔ)之上的。這門學(xué)科的興起及其發(fā)展與電學(xué)比較，晚了近90年。</p><p>　　1981年，美國(guó)學(xué)者G夏里克(Sharik)指出：“接地技術(shù)不能列為一門精密的科學(xué)，在 很大程度上它是一種

18、理論科學(xué)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人心得的綜合技術(shù)?！?lt;/p><p>　　日本學(xué)者高橋建彥指出：“與其說(shuō)接地是理論，倒不如說(shuō)是一種現(xiàn)場(chǎng)必須反復(fù)進(jìn)行實(shí) 踐的技術(shù)。這是因?yàn)榇蟮氐碾姎馓匦杂性S多不確定的因素，不能用一句話簡(jiǎn)單地下結(jié)論，并且在很多場(chǎng)合不能紙上談兵，只能通過(guò)理論計(jì)算就得出結(jié)論。接地是越想深究其問(wèn)題就越是深?yuàn)W的技術(shù)，不是能輕易解決的一門學(xué)問(wèn)?！?lt;/p><p><b>　　1.2 接地

19、的意義</b></p><p>　　電力系統(tǒng)的接地問(wèn)題是一個(gè)看似簡(jiǎn)單、而實(shí)際上卻又非常復(fù)雜又至關(guān)重要的問(wèn)題，它直接關(guān)系到人身和設(shè)備的安全。特別是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，接地短路電流越來(lái)越大，各種微機(jī)監(jiān)控設(shè)備的普遍應(yīng)用，對(duì)接地的要求越來(lái)越高。</p><p>　　在電力系統(tǒng)中為了工作和安全的需要，常需將電力系統(tǒng)及其電氣設(shè)備的某些部分與地 中的接地裝置相連接，這就是接

20、地。接地網(wǎng)不僅為變電站內(nèi)各種電氣設(shè)備提供一個(gè)公共的參考地，而且在系統(tǒng)故障時(shí)可將故障電流迅速排泄，降低變電站的地電位升高，以保證人身和設(shè)備安全。調(diào)查表明，我國(guó)曾發(fā)生多起因接地系統(tǒng)接地電阻未達(dá)到要求所導(dǎo)致的事故或事故的擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每發(fā)生一次事故的直接經(jīng)濟(jì)損失都在幾百到數(shù)千萬(wàn)元，并且間接所造成的社會(huì)影響也非常之大。</p><p>　　1.3 接地網(wǎng)再國(guó)內(nèi)的發(fā)展</p><p>　　隨著電力

21、工業(yè)的發(fā)展，電力變電站一次設(shè)備二次保護(hù)對(duì)接地裝置的要求不斷提高。接地裝置是確保電力設(shè)備安全運(yùn)行及其工作人員人身安全的重要設(shè)備。電力系統(tǒng)中對(duì)接地裝置的要求越來(lái)越嚴(yán)格，變電所接地系統(tǒng)直接關(guān)系到變電所的正常運(yùn)行，更涉及到人身與設(shè)備的安全。然而由于接地網(wǎng)設(shè)計(jì)考慮不全面、施工不精細(xì)、測(cè)試不準(zhǔn)確等原因，近年來(lái)，發(fā)生了多起地網(wǎng)引起的事故，有的不僅燒毀了一次設(shè)備，而且還通過(guò)二次控制電纜竄入主控室，造成了事故擴(kuò)大，故接地網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到非常

22、重要的作用。</p><p>　　大型樞紐變電站，就因開關(guān)室接地與主接地網(wǎng)之間的接地電阻不合格，引發(fā)接地網(wǎng)局部地電位升高，造成高電壓、大電流竄入直流系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、擊穿保護(hù)二次電纜、造成主控樓及保護(hù)裝置、二次電纜、低壓配電設(shè)備全部燒毀；150MVA主變壓器和220kV、110kV部分高壓設(shè)備燒毀。致使多家大型發(fā)電廠被迫停機(jī)，造成電力系統(tǒng)解裂大面積停電?，F(xiàn)在尤其是35kV、10kV系統(tǒng)接地故障，由于接地網(wǎng)存在缺

23、陷導(dǎo)致變電站接地網(wǎng)局部電位升高，致使避雷器不能正確動(dòng)作，甚至發(fā)生逆閃，引發(fā)母線對(duì)地放電，開關(guān)爆炸，燒毀電氣設(shè)備，甚至燒斷接地裝置，造成大面積停電的事故時(shí)有發(fā)生。然而，因?yàn)樵O(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等各個(gè)方面的因素，未能有效地解決接地裝置的防腐問(wèn)題。比如，福州電業(yè)局旗山變，經(jīng)過(guò)多次普測(cè)和開挖檢查，發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)銹蝕嚴(yán)重，接地電阻逐年升高。規(guī)程規(guī)定：變電站接地裝置接地電阻應(yīng)不大于0.5歐。而該站接地網(wǎng)接地電阻由建站時(shí)的0.46 歐升高至2007年的1.0

24、5歐。</p><p><b>　　2 接地的基本原理</b></p><p><b>　　2.1 接地的概念</b></p><p>　　所謂接地，就是把電氣系統(tǒng)、電路或設(shè)備的某一部分通過(guò)接地裝置同大地緊密連接在一起。其目的在于確定與之相連接的導(dǎo)體電位并使之大致維持在大地電位。接地是一種有 目的的永久性或臨時(shí)性的導(dǎo)體連接

25、，通過(guò)這種連接而使電路或設(shè)備成為接地的。</p><p>　　電氣連接處與地相接觸的導(dǎo)體稱為接地體。若接地體為垂直埋設(shè)在地中的金屬導(dǎo)體則 稱為垂直接地體；若接地體為水平埋設(shè)在地中的金屬導(dǎo)體則稱為水平接地體；若接地體為一組水平埋設(shè)的金屬導(dǎo)體網(wǎng)格則稱為水平接地網(wǎng)。若接地體為水平接地網(wǎng)和垂直接地體共同構(gòu)成則稱為復(fù)合接地網(wǎng)。電氣回路或電氣設(shè)備與接地體之間的電氣連線稱為接地引線。接地引線、接地體統(tǒng)稱為接地裝置或接地系統(tǒng)。&

26、lt;/p><p>　　接地功能是能過(guò)接地裝置或接地系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電力系統(tǒng)的接地裝置可分為兩類，一 類為輸電線路桿塔或微波塔的比較簡(jiǎn)單的接地裝置，如水平接地體、垂直接地體、環(huán)形接 地體等；另一類為變電站的接地網(wǎng)。表征接地裝置電氣性能的參數(shù)為接地電阻，關(guān)于 接地電阻的內(nèi)容將在后面的章節(jié)介紹。到目前為止，接地仍然是應(yīng)用最廣泛的并且無(wú)法用其他方法替代的電氣安全措施之一。</p><p><b&

27、gt;　　2.2 接地的作用</b></p><p>　　接地的作用主要是防止人身遭受電擊、設(shè)備和線路遭受破壞、預(yù)防火災(zāi)和防止雷擊、防止靜電損害和保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。防止人身遭受電擊將電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)不帶電的金屬導(dǎo)體部分與接地極之間做良好的金屬連接，以保護(hù)人體的安全，防止人身遭受電擊。</p><p>　　當(dāng)電氣設(shè)備某處的絕緣體損壞后外殼就會(huì)帶電，由于電源中性點(diǎn)接地，即使

28、設(shè)備不接 地，因線路與大地之間存在電容，此時(shí)人體接觸到設(shè)備外殼時(shí)也會(huì)有電流流經(jīng)人體；或者 線路上某處絕緣不好，如果人體觸及此絕緣損壞的電氣外殼時(shí)，電流就會(huì)經(jīng)人體而成通路， 從而使人體遭受電擊傷害。</p><p>　　有接地裝置的電氣設(shè)備，當(dāng)絕緣損壞、外殼帶電時(shí)，接地電流將同時(shí)沿著接地極和人 體兩條通路流過(guò)，此時(shí)，人體與接地極是并聯(lián)的關(guān)系，流過(guò)每一條通路的店里只將與其電 阻的大小成反比，接地極電阻越小，流經(jīng)人體的

29、電流也就越小。通常人體的電阻比接地極 電阻大數(shù)百倍，所以流經(jīng)人體的電流就比流經(jīng)接地極的電流小數(shù)百倍。當(dāng)接地電阻極小時(shí)， 流經(jīng)人體的電流幾乎等于零，相當(dāng)于接地極將人體短路，因此，人體就能避免觸電的危險(xiǎn)。</p><p>　　所以，不論施工還是運(yùn)行，在一年中的所有季節(jié)，均應(yīng)保證接地電阻不大于設(shè)計(jì)或規(guī)范中所規(guī)定的接地電阻值，以免發(fā)生電擊傷害。</p><p>　　保障電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行：電力系統(tǒng)接

30、地一般為中性點(diǎn)接地，中性點(diǎn)的接地電阻很小，因此中性點(diǎn)與地之間的電位差接近于零。當(dāng)相線碰殼或接地時(shí)，其他兩相對(duì)地電壓，在中性點(diǎn)絕緣的系統(tǒng)中將升高</p><p>　　為相電壓的 3 倍，而在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中則接近于相電壓，因此中性點(diǎn)接地將有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，防止系統(tǒng)震蕩，且系統(tǒng)中的電氣設(shè)備和線路只需按相電壓來(lái)考慮其絕緣 水平，可降低電氣設(shè)備的制造成本和線路的建設(shè)費(fèi)用。中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)，還可以保證繼電保護(hù)的可靠動(dòng)

31、作。通信系統(tǒng)一般采用正極接地，可防止雜音竄入和保證通信設(shè)備的正常運(yùn)行。電力線路需要穩(wěn)定的參考點(diǎn)才能正常運(yùn)行，因此也需要進(jìn)行接地。</p><p>　　防止雷擊和靜電的危害：雷擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，物料在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中因摩擦而引起的靜電，都有可能造成電擊或是火災(zāi)的危險(xiǎn)。直接遭受雷擊的危害，比之于感應(yīng)雷就更大了，而且發(fā)生的機(jī)會(huì)更多，所以，為了防止直擊雷，必須裝設(shè)防雷裝置。所有防雷裝置和防止靜電危害的措施中，

32、最主要的方法就是設(shè)置接地裝置。</p><p>　　2.3 電氣接地的分類</p><p>　　常用的接地方式按其作用或功能來(lái)分可分為以下幾種。</p><p>　　(1)工作接地。也叫系統(tǒng)接地，為了滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的需要，在電力系統(tǒng)中的適 當(dāng)?shù)攸c(diǎn)進(jìn)行，保證電力設(shè)備在正?；蚴鹿是闆r下能可靠工作而設(shè)的接地，稱為工作接地。 如發(fā)電機(jī)和變壓器中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)消弧線圈

33、接地；在直流系統(tǒng)中還包括相線接地。</p><p>　　(2)保護(hù)接地。也叫安全接地，為防止電氣設(shè)備絕緣損壞而使人身遭受觸電危險(xiǎn)，將與 電氣設(shè)備絕緣的金屬外殼或構(gòu)架與接地極做良好的連接，稱為保護(hù)接地。接低壓保護(hù)線(PE 線)或接地保護(hù)中性線(PEN 線)，也稱為保護(hù)接地。停電檢修時(shí)所采取的臨時(shí)接地，也屬于保護(hù)接地。</p><p>　　(3)防雷接地。將雷電流導(dǎo)入大地，防止雷電傷人和財(cái)產(chǎn)受

34、到損失而采取的接地，稱為 防雷接地。如避雷針、避雷線和避雷器等向大地泄放雷電流而設(shè)的接地。防雷接地裝置只是在雷電沖擊作用下才會(huì)有電流流過(guò)，經(jīng)防雷接地裝置向地中散流的雷電流幅值可達(dá)幾十 甚至幾百千安，但持續(xù)的時(shí)間很短，一般只有數(shù)十微秒。</p><p>　　(4)屏蔽接地。將設(shè)備的金屬外殼或金屬網(wǎng)接地，以保護(hù)金屬殼內(nèi)或金屬網(wǎng)內(nèi)的電子設(shè)備不受外部的電磁干擾；或者使金屬殼內(nèi)或金屬網(wǎng)內(nèi)的電子設(shè)備不對(duì)外部電子設(shè)備引起干擾。

35、這種接地稱為屏蔽接地。法拉第籠就是最好的屏蔽設(shè)備。</p><p>　　(5)防靜電接地。將靜電荷引入大地，防止由于靜電積累對(duì)易燃、易爆，如易燃油、天 然氣儲(chǔ)罐和管道等設(shè)備以及人體受到損傷的接地，稱為防靜電接地。而油罐汽車后面拖地的鐵鏈子也屬于防靜電接地。</p><p>　　(6)邏輯接地。電子設(shè)備為了獲得穩(wěn)定的參考電位，將電子設(shè)備中的適當(dāng)金屬部件，如 金屬底座等作為零參考電位，把需要獲

36、得零電位的電子器件接于該金屬部件上，如金屬底座等，這種接地稱為邏輯接地。該基準(zhǔn)電位不一定與大地相連接，所以它不一定是大地的零電位。</p><p>　　(7)信號(hào)接地。為保證信號(hào)具有穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位而設(shè)置的接地，稱為信號(hào)接地。</p><p>　　(8)防電腐蝕接地。在地下埋設(shè)金屬體作為犧牲陽(yáng)極以達(dá)到保護(hù)與之連接的金屬體，如 輸油金屬管道等，稱為防電腐蝕接地。犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極的稱為陰極保護(hù)。

37、</p><p><b>　　2.4 土壤電阻率</b></p><p>　　人們?yōu)榱诉M(jìn)行正確合理的接地設(shè)計(jì)，需要了解電流在地中流動(dòng)的分布規(guī)律，而地中電 流的分布規(guī)律除了和電流的頻率有關(guān)外，還決定于大地的電學(xué)性質(zhì)。表征大地電學(xué)性質(zhì)的 主要參數(shù)是大地的電阻率、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。</p><p>　　據(jù)分析，在一般情況下，研究直流或工頻接地時(shí)，可以

38、把大地看成導(dǎo)體；而研究沖擊接地時(shí)，在低電阻率地區(qū)，只需考慮傳導(dǎo)電流的作用，只有在高電阻率地區(qū)，才需要考慮 位移電流的影響。電阻率是物質(zhì)的基本屬性，它非常明確地表征物質(zhì)的導(dǎo)電性能。物質(zhì)的電阻率是該物質(zhì)單位立方體的電阻，用表示，單位為歐姆·米，記為?·m。</p><p>　　將被測(cè)物質(zhì)做成橫截面為S,長(zhǎng)度為L(zhǎng)的幾何體，夾在兩電極之間，并通以電流，分別用電流表、電壓表測(cè)出回路中的電流I和電極兩端的

39、電壓 U，則電極間物質(zhì)的電阻為</p><p>　　R=U/I，再由R=ρL/S計(jì)算出物質(zhì)的電阻率為：</p><p>　　ρ=RS/L=(U/I)(S/L) （2-1） </p><p>　　物質(zhì)的電阻率與幾何形狀無(wú)關(guān)，而電阻則由其幾何形狀的大小決定。物質(zhì)的電導(dǎo)率為 電阻率的倒數(shù)，用表示，單位為西門子/米，記為 s/m。&

40、lt;/p><p>　　2.4.1土壤電阻率ρ的取值 </p><p>　　土壤電阻率ρ是決定接地網(wǎng)的關(guān)鍵參數(shù)，選擇變電所所址時(shí)，要考慮所在地的土質(zhì)情況，接地網(wǎng)處的土壤分層情況，不能僅取表層土壤的電阻率ρ，若土壤電阻太大，接地網(wǎng)的接地電阻值滿足不了R≤2000/I 的要求。 </p><p>　　定性地說(shuō)，電流通過(guò)接地極向周圍大地?zé)o窮遠(yuǎn)出散流時(shí)大地土壤所呈現(xiàn)的總電阻，稱

41、為接地電阻。</p><p>　　接地電阻的定量定義是：假設(shè)在某個(gè)電極上流入接地電流 I，而接地極的電位比周圍大地?zé)o窮遠(yuǎn)處高出U 時(shí)，則接地極電位U對(duì)接地電流 I 的比值 U/I 稱為接地電阻。這個(gè)定 義必須附加下述兩個(gè)條件：</p><p>　　要使接地電流流向接地極，必須作出閉合回路，當(dāng)然必須向大地打人另一個(gè)接地 極，然后將電源接入兩個(gè)電極之間即可產(chǎn)生接地電流。這另外一個(gè)電極叫做輔助電

42、極，要設(shè)置在離主接地極足夠遠(yuǎn)的地方(理論上在無(wú)窮遠(yuǎn)處)。這樣做可以忽略給主電極帶來(lái)的影響。 </p><p>　　接地極的電位上升必須以大地的無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)為基準(zhǔn)(零電位)。這里所說(shuō)的無(wú)限遠(yuǎn)點(diǎn)是 指即使有接地電流，電位也不變動(dòng)的地點(diǎn)，即意味著與通電前的狀態(tài)沒有變化的地點(diǎn)。將這個(gè)地點(diǎn)作為電位的基準(zhǔn)點(diǎn)(零電位)，因此，可以從電位上升值及其接地電流求出真正的接地電阻。 </p><p>　　關(guān)于金屬接

43、地極自身的電阻：一般金屬，例如純銅的電阻率為ρ=1.7*10?6 ?·cm，而一般土壤(無(wú)巖石)的平均電阻率為ρ=1*104 ?·cm，它是純銅電阻率的 57 億倍。由于金屬接地極自身的有效電阻極小，所以計(jì)算接地極接地電阻時(shí)常常忽略金屬接地極自身的電阻。</p><p>　　關(guān)于接地極與土壤的接觸電阻：金屬接地極的表面通常都是很光滑的，而土壤是由微 小的固體顆粒組成的。兩種物體接觸實(shí)際是“點(diǎn)”

44、接觸，而不是“線”或“面”接觸，所 以在接觸界面處有接觸電阻。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)同一類型土壤，打入的垂直接地極(角鋼等)比 埋入式的水平接地極的接觸電阻更小。但即使是水平埋設(shè)的接地極，由于埋設(shè)后要對(duì)回填土層層夯實(shí)，再加上水平導(dǎo)體上面通常有 0. 6~0. 8m 土體的壓力，所以也會(huì)逐漸接觸良好。 就算有一些微小空隙，經(jīng)雨水后，其空隙也會(huì)因土壤膨脹而接觸良好，或被地下水填滿小空隙，形成良好接觸，所以在接地極的接地電阻計(jì)算中也忽略接觸電阻。<

45、;/p><p>　　關(guān)于接地極周圍土壤的電阻：電流在電極周圍土壤散流時(shí)所引起的土體電阻是很大的，土壤電阻率越高，阻力越大。這是接地電阻的主要部分。</p><p>　　由此可知，在接地技術(shù)中所定義的接地極的接地電阻，一般都忽略接地極的有效電阻 和接觸電阻，實(shí)際上就只考慮接地極周圍大地土壤的電阻。</p><p>　　2.4.2 接地電阻值的要求 </p>

46、<p>　　根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 621197規(guī)定，接地裝置的接地電阻值應(yīng)滿足R≤2000/I，即IR < 2000V。由于現(xiàn)在普遍采用微機(jī)保護(hù)，其對(duì)接地電阻值的要求很高，即R < 1ρ，2000V難以滿足要求，故有的采取鋪設(shè)接地銅排等措施來(lái)降低接地電阻值，國(guó)外有的已要求IR < 650V。 </p><p>　　(1)電氣裝置的下列部分均應(yīng)接地</p><p&

47、gt;　　1)變壓器、油開關(guān)、35PT、35CT、所用變、刀構(gòu)架等金屬底座和外殼。</p><p>　　2)控制保護(hù)用二次線等及外殼等可靠接地。</p><p>　　3)控制設(shè)備的金屬外殼。</p><p><b>　　4)避雷針</b></p><p>　　(2)電氣裝置的下列部分可不接地</p><

48、;p>　　1)安裝在配電屏、控制盤和配電裝置上的電氣測(cè)量?jī)x表、繼電器和其它低壓電器等的外殼以及發(fā)生絕緣損壞時(shí)，在支持物上不會(huì)引起危險(xiǎn)電壓的絕緣子的金屬底座等。</p><p>　　2)安裝在已接地金屬構(gòu)架上的設(shè)備，如穿墻套管等。</p><p>　　(3)接地裝置宜采用鋼材，接地裝置的導(dǎo)體截面應(yīng)符合熱穩(wěn)定和機(jī)械強(qiáng)度的要求，但應(yīng)不小于表2-1規(guī)格。</p><p&g

49、t;　　表2-1 鋼材安裝要求表</p><p>　　規(guī)范中嚴(yán)格規(guī)定電力系統(tǒng)各種接地裝置的電阻值，接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)就是以此為目標(biāo)值。了解接地網(wǎng)電阻構(gòu)成，在設(shè)計(jì)中可以在主要影響接地網(wǎng)電阻的環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的措施，以降低接地網(wǎng)的電阻值。接地網(wǎng)的電阻由以下幾個(gè)部分構(gòu)成： </p><p>　　1)接地引線電阻，是指由接地體至設(shè)備接地母線間引線本身的電阻，其阻值與引線的幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)。 </

50、p><p>　　2)接地體本身的電阻，其電阻也與接地體的幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)。</p><p>　　3)接地體表面與土壤的接觸電阻，其阻值懷土壤的性質(zhì)、顆粒、含水量及土壤與接地體的接觸面積及接觸緊密程度有關(guān)。 </p><p>　　4)從接地體開始向遠(yuǎn)處（20米）擴(kuò)散電流所經(jīng)過(guò)的路徑土壤電阻，即散流電阻。決定散流電阻的主要因素是土壤的含水量。接地電阻雖由四部分構(gòu)成，但前兩

51、項(xiàng)所占接地電阻值的比例甚微，起決定作用的是接觸電阻及散流電阻。故從接地網(wǎng)的接地體的量佳埋設(shè)深度和不等長(zhǎng)接地體技術(shù)，兩面三個(gè)方面來(lái)論述降低接觸電阻和散流電阻 的措施。</p><p>　　5)垂直接地體的量佳埋置深度，是指能使用權(quán)散流電阻盡可能達(dá)到的埋置深度。決定垂直接地體的量佳深度，應(yīng)考慮到三維地網(wǎng)的因素，所謂三維地網(wǎng)，是指垂直接地體的埋置深度與接地網(wǎng)的等值半徑處于同一數(shù)量級(jí)的接地網(wǎng)（即埋置深度與等值半徑之比大于

52、1/10）。在可能的范圍內(nèi)埋置深度應(yīng)盡可能取最大值，但并不是埋置深度L越深越佳。</p><p>　　6)接地體的通常設(shè)計(jì)，是用多根垂直接地體打入地中，并以水平接地體并聯(lián)組成接地體組，由于名單一接地體埋置的間距僅等于單一接地體長(zhǎng)度的兩倍左右，此時(shí)電流流入名單一接地體時(shí)，將受到相互的限制而妨礙電流的流散，即等于增加名單一接地體的電阻，這種影響電流流散的現(xiàn)象，稱為屏蔽作用，如圖一所示：由于屏蔽作用，接地體的流散電阻，

53、并不等于名單一接地體流散電阻的并聯(lián)值。</p><p>　　從理論上說(shuō)，距離接地體20米處為電氣上的“地”，故極間距離為40米時(shí)，可以認(rèn)為其利用系數(shù)η為L(zhǎng)。在接地網(wǎng)的接地體的布置上，是很難做到兩單一接地體之間距離為40米，為解決在設(shè)計(jì)中與理論分析中的矛盾，采取不等長(zhǎng)接地體的體系結(jié)構(gòu)，即各垂直接地體的埋置深度各不相等，便可達(dá)到良好的效果。不等長(zhǎng)接地體技術(shù)，從理論上到實(shí)踐應(yīng)用中，都較好的解決了多個(gè)單一接地體間的屏蔽作

54、用。</p><p>　　2.4.3 直接計(jì)算法</p><p>　　接地電阻的大小等于接地極的點(diǎn)位升高與通過(guò)接地極流入地中的電流的比值，它與土 壤特性以及接地極的幾何尺寸等因素有關(guān)。接地極的接地電阻可以通過(guò)電流場(chǎng)的求解得 到，電氣設(shè)備大多在工頻電源下進(jìn)行，由求解恒定電流場(chǎng)計(jì)算得到的接地電阻，在工頻下 仍然適用。下面以半球形接地極為例進(jìn)行討論。</p><p>　　

55、設(shè)金屬半球的半徑為r0 ，經(jīng)它向地中流散的電流為 I，假定大地是電阻率為ρ(?·m)的均勻半無(wú)限大介質(zhì)。</p><p>　　在距球心 O 的距離為r ( r r0 )處的電流密度為：</p><p>　　J= (2-2）</p><p><b>　　電場(chǎng)強(qiáng)度為：</b></p>&l

56、t;p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　以無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電位參考點(diǎn)，則r處的電位為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　則接地極上的電位為： </p><p><b>　?。?-5）</b><

57、;/p><p>　　式中，當(dāng)r=10r0 時(shí)，將有R=0.9R?？梢婋x開接地極距離為接地極尺寸 10 倍以內(nèi)的土壤電阻R’占接地極接地電阻的 90%，所以該部分土壤的特性對(duì)接地極接地電阻具有很大的影響。</p><p>　　一個(gè)由多根水平導(dǎo)體組成的接地網(wǎng)可以近似地當(dāng)作一塊孤立的金屬平板，它的電容主 要由面積大小決定。如果在平板上裝有較短的垂直接地體，不足以改變決定電容大小的幾 何尺寸，電容增加

58、不多，接地電阻減小亦不多。經(jīng)大量的研究和分析，只有垂直接地極長(zhǎng) 度可以和地網(wǎng)等值半徑相比擬時(shí)，接地電阻才有明顯的減小，例如在均勻土壤中，半徑為 r 的金屬圓盤在地表面時(shí)的接地電阻為 </p><p><b>　　(2-6) </b></p><p>　　若在圓盤內(nèi)密密麻麻打入無(wú)數(shù)根長(zhǎng)短不同的垂直接地極，使之構(gòu)成為半徑為 r 的半球 形接地極，其接地電阻如式，在比較圓盤

59、和半球接地極的接地電阻計(jì)算式可以發(fā)現(xiàn)，在同 樣的土壤中，相同半徑的圓盤和半球形接地電阻相比，半球形接地極只比圓盤接地極減小了36.3%。這個(gè)例子說(shuō)明，眾多的垂直接地極因相互屏蔽沒有起到應(yīng)有的散流作用，而白白地浪費(fèi)掉了。</p><p>　　2.4.4 變電站地網(wǎng)的接地電阻</p><p>　　為了均衡變電站地面的電位分布，降低接觸電位差和跨步電壓以及便于設(shè)備和構(gòu)架的就近接地，變電站的接地極

60、必須做成由水平導(dǎo)體組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即地網(wǎng)。地網(wǎng)深埋h 一般在 0.6-0.8m，面積一般為變電站的占地面積。</p><p>　　設(shè)變電站的占地面積為 A，當(dāng)該面積埋一塊面積為 A 的金屬板時(shí)，其接地電阻可達(dá)最小值；若該面積的金屬板更換成與金屬板外輪廓相同的水平接地導(dǎo)體時(shí)，其接地電阻將達(dá)最大值。如果把變電站的占地面積用一等值的面積近似取代，則地網(wǎng)接地電阻的最小值和最大值c可分別用圓盤電極和圓環(huán)電極的接地電阻計(jì)算公

61、式估算，即:</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　(2-8)</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　到實(shí)際地網(wǎng)不是金屬板而引入的修正項(xiàng)。它比前一項(xiàng)要小得多。 =0.435?，最大值=0.734?。也就是說(shuō)

62、，即使我們把地網(wǎng)內(nèi)全部鋪滿鋼材，接地電阻也僅降低了 41%。這是由于內(nèi)部導(dǎo)體被四周的輪廓所屏蔽，電流絕大部分由四周的輪廓流出 的緣故?？梢?，在地網(wǎng)內(nèi)鋪設(shè)很多鋼材，對(duì)降低接地電阻的效果是不大的。由于 ， 相差不大，在估算實(shí)際地網(wǎng)接地電阻時(shí)，可以在 的基礎(chǔ)上加修正項(xiàng) R</p><p>　　的方法略去埋深 h 的影響，簡(jiǎn)化為</p><p><b>　　(2-9)</b>

63、</p><p>　　也就是說(shuō)，當(dāng)ρ=100?·m 時(shí)，為得到時(shí) 0.5? 的接地電阻，地網(wǎng)的面積不能小于100×100m2</p><p>　　2.5 跨步電位差與跨步電壓</p><p>　　跨步電位差：接地短路電流流過(guò)接地裝置時(shí)，地面上水平距離為 0.8m 的兩點(diǎn)間的電 位差，稱為跨步電位差Ekb 。接地網(wǎng)外的地面上水平距離為 0.8m 處

64、對(duì)接地網(wǎng)邊緣接地極的電位差，稱為最大跨步電位差 。人的兩腳接觸該點(diǎn)時(shí)所承受的電壓叫做跨步電壓。</p><p>　　若人的兩腳離半球中心的距離分別為rc 和rD ，則跨步電壓為</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　由此可得跨步電壓為：</p><p><b>　　(2-11)&

65、lt;/b></p><p>　　顯然，當(dāng)接觸電位差或跨步電位差超過(guò)某一安全數(shù)值時(shí)就會(huì)使人遭受觸電事故。在接地安全計(jì)算中，最重視的是最大接觸電位差Ejcm 和最大跨步電位差Ekbm 出現(xiàn)的位置。由于不同形狀和不同埋深的接地極會(huì)有不同形狀的地面分布曲線，因此。最大接觸電位差Ejcm和最大跨步電位差Ekbm 出現(xiàn)的位置與接地極的形式、尺寸以及埋深等因素有關(guān)，但可以肯定的是離接地極越近，其接觸電位差和電勢(shì)就越大。

66、因此，最大接觸電位差Ejcm 和最大跨步電位差Ekbm 一般都在接地極的附近。</p><p>　　對(duì)于給定的接地極，其直流接地電阻或工頻接地電阻 R 總是一個(gè)給定的值(當(dāng)土壤電阻率給定時(shí))，因此，最大接觸電位差Ejcm 和最大跨步電位差Ekbm 的大小將隨流入接地極的電流 I 或接地極的地電位 U=IR 變化而變化。但Ejcm 和Ekbm 總是小于接地極的地電位 U。</p><p>　

67、　3 變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　變電站接地的主要目的是為了保障系統(tǒng)能夠安全可靠運(yùn)行，以及保障人身和設(shè)備的 安全，隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)和不斷提高和系統(tǒng)容量的不斷增大，接地故障電流和發(fā)變電 站接地網(wǎng)的面積也不斷增大，要確保為身和設(shè)備安全，維護(hù)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需要改 變僅強(qiáng)調(diào)降低接地電阻的傳統(tǒng)觀念，樹立主要考

68、慮地面電位梯度分布所帶來(lái)的危害這一新 概念。實(shí)際上，整個(gè)接地網(wǎng)的接地電阻與人體或設(shè)備不同部位可能遭到的最高電壓之間 不存在簡(jiǎn)單的關(guān)系，它們主要與接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)尺寸、土壤特性和流經(jīng)接地網(wǎng)的電流相關(guān)。在 土壤電阻率較低且接地網(wǎng)面積很大的情況下，雖然接地電阻可能達(dá)到較低的數(shù)值，但是若 接地裝置設(shè)計(jì)不合理，在發(fā)生接地故障時(shí)，地面上仍可能出現(xiàn)很高的電位梯度，會(huì)給運(yùn)行 人員帶來(lái)危險(xiǎn)。</p><p>　　在高土壤電阻率地區(qū)且地網(wǎng)

69、面積受到限制的情況下，要使接地電阻滿足規(guī)程要求是十 分困難的，即使通過(guò)大量的投入接地電阻滿足了要求，也不能完全無(wú)危險(xiǎn)，甚至處于技術(shù) 經(jīng)濟(jì)均不合理的境地。但是，只要合理設(shè)計(jì)，在不過(guò)分注重低接地電阻的情況下，仍然能夠設(shè)計(jì)出滿足安全要求的地網(wǎng)。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，將變電站內(nèi)外的接觸電位差、跨步電位差和轉(zhuǎn)移電位差限制在安全值以內(nèi)，仍是確保人身和設(shè)備安全的根本所在。</p><p>　　要考慮地面電位梯度帶來(lái)的危險(xiǎn)就不可避免地需要計(jì)算

70、地表面的電位分布。但在過(guò)去 的接地設(shè)計(jì)計(jì)算中，采用僅適合于簡(jiǎn)單接地極布置的近似公式或經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算地面任意一點(diǎn)的電位，是難以實(shí)現(xiàn)的，特別是對(duì)手復(fù)雜形狀的地網(wǎng)，就更是如此。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，從 20 世紀(jì) 70 年代開始，國(guó)內(nèi)外不少專家學(xué)者，將計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬方法引入到 接地計(jì)算中，為解決地面電位分布的計(jì)算問(wèn)題，提供了有效方法。</p><p>　　3.2 變電站地網(wǎng)設(shè)計(jì)的總原則</p><

71、p>　　3.2.1 對(duì)接地電阻的要求</p><p>　　變電站地網(wǎng)的接地電阻主要是根據(jù)工作接地的要求決定，即要保證在接地故障時(shí)，流經(jīng)地網(wǎng)的入地故障電流 I 在地網(wǎng)上產(chǎn)生的接地電位升不會(huì)對(duì)人身和設(shè)備安全造成威脅。</p><p>　?。?）大接地短路電流系統(tǒng)</p><p>　　運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，大接地短路電流系統(tǒng)，包括 110kV 及以上有效接地系統(tǒng)和 63kV

72、 低電阻接地系統(tǒng)，當(dāng)接地電位升IR 2000V 時(shí)，人身和設(shè)備是安全的，所以我國(guó)現(xiàn)行接地 規(guī)程規(guī)，對(duì)于有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中地網(wǎng)的接地電阻 R 由下式確定，即</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中：I 為經(jīng)地網(wǎng)向地中流散的入地故障電流，該值應(yīng)采用考慮系統(tǒng) 5~10 年發(fā)展規(guī)劃 的最大運(yùn)行方式下，短路發(fā)生在站內(nèi)或站外時(shí)的最大單相短

73、路周期分量，并根據(jù)實(shí)際接線 中的分流系數(shù)來(lái)確定，取最大值。</p><p>　　當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)的接地電阻不滿足(2-1)式的要求時(shí)，可通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較增大接地電阻，但不得大于 5?，且應(yīng)當(dāng)采取措施防止轉(zhuǎn)移電位；考慮短路電流非周期分量的影響，接地電位 升不應(yīng)引起所內(nèi) 3~10kV 閥式避雷器動(dòng)作；并須驗(yàn)算接觸和跨步電位差。</p><p>　?。?）小接地短路電流系統(tǒng)</p><

74、p>　　對(duì)于小接地短路電流系統(tǒng)，包括 366kV 不接地、經(jīng)消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于單相接地故障允許存在 2h，所以接地電位升 IR 的允許值大為降低，對(duì)于高壓 與變電站電力生產(chǎn)低壓電氣裝置共用的接地裝置，應(yīng)滿足</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　但不應(yīng)大于 4?。</b></p

75、><p>　　高壓電氣裝置的接地裝置，應(yīng)滿足</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　即使入地故障電流較小，R 也不宜超過(guò) 10?。</p><p>　　3.2.2 接觸電位差和跨步電位差允許值</p><p>　　如第 l 章中所介紹的那樣，人體能承受的接觸電壓和跨步電壓

76、與人體電阻、通過(guò)人體 的電流值及持續(xù)時(shí)間、電流流經(jīng)人體的途徑、地表電阻率等因素有關(guān)。</p><p>　　根據(jù)中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T621-1997，在大接地短路電流系統(tǒng)發(fā)生單相 接地或同點(diǎn)兩相接地時(shí)，發(fā)電廠，變電所電氣設(shè)備接地的接觸電壓和跨步電壓不應(yīng)超過(guò)下列數(shù)值：</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>

77、<b>　　(3-5)</b></p><p>　　式中： f 為人腳所站地表面的土壤電阻率，??m；t 為接地短路持續(xù)時(shí)間，s。</p><p>　　而在小接地短路電流系統(tǒng)中，由于單相接地故障允許的持續(xù)時(shí)間在 2h 以內(nèi)，因此， 接觸電位差和跨步電位差的允許值為</p><p><b>　　(3-6)</b></p

78、><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　不難看出，提高接觸電位差和跨步電位差允許值最有效的辦法就是增大地表的土壤電阻率，如采用碎石或?yàn)r青混凝土地面等辦法。</p><p>　　3.3 地網(wǎng)的設(shè)計(jì)步驟和方法</p><p>　　3.3.1 調(diào)查土壤特性</p><p>　　土壤電阻

79、率是決定地網(wǎng)參數(shù)的重要參數(shù)。根據(jù)土坡類型及土壤中所含水分的性質(zhì)和含 水量的多少，土壤電阻率的變化范圍很大，由于實(shí)際的大地結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同一土壤在不 同地點(diǎn)用利電阻率會(huì)有所不同，所以土壤電阻率的確定必須進(jìn)行實(shí)測(cè)。在變電站站址選 定后，物探法進(jìn)行地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查時(shí)，要收集站區(qū)內(nèi)土壤在水平方向和垂直方向的變化情況， 同時(shí)，利用電探法測(cè)出站區(qū)(包括站區(qū)周圍)的土壤電阻率的分布情況，并重視站區(qū)土壤電阻率隨季節(jié)的變化情況，然后，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理

80、，以便獲得設(shè)計(jì)時(shí)所需要的土 壤電阻率。除此以外，還應(yīng)該調(diào)查站區(qū)土壤對(duì)普通鋼、鍍鋅鋼等金屬材料的腐蝕情況，測(cè) 出對(duì)金屬材料的腐蝕速度，為地網(wǎng)設(shè)計(jì)選擇正確的金屬材料和截面提供依據(jù)。</p><p>　　3.3.2 入地故障電流的計(jì)算</p><p>　　入地故障電流是指系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)經(jīng)地網(wǎng)向地中流散并引起地網(wǎng)電位升高的那 部分電流。在輸電線路有避雷線和系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地的情況下，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生

81、接地短路時(shí)， 短路點(diǎn)的全部短路電流中，一部分電流由與地網(wǎng)連接的避雷線為回路流通，另一部分電流 經(jīng)地網(wǎng)流回系統(tǒng)的中性點(diǎn)，而剩下的那部分電流才經(jīng)地網(wǎng)向地中流散，因此，入地故障電 流并不等于故障點(diǎn)的全部短路電流。入地故障電流經(jīng)地網(wǎng)流散時(shí)，它不僅影響著接地電位 升、接觸電位差、跨步電位差以及轉(zhuǎn)移電位差、局部電位差的大小，而且還影響著接地引 線、均壓導(dǎo)體截面的選擇，因此，在接地設(shè)計(jì)中，無(wú)論是從安全的角度考慮，還是從經(jīng)濟(jì)的角度考慮都要求準(zhǔn)確地計(jì)算入

82、地故障電流。</p><p>　　3.3.3 地網(wǎng)導(dǎo)體材料及截面的選擇</p><p>　?。?）導(dǎo)體材料的選擇</p><p>　　選擇導(dǎo)體材料時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性、在土壤中的腐蝕速度、導(dǎo)電性、材料價(jià)格 及來(lái)源等。目前世界上普遍采用的接地材料是銅和鋼兩種，國(guó)外大多采用銅做接地材料， 而根據(jù)國(guó)情，我國(guó)絕大多數(shù)接地材料選用的是鋼。下面簡(jiǎn)要分析和討論這兩種材料的性能

83、。</p><p><b>　　1)熱穩(wěn)定性</b></p><p>　　在大接地短路電流系統(tǒng)中，入地故障電流一般在幾千安到幾十千安的范圍內(nèi)，這樣強(qiáng) 大的電流經(jīng)地網(wǎng)向地中流散時(shí)，將在導(dǎo)體中產(chǎn)生很高的熱量，入地故障電流持續(xù)時(shí)間取決 于系統(tǒng)主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和斷路器的分閘時(shí)間，一般只有零點(diǎn)幾秒，在這樣短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體 產(chǎn)生的熱量來(lái)不及向周圍土壤中擴(kuò)散，幾乎全部熱量都用來(lái)使導(dǎo)體溫

84、度升高。當(dāng)溫度超過(guò) 一定值以及經(jīng)土壤自然冷卻后，導(dǎo)體的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)劇烈下降，特別是在導(dǎo)體之間的連接處， 如果再遇短路電流電動(dòng)力作用，導(dǎo)體就會(huì)遭到破壞。當(dāng)短路電流很大，導(dǎo)體溫度升到很高， 達(dá)到金屬材料的熔點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)體將會(huì)熔化。這兩種原因都可能使接地引線和地網(wǎng)導(dǎo)體斷裂解 體，地網(wǎng)失去作用，而使系統(tǒng)故障擴(kuò)大，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。每一種導(dǎo)體材料都具有一 短時(shí)最高允許溫度，如果導(dǎo)體溫度超過(guò)它，就意味著其性能下降。同樣每種導(dǎo)體材料都有 它自己的熔點(diǎn)。允

85、許最高溫度及熔點(diǎn)越高，其熱穩(wěn)定性能越好。銅的短時(shí)最高允許溫度為 300℃，熔點(diǎn)為 1 083℃；鋼的短時(shí)最高允許溫度為 400℃，熔點(diǎn)為 1 550℃。因此，鋼的 熱穩(wěn)定性比銅要好些。</p><p>　　2)土壤對(duì)金屬導(dǎo)體的腐蝕性</p><p>　　埋在土壤中的金屬將受到土壤的腐蝕。它屬于電化學(xué)腐蝕的范疇。土壤中的水溶解有 鹽和其他電解質(zhì)而形成電解質(zhì)溶液，但土壤的腐蝕性比電解質(zhì)溶液的腐

86、蝕性更為復(fù)雜、嚴(yán) 重。由于土壤的腐蝕作用，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)體直徑將不斷減小，會(huì)造成地網(wǎng)導(dǎo)體的熱 穩(wěn)定性和導(dǎo)電性下降，嚴(yán)重時(shí)可能造成導(dǎo)體斷裂使地網(wǎng)解體而引發(fā)事故，因此，在選擇導(dǎo) 體材料時(shí)應(yīng)考慮選用耐腐蝕的材料。</p><p>　　土壤對(duì)導(dǎo)體的腐蝕程度可以用腐蝕速度來(lái)表示。導(dǎo)體的平均腐蝕速度可以用導(dǎo)體單位時(shí)間內(nèi)單位面積上所失去的重量來(lái)表示，如 g/cm2·a；也可以用單位時(shí)間內(nèi)金屬表面的腐 蝕深度來(lái)表示

87、，如 mm/a。通常用腐蝕深度來(lái)表示更為確切。據(jù)有關(guān)資料表明，未鍍鋅鋼 在土壤中腐蝕速度約為銅的 4~5 倍，而鍍鋅鋼在土壤中的腐蝕速度僅為銅的 1~2 倍，可見 銅的耐腐蝕性最強(qiáng)，鍍鋅鋼比不鍍鋅鋼強(qiáng)。但應(yīng)當(dāng)注意，金屬在土壤中的腐蝕要受到許多 因素的影響(諸如土壤的孔隙度、土壤電阻率、水分中溶解的鹽類、酸堿性和細(xì)菌等)，因 此在不同的土壤環(huán)境中，金屬導(dǎo)體的腐蝕情況有很大的差別，建議在進(jìn)行土壤電阻率測(cè)量 的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)測(cè)量站區(qū)內(nèi)土壤對(duì)銅或

88、鋼的腐蝕速度，為導(dǎo)體材料和截面的選擇提供可靠 的數(shù)據(jù)。通常采用的測(cè)量土壤對(duì)金屬導(dǎo)體的腐蝕速度的方法有失重法和電化學(xué)法。</p><p>　　3)導(dǎo)體的導(dǎo)電性

89、 </p><p>　　在大型地網(wǎng)中，當(dāng)強(qiáng)大的入地故障電流經(jīng)地網(wǎng)流散時(shí)，因?qū)w電阻的存在，會(huì)造成地網(wǎng)導(dǎo)體上各部分的電位不相等。地網(wǎng)尺寸越大，土壤電阻率越低，導(dǎo)體導(dǎo)電性越差，各部 分的電位差也越大，例如，面積為 50×50cm2，均壓導(dǎo)體間距為 12.5cm 的等間距布置的正 方形地網(wǎng)，在電阻率為 30?&

90、#183;m 的自來(lái)水中，當(dāng)自地網(wǎng)的一角注人電流時(shí)，其對(duì)角的電位 降低值為：5.3%(鋼為接地材料)、4.3%(銅為接地材料)。在其他條件不變的情況下，水的 電阻率降為 1.8?·m 時(shí)，鋼為接地材料的地網(wǎng)電位降低值增加到 35.6%。如果以地網(wǎng)各金 屬導(dǎo)體電位相差 10%計(jì)算，取電流入地點(diǎn)電位(即地網(wǎng)電位升)為 4000V，則與地網(wǎng)不同點(diǎn) 相連的各設(shè)備外殼之間可能出現(xiàn)的最大電位差將達(dá) 400V，設(shè)計(jì)中必須考慮對(duì)這種局部電位差

91、的控制，否則將會(huì)引發(fā)事故。</p><p>　　4)材料的成本和來(lái)源</p><p>　　銅的價(jià)格約為鋼的幾倍到十幾倍，且銅的礦藏量比鐵少得多，當(dāng)然選用鋼比銅好。銅和鋼地網(wǎng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，鋼的熱穩(wěn)定比銅更好，且經(jīng)濟(jì)。銅的導(dǎo)電性和耐腐蝕性比鋼強(qiáng)，鍍鋅鋼的耐腐蝕性又比不鍍鋅鋼好，若采用一些防腐措施(如陰極保護(hù))還能進(jìn)一步提高耐腐 蝕性。此外，一般電氣設(shè)備的外殼都是鋼鐵的，地網(wǎng)附近還可能有其他金屬管

92、道，若地網(wǎng) 導(dǎo)體選用銅，將會(huì)和與之相近的(或相連的)其他金屬材料構(gòu)成原電池，反而加速了對(duì)鋼鐵 構(gòu)件的腐蝕。而采用鍍鋅鋼就不會(huì)或很少出現(xiàn)這種情況，因此根據(jù)我國(guó)國(guó)情建議選擇鍍鋅 鋼作為接地材料是比較適宜的。</p><p>　　(2)由土壤對(duì)導(dǎo)體的腐蝕速度來(lái)確定截面</p><p>　　根據(jù)實(shí)測(cè)得到的土壤對(duì)導(dǎo)體的年腐蝕速度(mm/a)以及預(yù)期的地網(wǎng)運(yùn)行壽命，就能很容易地得出導(dǎo)體的最小截面，然后

93、考慮一定的裕度系數(shù)就能得到按腐蝕速度確定的導(dǎo)體截面積。</p><p>　　3.3.4 選擇地網(wǎng)的布置方式</p><p>　　變電站接地裝置大多數(shù)都是以水平接地極為主，外緣閉合，內(nèi)部敷設(shè)若干均 壓導(dǎo)體的接地網(wǎng)。在過(guò)去的設(shè)計(jì)中，均壓導(dǎo)體一般按 3m、5m、7m、10m 等間距布置。由于端部效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，各均壓導(dǎo)體流散電流很不均勻，地網(wǎng)中部導(dǎo)體流散的電流較小， 而在邊角處導(dǎo)體的流散電流急劇

94、增加，這就使地網(wǎng)內(nèi)部的地表面電位分布很不均勻，造成 地網(wǎng)邊角處的接觸電位差和中心處的接觸電位差相差根大，且這種不均勻隨地網(wǎng)面積的增 大和網(wǎng)孔數(shù)的增多而越來(lái)越嚴(yán)重。為了保證發(fā)電廠、變電站人身和沒備安全，又不過(guò)多地 耗費(fèi)銅材，設(shè)計(jì)是以比邊角網(wǎng)孔低 20%~30%的次邊角網(wǎng)孔電勢(shì)不超過(guò)允許接觸電位差為 原則。但這樣做并沒有根除因地面電位分布不均勻而引起事故的危險(xiǎn)，還需要在地網(wǎng)邊角 處采取輔助安全措施，面中部導(dǎo)體得不到合理利用。這樣，大型地網(wǎng)均

95、壓導(dǎo)體如果仍按傳 統(tǒng)的等間距布置，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上都是不夠合理的。為了改變這種情況，最好的方法是采用 不等間距布置均壓導(dǎo)體，有關(guān)用不等間距布置均壓導(dǎo)體的合理性及其布里的規(guī)律請(qǐng)參看其他文獻(xiàn)。</p><p>　　經(jīng)分析研究表明，在大中型地網(wǎng)周邊埋設(shè) 2~3m 或遠(yuǎn)小于地網(wǎng)等值半徑的垂直接地體 對(duì)降低整個(gè)接地裝置的接地電阻的效果不大。所以，除在避雷針(線)和避雷器附近埋設(shè)集 中的垂直接地體以流散雷電流以外，在地網(wǎng)的周邊一

96、般不敷設(shè)垂直接地體。但是，如果在 埋設(shè)地網(wǎng)的地方土壤上層的電阻率遠(yuǎn)比下層的電阻率高，或者地網(wǎng)處于容易干燥或冰凍的 土壤地區(qū)的情況下，可以在地網(wǎng)周邊埋設(shè)若干垂直接地體，并與水平接地網(wǎng)相連。這樣既 可以進(jìn)一步減小接地電阻，也可以維持地網(wǎng)的性能，使之不隨氣候的變化而發(fā)生顯著變化。 垂直接地體的長(zhǎng)度在 10~50m 的范圍內(nèi)，它們之間的距離以大于相鄰兩垂直接地體的總長(zhǎng)度為宜，此外，還應(yīng)重視各種自然接地體(如水電廠的鋼筋混凝土基等)的利用。<

97、;/p><p>　　4 變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算及量大電阻的確定</p><p>　　接地電阻可以看成是接地網(wǎng)導(dǎo)體的電阻與接地網(wǎng)相對(duì)于無(wú)限遠(yuǎn)處的無(wú)限大電極間大地土壤的電阻的串聯(lián)。在一般情況下前者遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于后者，其電阻值實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算中可以忽略不計(jì)。</p><p>　　根據(jù)水平接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算公式

98、 </p><p>　　R=0.443P/√S+P/L≈0.5P/√S (4-1)</p><p>　　由計(jì)算式可見，當(dāng)P（土壤電阻率）一定時(shí)，接地電阻基本上由接地網(wǎng)面積決定，當(dāng)土壤電阻率較高時(shí)，地網(wǎng)接地電阻就很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。要降低地網(wǎng)的接地電阻，采用傳統(tǒng)的擴(kuò)大接地網(wǎng)面積的辦法，在高土壤電阻率地區(qū)是

99、不可取。因?yàn)閿U(kuò)大地網(wǎng)面積需按土壤電阻率的平方增長(zhǎng)。假設(shè)要使接地電阻小于0.5 Ω，設(shè)定土壤電阻率為300 Ω·m，水平地網(wǎng)面積要大于90000 m2，這在實(shí)際運(yùn)用中是極不經(jīng)濟(jì)的，也是不可能的。</p><p>　　4.2 減小接地電阻的方法</p><p>　　4.2.1 兩層接地網(wǎng)</p><p>　　110 kV變電所的所址場(chǎng)地標(biāo)高應(yīng)考慮高于50年一遇

100、洪水位，并高于城市規(guī)劃道路的道路標(biāo)高。綜合這兩個(gè)因素，有的變電所要將現(xiàn)有場(chǎng)地填高2～3 m。填土層多為塘渣、煤渣、礫石等，土壤電阻率較高，在300～1000Ω·m左右，而原土層的土壤電阻率較低，在30～150Ω·m左右。在原土層內(nèi)敷設(shè)一個(gè)下層接地網(wǎng)，由于存在屏蔽效應(yīng)，為了節(jié)省鋼材及施工費(fèi)用，該層接地網(wǎng)宜采用長(zhǎng)孔方式，其孔距按10 m左右布置。另外在填土層內(nèi)也敷設(shè)一個(gè)上層接地網(wǎng)，可以起著均壓、降低接觸電勢(shì)及降低接地電阻

101、作用，對(duì)于場(chǎng)地填高不大不必設(shè)上層地網(wǎng)。</p><p>　　4.2.2 深井式垂直接地極</p><p>　　深井式垂直接地極是在水平接地網(wǎng)的基礎(chǔ)上向大地縱深尋求擴(kuò)大接地面積。據(jù)分析表明，在大地分層情況下，只有穿入第二層的垂直接地極對(duì)接地電阻的影響較大。深井接地極可以克服場(chǎng)地窄小的缺點(diǎn)，同時(shí)不受氣候、季節(jié)等條件的影響。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，附加于水平接地網(wǎng)的垂直接地體，接地電阻僅能減少2.8%～8

102、%，只有當(dāng)垂直接地體的長(zhǎng)度增大到可以和均壓網(wǎng)的長(zhǎng)、寬尺寸相比擬，均壓網(wǎng)趨近于一個(gè)半球時(shí)，接地電阻才會(huì)有較大的減小，可減小30%左右。深井接地極的布置要合理，為避免垂直接地極相互的屏蔽作用，根據(jù)規(guī)程要求，垂直接地極的間距不應(yīng)小于其長(zhǎng)度的兩倍，一般將深井接地極布置在接地網(wǎng)四周的外緣。同時(shí)為了減小深井接地極地表的跨步電壓，應(yīng)埋設(shè)帽檐形輔助均壓帶，改善深井接地極地面上的電位分布。</p><p>　　4.2.3 用自然體

103、接地</p><p>　　自然接地體包括建筑物鋼筋混凝土基礎(chǔ)的鋼骨架、水電站進(jìn)水口攔污柵、閘門、引水管等。對(duì)于這樣一些自然接地體，由于它們本身具有較低的接地電阻，因此在設(shè)計(jì)發(fā)變電 站地網(wǎng)時(shí)，應(yīng)充分地考慮利用這些自然接地體與主網(wǎng)相連，以達(dá)到降低地網(wǎng)接地電阻的目的，特別是在水電站，利用自然接地體，其降阻效果就更為明顯，并且不需要增加多少投資。所以，充分地利用自然接地體來(lái)降低接地電阻，不僅在技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，而且有較好的

104、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　4.2.4 引外接地</p><p>　　引外接地是指將變電站主接地網(wǎng)與其區(qū)域以外某一低土壤電阻率區(qū)域敷設(shè)的輔助 接地網(wǎng)相連的方法，以達(dá)到降低整個(gè)接地系統(tǒng)接地電阻的目的。應(yīng)當(dāng)注意，在變電站和遠(yuǎn) 處接地設(shè)備之間存在顯著的電位差，特別是在雷電等高頻沖擊作用時(shí)電位差將更大。應(yīng)確保主接地網(wǎng)與引外接地有多根接地導(dǎo)體連接。</p><p>　

105、　如果接地裝置附近有導(dǎo)電良好的湖泊時(shí)，可考慮用此法。但要注意在設(shè)計(jì)、施工時(shí)， 必須考慮到連接接地極干線(銅或鋼)自身電阻所帶來(lái)的影響，因此，引外式接地極長(zhǎng)度不宜超過(guò) 100m。</p><p>　　4.2.5擴(kuò)大接地面積</p><p>　　擴(kuò)大接地網(wǎng)面積對(duì)減小接地電阻，效果較為明顯。直接擴(kuò)大變電所接地網(wǎng)面積（即外引接地網(wǎng)），往往受變電所四周場(chǎng)地的限制。特別是市區(qū)變電所，布點(diǎn)都很困難，周圍

106、常有住宅、公建等設(shè)施，只能保證最起碼的安全距離，故這個(gè)方法在市區(qū)變電所接地設(shè)計(jì)中常常無(wú)法實(shí)施。</p><p>　　4.2.6 使用降阻劑</p><p>　　當(dāng)采用其他方法已無(wú)法使接地電阻滿足要求時(shí)，可以考慮使用降阻劑，但降阻劑會(huì)污染水源，目前一些地區(qū)為保護(hù)水資源已禁止采用降阻劑，故慎用降阻劑。</p><p>　　在高土壤電阻率地區(qū)，如沙漠、山區(qū)、巖石層等，即使

107、采用以上介紹的各種方法，有時(shí)也很難將接地裝置的接地電阻降到所要求的值。在這種情況下叮以通過(guò)使用接地降阻劑，并適當(dāng)配合上面的方法，便可達(dá)到降阻的目的。</p><p>　　在接地體周圍的土壤中加入離子生成物，即化學(xué)降阻劑，以改善土壤的導(dǎo)電性能，從而降低接地裝置的接地電阻。最早的方法是在接地體周圍埋入木炭、食鹽、硫銨等電解質(zhì)或者用丙烯酸按、硅酸鹽、石墨和水的混合物作為接地降阻劑灌入土壤中以提高土壤的導(dǎo) 電性能。但是這

108、些降阻劑的有效成分大都是溶于水的，容易因雨水或地下水的沖刷而流失， 因此，有效期較短，一般僅能維持兩年左右，并且有些物質(zhì)對(duì)接地體有腐蝕作用，會(huì)縮短 接地裝置的壽命。從 20 世紀(jì) 60 年代中期開始，日本研制并使用一些新型接地降阻劑，這類降阻劑主要是由電解質(zhì)(如食鹽、氯化按、硫銨等)與水溶性常溫硬化樹脂(如尿醛樹脂、 酚醛樹脂等)混合組成。將這種混合液注入電極周圍的土壤中。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，就形成具有導(dǎo)電性能的含水硬化樹脂，提高土壤的導(dǎo)電性