110千伏台江變電站
接地網整改方案
批准:審查:校核:
編寫:貴州泰銘電力實業****
2023年10月
110千伏台江變電站接地網整改方案
概況：110千伏台江變電站位於台江縣城西部，距離台江縣城1公里。一期工程於2023年5月開工，2023年12月竣工投運；二期工程於2023年11月進行改造,2023年5月改造完畢投入執行。
現主變容量為1×31500千伏安和1×31500千伏安有載調壓變壓器，有容量為1×50千伏安和1×80千伏安站用變。
110千伏台江變電站接線方式，110千伏採用單母接線方式，110kv線路有3回出線，其中臺劍寨t線為直饋線，台台線、台鎮線為電源線；35千伏採用單母分段接線方式，35千伏目前有5回出線，分別為：城聯線、臺革線、台盤線、臺南線、台城線；10千伏採用單母分段接線方式目前有7回出線，分別為：臺聯線、臺高線、城2路、城4路、城1路、臺展線、城3路、臺冬線、台略線。
我公司受凱里供電局委託，對110千伏台江變電站接地網整改進行設計，期間對110千伏台江變電站進行了勘察，並查閱了相關技術資料，由於該站建設時間超過二十年，無隱蔽施工原始資料，經過勘察，該站可供敷設地網面積約為4800，該站基土在表層面下（表層為水泥地），土質相對較好，厚度均為3m，但在土層以下有沙礫和石塊，土壤電阻率較高，地下水位較淺（距表土6m以下就有地下水，土壤電阻率較低）,在低土壤電阻率處製作接地網，對降低全站接地電阻可以起作事半功倍的作用，同時也可以節約成本，但水對接地材料的腐蝕又影響到接地網的使用年限，所以選擇什麼樣的接地材料，設計什麼樣的接地網尤其重要，為使接地網設計盡可能優化，考慮到施工不破壞該站正常的生產執行，不破壞原有接地裝置和整體環境，擬定在該站的地網改造中，根據裝置安裝位置不同，採用不等間距敷設水平接地網格，以滿足跨步電壓及接觸電壓的安全需要（水平接地材料選擇防腐效能比較好的熱鍍鋅扁鋼），同時由於接地面積限制，採用安裝垂直接地裝置（由於地下水位較淺，考慮在水平接地網格外沿製作多口接地深井，接地深井打入地下水位以下，能更好的降低全站接地電阻），以滿足整改後接地電阻不大於0.5ω的要求（垂直接地深井材料選擇防腐效能比較好的熱鍍鋅圓鋼，深井製作時，考慮到垂直接地體間的遮蔽作用，建議部份深井打成斜井）。
1．工程基本情況及接地要求：
110千伏台江變電站可供敷設地網面積約為4800，要求接地電阻不大於0.5ω。地網效能穩定，抗腐蝕能力強，使用年限長。
2．設計依據
2.1 dl/t 621 《交流電氣裝置的接地》
2.2 dl/t 620 《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》
2.3 gb50057-94 《建築物防雷設計規範》
2.4 gb50169 《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規範》
2.5 gbj79-85 《工業企業通訊接地設計規範》
2.6 dl/475-92 《接地裝置工頻特性引數的測量導則》
2.7 《防止電力生產重大事故的二十五項安全要求》國電2000-9-28
3.設計方案說明
3.1、接地網的主要作用及基本要求
接地網的作用較多，在大多數情況下主要有雷電流的洩流、故障電流的洩流、工作接地三種。
3.1.1雷電流洩流
雷電流的能量頻譜顯著高於工頻電流，洩流瞬間的電位差主要決定於電流變化率產生的感抗。
防雷裝置地上高度hx處的電位：
u＝ur＋ul＝iri+l0.hx.di/dt
式中： ur－雷電流流過防雷裝置時接地裝置上的電阻電壓降（kv）；
ul－雷電流流過防雷裝置時引下線上的電感電壓降（kv）；
ri-接地裝置的衝擊接地電阻（ω）；
di/dt-雷電流陡度（ka/μs）;
雷電流幅值（ka）；
l0－引下線的單位長度電感（μh／m）;
雷電流時間尺度為微秒級，相對而言電阻電壓降很小。據計算8/20μs、1.5/40μs、10/700μs波型的90%峰值電流積累值分別出現在24khz、87 khz、和11 khz附近。
其頻率為工頻電流的1000倍左右。感抗變得十分重要。過長的地線對雷電流的洩放作用很小，因而主要用於雷電流洩流的地網其長度應滿足防雷接地體的有效長度le≤2 的要求。
3.1.2故障電流的洩流
由於故障電流主要為低頻段的工頻電流。時間尺度為秒級，在上式中電感阻抗極小，而電阻阻抗成為主要考慮因素，地網設計中對故障電流的強度的分析計算，以及對接觸電壓和跨步的分析成為地網設計中的關鍵。dl/t 621《交流電氣裝置的接地》、dl/t 620《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規範中有比較明確的技術規定，相對而言對地網的規模和長度限制較小，但對地網的接地電阻值經常有比較苛刻的要求。
3.1.3工作接地
作為裝置工作的零電位參考點（使電氣裝置或裝置的非載流金屬部分保持在零電位）；為維持裝置的零電位，其基本要求是把所有接地系統鏈結起來，這就是共用接地的概念。排放裝置漏電流或靜電電流，減小電嗓聲 （電嗓聲會產生干擾，引起精密電子裝置的資料出錯）。
綜上所述，在設計地網時首先應確認其主要目的，並滿足其基本要求。在實際中經常是同時有幾個目的，應分析情況確定地網設計的基本原則和設計要點。
3.2接地和接地電阻
3.2.1接地的意義：
接地是把導體（線路和裝置）使用導線接到大地，並和埋在大地的接地極和地網鏈結。接地的主要目的是以大地作為電氣裝置的零電位，安全洩放雷電流或其它故障電流，避免地電位公升高太大，通過均壓和等電位聯結以保障裝置和人員安全。對於現代化的通訊、微電子裝置而言，除裝置和人員安全外，對保障系統和裝置的穩定性十分重要。
3.2.2接地電阻：對於接地系統最重要的要求是接地電阻。它由三部份組成：
接地導體包括連線導體及聯結器的電阻；
接地導體表面與其相連線土壤間的接觸電阻；
接地導體周圍土壤的散流電阻。
上述三部分中以土壤的散流電阻對接地的影響最重要，影響因素最複雜。土質、土壤含水量、接地體的形狀、尺寸、長度、數量都對其有複雜的影響，接地系統的設計是地網設計的關鍵。其決定了能否以最低的造價獲得最小的接地電阻值。
3.3設計原則及思路：
該變電站所處地區土壤電阻率較大，由於地網面積小，依靠傳統的接地方式難以達到接地電阻設計要求的接地電阻小於0.5ω，有一定的難度。
水平接地極的降阻能力是有限的，經初略估算，不能達到設計要求，所以垂直接地極就應採用降阻效果好，效能穩定的接地材料。
由上述分析，建議做成水平加垂直的複合型地網，通過水平接地極和垂直接地極的綜合降阻功效，達到降阻目的。
● 站內地網與建築自然接地體相連線，但設計時不計算建築的接地電阻，將其作為餘量計。
● 原地網接地電阻1.9-3.2ω，由於該站面積有限，所以選用3公尺alg防腐離子接地極作為垂直接地極。
站內垂直接地極敷設於重要裝置周圍實現短路電流就近接地，並分布於水平接地極外緣成等距分布，間距不小於垂直接地極長度的2倍。
● 採用深井接地，在變電站電容器組角上和主控室角上安裝2套30公尺深井，一方面改變接地裝置的電容來降阻，另一方面通過做小單個垂直接地極來降阻。深井中回填導電混凝土。
● 在水平接地網外沿製作多口接地深井，以實現降低全站接地電阻。
4、理論計算：
1 已知條件：
1.1 接地電阻要求ri<0.5ω，r0=2.8ω;
1.2 水平接地極採用50×5熱鍍鋅扁鋼；
1.3 垂直接地極採用
3公尺alg防腐離子接地極；
30公尺深井加導電混凝土；
1.4 可建地網面積4800m2；
1.5 土壤電阻率（1-3m為600ωm；3-6m為1200ωm；6m以下因地下富含地下水約為150ωm；岩石層約為1600ωm）
2 理論推算：
2.1、水平接地極為主邊緣閉合的復合接地網的接地電阻值：
rn：任意邊緣閉合接地網的接地電阻，ω
re：等值（即等面積、等水平接地極總長度）接地網的接地電阻，ω
s:接地網的總面積，4800㎡
d: 水平接地極的直徑或等效直徑：0.0178 m
h：水平接地極的埋設深度：0.8m
l0：接地網的外緣邊線總長度：360m
l：水平接地極的總長度：3200 m
ρ:土壤電阻率： 600ω.m
2.2、單套30公尺深井加導電混凝土的接地電阻為：
ρ:土壤電阻率，含水層約為150ω.m，岩石層約為2000ωm，考慮到深井使用導電混凝土降阻，土壤電阻率可取300ωm
r1：深井接地極的接地電阻；
l： 深井地極的長度，30m；
d：深井地極的等效直徑，0.15m；
k：降阻功效係數，20；
2套30公尺深井系統能達到的接地電阻為：5.88/2/0.9=3.27ω。
2.3、單根3公尺alg防腐離子接地極的接地電阻：
其中：rv：為單根3公尺alg防腐離子接地極的接地電阻ω；
土壤電阻率1200ωm；
l：電極長度，3m；
d：alg防腐離子接地極等效直徑，0.2m
k：alg土壤調節係數，20%；
2.4、站內水平接地極上共可敷設20套3公尺alg防腐離子接地極，該20套3公尺alg防腐離子接地極組成的站內垂直接地系統的接地電阻為
其中：r2 ： 20套alg防腐離子接地極併聯的接地電阻，ω；
n ：alg防腐離子接地極的數量，20套；
由於受電流遮蔽效應引起的垂直接地極併聯的利用係數，0.8（受垂直接地極數目和間距影響）
2.5 站內併聯後的接地電阻為：
其中：r3：為整個站內地網的接地電阻，ω；
r1：為站內地網的接地電阻，3.39ω；
r2：為站內離子接地極垂直接地系統的接地電阻，3.02ω；
r井：30公尺深井的接地電阻，3.27ω；
1.18＞0.5，主地網併聯後仍未達到接地電阻設計要求。由於建築面積限制，所以需增加深井接地裝置，
2.6、 要達到0.5ω接地電阻設計要求，需在水平接地極上增加深井接地極的接地電阻為：
其中：r4：為需在水平接地極上增加的深井接地極的接地電阻，
ri：接地電阻要求值，0.5ω；
r3：站內的接地電阻，1.18ω；
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