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摘要：部分变电站受多种因素制约设置于高土壤电阻率地区，采用常规接地方式，接地电阻无法满足现行技术标准的要求。如何合理确定接地装置的方案，降低接地网接地电阻，是变电站电气设计及施工的重点之一。本文以一在建35kV变电站为例，提出合理的降阻措施及理论计算过程，为类似高土壤电阻率地区变电站接地网的设计，提供参考。
关键词：高土壤电阻率；接地网；降阻
1.变电站接地网
将电力系统或建筑物中电气装置、设施的某些导电部分，经接地线连接至接地极，这就是接地。变电站接地网在电力系统建设中具有非常重要的作用，通过接地网可以将故障电流引至大地并对系统内电气设备提供参考电位。它是维持变电站安全稳定运行，保护运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施。
变电站接地网中，接地装置的接地电阻是一个非常重要的参数。通常情况下，接地电阻主要是大地呈现的电阻，包括接地引线的电阻、接地极本身的电阻、接地极与大地的接触电阻以及电极至无穷远处的土壤电阻。接地电阻的大小除和大地的结构、土壤的电阻率有关外，还和接地体的几何尺寸和形状有关，在雷电冲击电流流过时，还和流经接地体的冲击电流的幅值和波形有关。
2．常用的接地电阻降阻方法
2.1对土壤进行降阻处理。影响土壤电阻率的因素很多，主要的因素是矿物组分、含水性、结构、温度等。常用方法是在接地体周围土壤中加入化学物，提高接地体周围土壤的导电性。可采用专用的降阻剂，也可采用木炭、食盐、氮肥渣、电石渣等。
2.2更换土壤。用电阻率较低的土壤替换站区内原有电阻率较高的土壤。可采用黑土、粘土、砂质粘土等。
2.3深埋接地极。当地下深处的土壤或水的电阻率较低时，可采取深埋接地极来降低接地电阻值。有条件时还可采用深井接地，用钻机钻孔，把钢管接地极打入井孔内，并向钢管内和井内灌注泥浆。
2.4外引式接地。如接地装置附近有导电良好的区域时，如河流、池塘、洼地等，可外引接地。但在设计、安装时，必须考虑到连接接地极干线自身电阻所带来的影响。
2.5电解离子接地极。电解离子接地极在近几年新建变电站中得到广泛的应用，并取得较好的效果。研究和实践证明，土壤电阻率过高的直接原因是因为缺乏自由离子在土壤中的辅助导电作用，电解离子接地极能在土壤中提供大量的自由离子，从而有效的解决接地问题。
3．35kV变电站接地网降阻实例
某在建高速公路特长隧道，地处边远山区，附近电网薄弱，仅有一回10kV农网线路，无法满足隧道内一级负荷的用电需求。为解决此隧道及相邻隧道群供电问题，需新建35/10kV变电站一座。变电站用地面积约34×46m2，主要拟建建（构）筑物为主变压器、主控楼、警传室、休息室、10kV开关室、35kV配电场、电容器场、门架、构线架、避雷器、事故油池等电力设施；变电站所在区域主要为低纬度亚热带高原，年平均气温 16.3℃，每年平均日照2177.3 小时，每年平均降雨量912.2毫米，每年平均相对湿度75%。
根据云南省设计院集团勘查分院出具的《变电站岩土工程详细勘查报告》中土壤电阻率测试结果，该变电站所在区域表层至37m深度土壤电阻率平均值为2907.64Ω•m，变电站所在区域场地岩土的类型划分为坚硬土或软质岩石，表层土壤为粉质粘土且夹杂大量植物细根茎。
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依据《交流电气装置的接地设计规范》GB／T 50065-2011、《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-2016，35kV变电站接地电阻需小于4Ω。站区所处区域土壤电阻率很高，常规站内接地方法无法满足接地电阻的要求，为保证新建接地网的接地效果能够满足设计要求值，需采用降阻措施。
初步分析：变电站接地面积有限，不足以将接地电阻降到要求值；加大接地面积，需新征土地，但周边为基本农田，不现实；采用取土置换方法，对人力和工时耗费都较大，且效果难以得到保证；采用对土壤进行化学处理进行降阻，虽然工程造价较低且效果明显，但会加快接地体的腐蚀、缩短接地网的使用年限；采用站内深埋接地极，站内为岩石地带，施工困难，造价高。
进一步分析，设计提出以下方案：
方案1：采用在变电站内敷设常规接地网，向站外引出深井接地极的综合降阻方案：站内采用传统水平接地体与垂直接地极组成的接地网；水平接地体采用-50×5mm热镀锌扁钢，接地体埋设深度需大于0.8米，接地网的网格尺寸为5m×5m。垂直接地极采用∠63×63×6×2500mm热镀锌角钢，共53套。站内接地网向外引出，在站外设置4口30米深井接地极，30米深井作为接地极采用钻孔后垂直安装用Φ50×3.5×30000mm热镀锌钢管作为接地极，每套30米深井作为接地极采用压力灌浆技术灌注2吨物理性防腐接地复合物。考虑接地体之间的屏蔽效应对接地电阻值的影响，深井间的距离不小于60米。方案如图1所示：
b.站内垂直接极地部分
在接地网内设置53根∠63×63×6×2500mm热镀锌角钢接地极，土壤电阻率为2907.64Ω•m，垂直接地极等效直径平均值d=1.05m，埋深h=3.3m，总长度L1=132.5米。
方案2：采取在变电站内敷设接地网（水平接地极、垂直离子接地极）的综合降阻方案：水平接地体采用-50×5热镀锌扁钢，接地体埋设深度需大于0.8米，接地网的网格尺寸为5m×5m。垂直接地极采用电解离子接地极，共64套，每套离子接地极填充物理性防腐接地复合物100kg，填充料用量共计6.4吨。方案如图2所示：
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图2
a.站内水平接地部分
站内水平接地线总长度：L=600m；水平接地极埋深：h=0.8m；地网主边缘长度：L0=146m；主地网面积：S=1302m²；水平接地线的等效直径：d=0.025；土壤电阻率ρ=2907.64Ω•m
在接地网内设置64套电解离子接地极，填充物理性防腐接地复合物后土壤电阻率按500Ω•m计，垂直接地极等效直径平均值d=0.05m，埋深h=3.8m，总长度L1=192米。
经理论计算，上述两方案接地网接地电阻均满足接地电阻小于4Ω的要求。方案1设深井4座，其中2座可利用原勘探钻孔。经投资比较，该变电站采用方案1的降阻方式。施工完成后实测接地电阻值为2.98Ω，低于理论计算值，满足要求。
4．结语
变电站选址需考虑站址土壤电阻率的情况，但变电站建设于高土壤电阻率地区往往难以避免，可采取合适降阻措施。接地网降阻的方法较多，应根据具体工程站址的土壤电阻率、岩土构成、外引条件、气候等因素，综合分析，采取单一或多种复合的降阻方法，并通过理论计算以确定具体方案，指导施工，做到安全、经济、可靠。
参考文献：
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