（南平闽延电力勘察设计有限公司福建南平353000）
摘要：对于变电站接地网的设计，要根据区域的地质条件，采取不同的降阻措施，以最高性价比来设计其接地网，同时应采用新技术和新材料。因此，本文对变电站接地网的优化设计进行了分析。
关键词：变电站接地系统；优化措施；地电位升；局部电位升
一、变电站接地系统设计过程中主要存在的问题
1.1接地参数目标值存在的问题
根据规定，比较大的电气系统发生接地短路故障时，包括在110kV及以上变电站的接地系统，其用于接地的电阻值R必须低于2000/I。否则就会危害到人身和设备的安全。其中I为经接变电站地网向地中散流的入地故障的电流。
但是随着现在电网容量变得很大，经变电站的接地网或者接地装置向大地中散流的短路电流I也变得越来越大，当发生短路故障时，散入地的故障电流已经到了几千安大，依据规定，用于接地的电阻的值必须要满足零点几欧姆或者以下的数值，变电站的接地电阻值R可大致计算为0.5*/S，其中为变电站附近的土壤电阻率，S为变电站接地网的面积。即使在土壤电阻率良好的地方也难以实现，并且现在我国城乡一体化的加快，变电站的建设密度也随之加快，可以用来建设变电站接地网的土地规划的正变得越来越小，变电站的用于接地的电阻的值很难满足规定的用于接地的电阻的数值。
1.2工频接地短路时造成的地电位升高的问题
当电力系统发生工频接地短路时产生的地电位升高，是大部分变电站目前面临的比较严重的情况，它不仅会造成变电站不能正常安全的工作，还会威胁在变电站附近的人员的安全。
1.3雷电流入地时造成的局部电位升高的问题分析
当变电站遭受雷击时，变电站中用于接地的系统可能会流入很大的雷电的冲击电流，让变电站的接地网战现出复杂的暂态的特性，会引起有危险的电压会迅速升高，严重的危害着变电站的安全可靠的工作。随着电力电子技术在现代的迅猛发展，电力电子产品开始大规模地应用集成电路技术，产品的内部接线距离变得越来越小，并且产品集成度变得越来越高，这样的设计使电子元器件越来越不耐压。因此，在遭遇雷击时，引起变电站局部电位升高，局部电位升高产生的电位差很容易就能击穿或击毁室内二次系统；另外，电磁感应过电压会随着局部电位升高而产生，并且雷电冲击波或浪涌电压会在电磁感应过电压的影响下产生，这种冲击波或电压会进入到二次系统沿着与二次系统连接的电缆，影响系统运行或者损坏系统，并且产生的电磁辐射会导致电子开关或继电器不能正常工作；降低了测量仪器的效率。
二、接地工程设计实践
某220kV变电站接地网设计过程中，变电站大部分为丘陵，地质条件较差，土壤电阻率非常高，平均电阻率600Ω.m，敷设常规接地网根本无法满足系统对接地电阻的要求。针对这一实际的区域地质实况，在其接地网的设计中，从接地电阻构成的因素，采取以下几项措施，降其地网的接地电阻值，以保证使系统的接地电阻达到规范要求值。
2.1采用新型接地材料
敷设常规的人工接地极，主要采用圆钢、扁钢；垂直敷设一般采用角钢或钢管。本工程水平接地极采用铜绞线，垂直接地极采用铜覆圆钢。
2.2敷设引外接地极
因受到征地范围的限制，无法向变电站周围引外接地极，外引接地网费用高，政策处理难度大，且由于所址场地地貌属于山地，地形起伏较大，水平方向土壤电阻率存在不均压性，且变电站周围亦无较低电阻率的土壤，因此外引方案不作考虑。地下较深处的土壤电阻率较低，故采用了深钻式接地极，将接地铜棒一直打入地下水层，与站内接地网联为一体。
三、变电站接地网优化设计
3.1扩大地网面积
这种方法可以有效减少地网接地电阻，但是，面积的增大也使得电流密度的不均匀性问题越来越严重，当降阻的效果逐渐趋于饱和，而地网面积增大到一定程度时，效果就会达到顶峰，过了这个点效果会越来越差，所以，在高土壤电阻率地区建变电站的方法并不可取。再者，增大地网面积会增加资金投入，且可占地面积有限，尤其是城区用地的紧张，只能确保最起码的安全距离，所以，这一方法往往无法得到正常使用。所以，此法只适合郊区变电站。
3.2增设接地体
这主要是增设水平接地体，并将垂直接地体深深埋于地下，以便有效降阻，现阶段在很多高土壤电阻率地区推广了接地设计。但是，虽说水平接地体能在一定程度上降低接地极附近的电流密度，他们互相之间的屏蔽作用而会让效果大打折扣，加装并深埋垂直接地体，从减小冲击接地电阻来看，通常有一定的效果，但在降低地网工频电阻方面效果甚微。
3.3降低接地电阻
设计接地网之前，要先测试、研判变电站地域的地质情况，从而确定出地层电阻率较低的位置，接下来再针对不同降低接地电阻的方法进行计算，从而确定出最佳方案。
（1）接地斜井
往往原土层的土壤电阻率会比较高，为了避开深层土壤差的区域，将上层较好的土壤充分利用起来，可以利用斜井降低接地电阻。而且由于是斜井，所以深井之间的互相屏蔽作用就有所减少，这对于降低接地电阻也非常有利。接地斜井的施工方法如下：第一，利用斜钻技术在变电站地网四个角上用钻机钻出斜井，井深50米，倾斜角约在30度；斜井的方向由地网中心向外辐射。每口井内的顶部与底部分别设置一套离子接地极，从而利用其对深层土壤的电阻率加以改善，将斜井的降阻作用充分发挥出来。在井内两个离子接地极利用联结电极线联结起来；采用GEM接地增强剂进行回填，从而保证接地极与大地保持良好的接触。第二，变电站内要设置四套离子接地极，对站内地网的土壤电阻率进行改善中，具体的安装位置要根据实际情况来确定。
（2）深井式垂直接地极
深井式垂直接地极是以水平接地网为基础，向大地纵深寻求扩大接地面积。如果大地上层土壤电阻率较高，下层较低时，垂直接地极穿入第二层时会对接地电阻产生较大影响。深井接地极对场地的要求不高，而且气候条件、季节因素也不会对其产生影响。垂直接地体附加于水平接地网，可以减少2%～8%左右的接地电阻，而垂直接地体的长度增加至均压网的长、宽尺寸，均压网趋势近于半个球时，对接地电阻的影响才会比较明显。
四、结束语
国内的变电站的接地系统在设计时，由于种种原因导致接地系统存在问题。本文以优化这些问题为主旨、围绕着保护人身安全和设备安全这个总体要来展开，有促进变电站的安全运行在设计阶段予以保障。
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作者简介：
邱璐（1988.07.09），女，福建建阳人，福州大学至诚学院，电气工程及其自动化学士，助理工程师，研究方向：变电站一次设计，单位：南平闽延电力勘察设计有限公司