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          變電站接地網(wǎng)電阻偏高原因分析及降低接地電阻的措施

          2009年10月12日 10:02:32人氣:7749來源:

          0 引言
              變電站的接地網(wǎng)上連接著全站的高低壓電氣設(shè)備的接地線、低壓用電系統(tǒng)接地、電纜屏蔽接地、通信、計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備接地,以及變電站維護檢修時的一些臨時接地。如果接地電阻較大,在發(fā)生系統(tǒng)接地故障或其他大電流人地時,可能造成地電位異常升高,造成接地系統(tǒng)電位分布不均,局部電位超過規(guī)定的安全值,輕則導(dǎo)致監(jiān)測或控制設(shè)備發(fā)生誤動作或拒動,重則破壞監(jiān)測設(shè)備而擴大事故,帶來經(jīng)濟損失和社會影響。

              接地電阻對接地網(wǎng)的安全起著非常重要的作用,接地電阻的大小是安全接地的重要技術(shù)指標(biāo)。zui近幾年建設(shè)的變電站工程中,多次出現(xiàn)了接地電阻不能滿足設(shè)計要求的問題,造成接地網(wǎng)需要重復(fù)返工,影響了變電站正常的施工進度。采取各種輔助降阻措施,降低接地電阻,使接地網(wǎng)達(dá)到安全運行的要求,是變電站接地問題中—個重要的環(huán)節(jié)。

          1 變電站接地網(wǎng)電阻偏高的原因
          1.1 土壤電阻率偏高
              特別是山區(qū),由于土壤電阻率偏高,對系統(tǒng)接地電阻影響較大。干旱地區(qū)、沙石土層等相當(dāng)干燥,而大地導(dǎo)電基本是靠離子導(dǎo)電,干燥的土壤電阻率偏高。

          1.2 沒有具體勘探測量
              有的在設(shè)計接地時,根據(jù)地質(zhì)資料查找設(shè)計手冊所對應(yīng)的土壤電阻率。但是場地不同點土壤電阻率的偏差,同種土壤的電阻率會存在一定的差異,特別是南北方同種土壤之間差別很大,會造成很大的誤差,也不應(yīng)再使用。

          1.3 測量值不可信
              設(shè)計人員一般現(xiàn)場采用四極法測量原土層的土壤電阻率。這種方法雖然符合設(shè)計規(guī)范要求,比較科學(xué)而且準(zhǔn)確的,但是四極法是屬于在場地中抽樣測量,在接地網(wǎng)埋設(shè)處地質(zhì)經(jīng)常出現(xiàn)斷層,地電阻率是不均勻的,山坡地形還需要在不同的方位、不同的方向進行測量,找出沿橫向、縱向和不同深層的土壤電阻率。的提高土壤電阻率測量精度的處理方案是在今后的變電站初步設(shè)計階段,在地質(zhì)勘察中增加土壤電阻率測量的內(nèi)容。由于地質(zhì)勘察要求的站址勘探孔通常有幾十個,勘測的巖芯有幾十米深,根據(jù)多根巖芯的土壤進行的測量值是十分和可信的。

          1.4 施工不細(xì)致
              對于不同地區(qū)變電站的接地來說,不僅精心設(shè)計重要,嚴(yán)格施工更重要。因為對于地形復(fù)雜,特別是位于巖石區(qū)的變電站,接地網(wǎng)水平接地溝槽的開挖和垂直接地極的打入都十分困難。而接地工程又屬于隱蔽工程,如施工過程中不能實行全過程的技術(shù)監(jiān)督和必要的監(jiān)理,就可能出現(xiàn)問題。
          (1) 沒有在原土層上施工,而是回填了一部分回填土后再施工。
          (2) 下層地網(wǎng)引出至上層地網(wǎng)的連接點沒有全部引出,或者是引出后沒有作好標(biāo)記,導(dǎo)致下層地網(wǎng)沒有與上層地網(wǎng)有效連接,失去下層地網(wǎng)應(yīng)有的作用。
          (3) 回填使用了部分建筑垃圾、大塊的沙石等材料。沒有用細(xì)土回填,分層進行夯實。
          (4) 接地網(wǎng)在土建施工過程中遭遇比較嚴(yán)重的破壞,導(dǎo)致全站接地網(wǎng)各處的接地電阻值測量值有巨大的差異。

          1.5 運行過程中產(chǎn)生變化
              有些接地裝置在建成初期是合格的,但經(jīng)一定的運行周期后,接地電阻就會變大,除了前面介紹的由于施工時留下的隱患外,以下一些問題也值得注意。一是由于接地體的腐蝕,使接地體與周圍土壤的接觸電阻變大,特別是在山區(qū)酸性土壤中,接地體的腐蝕速度相當(dāng)快,會造成一部分接地體脫離接地裝置。二是在接地引下線與接地裝置的連接部分,因銹蝕而使電阻變大或形成開路。三是接地引下線、接地極受外力破壞而損壞等。

          2 接地電阻降阻方法
              當(dāng)主接地網(wǎng)的接地電阻不滿足要求時,通常需要采取降阻措施。目前,常用的降阻措施有引外接地、人工降阻、深井接地、電解接地、爆破接地等,各種降阻措施分析比較如下。

          2.1 引外接地
              在高土壤電阻率地區(qū)高,當(dāng)變電站主接地網(wǎng)的接地電阻難以滿足要求時,且附近有可設(shè)置人工接地裝置的低土壤電阻率地區(qū)或水源,可以采取引外接地措施以降低接地電阻,但應(yīng)考慮占地面積和農(nóng)田恢復(fù)的難度。

              在埋設(shè)地點選擇時,應(yīng)考慮:選擇地下水較豐富及地下水位較高的地方;接地網(wǎng)附近如有金屬礦體,可將接地體插入礦體,利用礦體來延長或擴大人工接地體的幾何尺寸。

          2.2 深井接地
              由變電站外延接地線(40×4的鍍鋅扁鋼),在進線塔下端打有一口約200m超深接地井,用鉆機鉆孔,把直徑100mm的鍍鋅鋼管接地極打入井孔內(nèi),并向鋼管內(nèi)和井內(nèi)灌注泥漿。此法經(jīng)過工程實際測量,系統(tǒng)接地電阻為0.442Ω,符合設(shè)計要求,效果很好。

              和其它輔助降阻措施相比,深井接地法有以下優(yōu)點:大大降低了接地電阻;減少了變電站占用地表面積,是改造優(yōu)化的方法;設(shè)計壽命可以非常長,設(shè)計裕度非常大;深層的土壤電阻率不受氣候、季節(jié)影響,數(shù)值穩(wěn)定。因此,接地電阻值也不會隨氣候、季節(jié)變化,這是深井接地zui大的優(yōu)點。

          2.3 放置電解地極(與電解接地可能相同)
              對于高土壤電阻率地區(qū),降低變電站地網(wǎng)的接地電阻是比較困難的。在設(shè)計或改造地網(wǎng)以降低其接地電阻時常常會遇到的問題。在眉山某變電站的地網(wǎng)設(shè)計及工程施工中也遇到了這個問題。在該變電站地網(wǎng)改造工程實踐中,采用鉆8口斜井共1800m在其中放置DK-AG電解地極8O套,這—做法使得接地電阻值降低了80.8%且滿足了設(shè)計要求。因此,當(dāng)變電站的土壤電阻率較高,用于接地網(wǎng)的面積不能將接地電阻降低至設(shè)計要求值時,可采用DK-AG電解地極來實現(xiàn)降阻。

          2.4 換土
              在土壤電阻率高的地區(qū)進行換土,是普遍采用的有效辦法,且施工簡單。例如某變電站位于山區(qū),地質(zhì)報告顯示站區(qū)耕植土厚度為0.2~0.6m,部分地方有基巖露出,土層以下為砂巖和灰?guī)r。接地設(shè)計采用換土,在土層厚度不能滿足要求的地方,沿水平接地體挖接地槽,深度為1m,垂直接地極坑深度3m,底部直徑1m,施工時在接地槽和接地坑內(nèi)先鋪設(shè)20cm厚的黏土并夯實,再放接地體,回填土層層夯實。施工完成后實測接地電阻*設(shè)計要求。

          2.5 使用降阻劑
              目前降阻劑主要有兩種類型:化學(xué)和物理降阻劑?;瘜W(xué)降阻劑由高分子材料、電解質(zhì)和水組成,注入土壤可迅速在土壤中凝成電阻率低的根須狀連續(xù)膠體,從而增大接地體的有效接地面積,提高接地體散流效果 化學(xué)降阻劑存在一定的環(huán)境污染問題,對于青藏高原脆弱的生態(tài)環(huán)境易造成影響。且隨時間推移,降阻效果也會降低,推薦采用物理降阻劑。物理降阻劑由導(dǎo)電的非電解質(zhì)固體粉末及起固化作用的水泥組成,其電阻率低,主要靠導(dǎo)電粉末起到降阻作用,降阻性能不受環(huán)境pH值、溫度及濕度的影響。

              在接地極周圍敷設(shè)降阻劑后,可以起到增大接地極外形尺寸,降阻劑的主要作用是降低與接地網(wǎng)接觸的局部土壤電阻率,換句話說,是降低接地網(wǎng)與土壤的接觸電阻,而不是降低接地網(wǎng)本身的接地電阻。

              降阻劑已有超過20年的工程運用歷史,經(jīng)過不斷的實踐和改進,現(xiàn)在無論是性能還是施工工藝都已經(jīng)相當(dāng)成熟。多個使用降阻劑的工程,接地完工后測量接地電阻情況都不錯,但由于缺乏長期的跟蹤監(jiān)測,對降阻劑性能的長效性和對接地極材料的腐蝕性的信息返回少。確實也有質(zhì)量差的降阻劑,降阻效果不能持久,對接地網(wǎng)造成腐蝕,引起各地對降阻劑使用意見分岐。

          2.6 電解接地
              電解接地系統(tǒng)是我國近年出現(xiàn)的接地降阻方式,在國內(nèi)外已有應(yīng)用經(jīng)驗,電解接地的原理是在地中水平敷設(shè)或垂直敷設(shè)金屬管道,在管道中加入電解化學(xué)物質(zhì),利用空氣或土壤的潮氣,與管道中的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生電解溶液,電解溶液通過管道過濾孔向周圍土壤滲透,提高土壤的導(dǎo)電率,降低電極與土壤的接觸電阻,在金屬管道外部采用降阻材料回填,增大電解地極,具有良好膨脹性、吸水性、滲透性和防腐性,可以深入巖土形成樹根網(wǎng)狀,增大泄流面積,降低散流電阻,同時保護電解地極免遭腐蝕,從而降低變電站的接地電阻。

          2.7 斜井降阻
              通過非開挖技術(shù)(類似敷設(shè)電纜的外頂管技術(shù)),將接地極從站內(nèi)的主接地網(wǎng)邊緣,沿著變電站的進站道路和線路的終端塔(建筑的保護距離區(qū)間內(nèi))外引至站外電阻率較低的地區(qū),達(dá)到理想的擴網(wǎng)效果。由于斜井里的接地極是埋設(shè)在道路或架空線行(屬于*性設(shè)施)地下幾米深的土壤中,不會遭遇外部破壞和產(chǎn)生危險的跨步電壓。斜井的具體實施過程中,要根據(jù)周圍的地質(zhì)情況,確定斜井的數(shù)目及延伸的方向、敷設(shè)的長度。鉆頭入土的角度、埋設(shè)深度,使其可以避開地下管網(wǎng)到達(dá)預(yù)定地點。

          2.8 爆破接地
              爆破接地技術(shù)是近年來提出的降低高土壤電阻率地區(qū)接地系統(tǒng)接地電阻十分有效的方法。其基本原理是:采用鉆孔機在地中垂直鉆直徑為100mm、深度為幾十米(在發(fā)變電站接地工程中,垂直接地極深度可能達(dá)100m以上),在孔中布置接地電極,然后沿孔整個深度隔一定距離安放一定量的*進行爆破,將巖石爆裂、爆松,接著用壓力機將調(diào)成漿狀的降阻劑壓人深孔及爆破制裂產(chǎn)生的縫隙中,以達(dá)到通過降阻劑將地下大范圍的土壤內(nèi)部溝通,加強接地電極與土壤、巖石的接觸,從而達(dá)到較大幅度降低接地電阻的目的。已有試驗和模擬計算表明,一般爆破致裂產(chǎn)生的裂紋可達(dá)幾米到幾十米遠(yuǎn)。目前爆破接地技術(shù)已經(jīng)在我國多項發(fā)、變電站和輸電線路接地等工程實踐中采用,并已取得了十分滿意的效果。

              除了以上方法外,增加接地網(wǎng)的埋設(shè)深度、利用爆破接地技術(shù)、自然接地體、擴大接地面積和采用兩層水平接地網(wǎng)等,也都有一定的可行性。根據(jù)各個工程的不同情況,可以選擇適合的降阻措施。而各種方法也不是孤立的,可以相互配合,以取得更好的實際效果。

          3 結(jié)論
              變電站接地網(wǎng)是維護變電站安全可靠運行,保障運行人員和電氣設(shè)備安全運行的根本保證和重要設(shè)施。隨著電力建設(shè)的快速發(fā)展,一方面短路電流日益增大要求接地電阻越來越小,另一方而是站區(qū)面積不斷減少,特別是城市規(guī)劃區(qū)和高電阻率地區(qū),使得變電站接地電阻難以降低,解決問題的關(guān)鍵是怎樣合理地采用降阻措施,以達(dá)到既滿足接地電阻的要求,又經(jīng)濟合理,便于施工。

              接地網(wǎng)設(shè)計與施工必須予以高度重視。高土壤電阻率區(qū)的變電站,應(yīng)根據(jù)所區(qū)地質(zhì)和環(huán)境條件,采用效果好、經(jīng)濟、合理、安全、可靠的輔助措施,因地制宜,綜合治理來降低接地電阻。

          參考文獻
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