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摘要：本文结合工程实例通过常规接地方法相关计算分析对比，进而阐述高土壤电阻率地区的接地方法，介绍了接地电阻值的计算方法和相关条件，并归纳出几种高土壤电阻率地区的接地方式，可根据实际工程情况选择合适的接地方式。
关键词：高土壤电阻率接地电阻接地方式；高土壤地区的接地相关措施
引言
为了保护人身安全，保护电气设备和电子设备的正常工作和设备以及电力系统的安全，实际工程中我们会根据现场的地形地貌、土壤种类、土壤电阻率分布以及土壤腐蚀性等实际情况，采取相应的接地方式，根据当前和远景的最大运行方式下系统接线方式、电位差等相关条件，综合考虑接地网的尺寸、材质、截面、结构、接地方式以及接地电阻值的限值。
一般情况下，低土壤电阻率地区很容易通过自然接地体或者人工接地体，低成本地实现工程对接地电阻值的要求。但高土壤电阻率（ρ>500Ω•m）地区，按常规做法去实现较小接地电阻值，要么从技术上不可行，要么需要增加工程投入，要么造成施工困难。本文将结合具体工程实例，通过常规做法的分析对比，进而阐述高土壤电阻率地区如何综合利用各种接地方案，进而达到电阻值的要求。
1、接地相关概述
接地种类包括功能性接地、保护性接地、电磁兼容性接地。接地方式也随着不同接地种类和不同目的接地系统，采取相关的接地方式或者联合接地方式。
通过接地极流入地中工频交流电流求得的接地电阻为工频接地电阻，通过接地极流入地中冲击电流（雷电流）求得的接地电阻为冲击接地电阻，通常将流散电阻作为接地电阻，即电流自接地极的周围向大地流散所遇到的全部电阻，理论上为自接地极表面至无穷远处的电阻，工程上一般取为20m~40m范围内的电阻。接地极含自然接地极（建筑物的钢筋混凝土基础等）和人工接地极（圆钢和扁钢等）。工程中一般把土壤电阻率大于500Ω•m的地区定义为高土壤电阻率区域。
（1）实际工程相关介绍
大唐某200MW风电场，1.5MW风机，箱变容量为1600KVA，一机一变。该项目区域地形较平坦、开阔，总体地势由南向北缓倾，为局部生长稀疏的低矮耐旱植被的戈壁地区，多碎石，多点测量电阻率为900~1500Ω•m左右，该变压器基础经挖开后回填为多石土壤，电阻率约为500Ω•m。现讨论箱变的接地问题，规范要求箱变接地电阻值不大于4Ω。
箱变基础为矩形基础板，长边L1=3.065m，短边L2=2.15m，基础埋深t=-1.55m，在长边上有一人孔，人孔长和宽均为L3=L4=0.9m。
（2）常规做法分析对比
由上面的分析及计算结果不难看出，按照常规方案在此高土壤电阻率区域不合情理，需要另外采取有效措施。
2、高土壤地区的接地相关措施
（1）深埋接地法
在随地层深度增加而电阻率减小较快的地方可采用此种方法，和井式接地、深钻式接地类似，该方法亦适用于冻土地区的接地。即覆盖层往下的电阻率比随着深度增加电阻率降低很快，所采用的垂直接地极的长度视工程情况而定。
深埋接地电阻估算公式 ， ，ρ为等值电阻率，ρ1为覆盖层电阻率，ρ2为埋深部分土壤电阻率，H为覆盖层深度，l为垂直接地体长度，d为接地体直径。
若ρ1=500Ω•m，R=4Ω，l=5m，d=50mm，H=1m，带上数据可得ρ2=21Ω•m。
通过数据可以看出，此种方法需要电阻率随地层深度增加降低的数值特别巨大，或者上部覆盖层为永久冻土层，要求比较严苛，所以这种接地方法对降低电阻有很大的局限性。
（2）外引接地法
外引接地应该说形式多种多样，应根据工程所处的具体环境来综合考虑。通常是在电力设备附近有电阻率较低的区域（土壤、水源等），可通过外引较长的接地线到该区域设置接地装置与主接地网连接，以此来降低接地电阻值满足工程要求。若敷设水下接地网需要焊接成环形接地网并在水下固定。
此种方法依赖于接地线本身的电阻、电抗，外引长度和工程环境，而且当系统发生接地故障有接地电流流通时，由于接地线外引，必然导致接地线上产生电位差，所以应考虑外引接地线沿线铺设一定厚度的砾石地面或沥青地面，用以提高地表面电阻率，以此降低人身承受的电压。
（3）采用导电性能优良的接地材料
侧重于接地材料的改变，用纯铜、铜包钢、电解接地极等材料替代传统的镀锌扁钢、圆钢等材料，用于降低接地体本身的电阻，从而加强散流。
在接地电阻值处于工程要求电阻值临界点时，或者是土地有强烈腐蚀性的地区采用此种方法有效。但是降阻有限，且接地材料的投资成数倍增加，除非工程有明确要求或者预算有该部分资金的前提下采用，其他情况下不推荐。
（4）人工改善土壤电阻率法（着重阐述降阻剂法）
人工改善土壤电阻率的方法有人工接地沟、人工接地坑、换土法、降阻剂法、新型接地材料法等，核心思想均为在接地体附近的等效直径内人工改善高土壤电阻率地区的土壤电阻率。
根据相关实验实测表明，降阻剂的效果为未处理之前电阻值的50%~30%。降阻剂主要分为高分子树脂类和无机化合物类。长效化学降阻剂不但具有高导电性，而且降阻效果还能保持长久，即使放在流动的地下水中也不会流失。所以降阻剂法具有降阻效果好、耗钢材量少、施工方法简单、占地面积少、节省劳动力等优点。
降阻剂法确实使接地问题得到了解决，但是也出现了一些问题需要解决。首先在很干旱、地下水位很深、日照强水分流失快的气候条件下，采用降阻剂法，一旦水分蒸发，就不能保证接地电阻的稳定性；其次对于降阻剂本身性能的稳定性也有待验证；再次如果不形成一定体积的更换或填埋，不能满足等效直径的要求，就不能从实质上改善接地问题；最后还有腐蚀性又成新的问题，因为降阻剂还是以化学成分的材料为主，所以 PH 值不能完全保证中性，因此会对接地体造成腐蚀，势必造成接地装置运行寿命的达不到设计值。
3、结论
在高土壤电阻率地区，应充分平衡经济性和工程要求，尽可能的利用现成的自然接地极，辅佐人工接地极和其他的接地方式，综合考虑各种不利因素，尽量避免二次施工。但由于接地系统比较复杂，计算结果仅作为参考，结果以现场实测为准，所以如果条件成熟，可做仿真实验。
本文介绍了实际工程中常用的几种接地方法，都存在一定的局限和问题，但是对于降低接地电阻值还是有效果的。接地电阻值是接地系统设计的关键，但是不应该过分要求，因为接地电阻越低意味着投资越高，尤其是在高土壤电阻率地区，更应该综合运用多种接地方式，以此达到更加经济优化的方案。
本文中的工程实例最终采用了自然接地极、人工接地极、埋深接地法和降阻剂法综合运用的接地方案，成功满足了工程要求的接地电阻值，运行稳定。
参考文献：
[1]电力工程电气设计手册（电气一次部分），中国电力出版社；
[2]工业与民用配电设计手册（第三版），中国电力出版社；
[3]GB50065-2011，交流电气装置的接地设计规范；
[4]曾永林.接地技术.水利电力出版社，1979。
论文作者:和利军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/24
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