摘要：在电力工程里变电站是主要的组成部分。变电站接地设计对于确保整个变电站正常、安全运行都具有极其重要的现实意义，不仅为变电站内的各种电气设备提供一个公共的参考地，而且在电力系统发生故障时，将故障电流迅速排泄入地，控制接地网的最大电位升高，保证人身和设备安全。220kV变电站接地设计主要包括控制设备设计、通信设备工作、防雷接地以及高低压电器设备设计等。近年来，电量输送量明显提高，这大大增加了接地短路电流，因此如何提高线路跨步电压技术，提高接地电阻成为当前的重点工作。
关键词：220kV变电站；接地设计
引言
主接地网作为变电站设备及防雷保护接地，对于变电站的正常安全运行具有重要的作用，在电力系统发生故障时，能将故障电流迅速排泄入地，控制接地网的最大电位升高，保证人身和设备安全。接地电阻值是衡量变电站接地安全的重要指标。目前，在变电站接地设计中，接地装置设计的相关参数的选取、控制，以及采用的设计方法都在相关标准中有明确规定。但在实际工程设计中，有些参数在选取时仍有困难。本文通过某220kV变电站接地设计，讨论了有效接地系统接地设计的思路及方法。
1220kV变电站接地设计的原则
根据GB50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》，变电站最大接地电阻应满足:R≤2000I.式中:R为考虑到季节变化的最大接地电阻,I为计算用的流经接地装置的入地短路电流。当接地网的接地电阻不符合以上要求时，可通过技术经济比较适当增大接地电阻。在符合以下规定时，接地网地电位升高可提高至5kV。①保护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压侧，应采用TN系统，且低压电气装置应采用保护等电位联结接地系统；②应采用扁铜（或铜绞线）与二次电缆屏蔽层并联敷设。扁铜应至少在两端就近与接地网连接；③应评估计入短路电流非周期分量的接地网电位升高条件下，变电站内10kV金属氧化物避雷器吸收能量的安全性；④可能将接地网的高电位引向站外或将低电位引向站内的设备，应采取防止转移电位引起危害的隔离措施；⑤设计接地网时，应验算接触电位差和跨步电位差，并应通过实测加以验证。
2传统的接地方式分类
2.1接地方式———扁钢地网
扁钢地网可以分为两类：一类是方孔地网：由于都是设计者根据自身的经验设计、确定方孔地网尺寸，这就使其设计方案不是很细腻。由于中心导体部位的导体散流量仅为接地网周围1/2左右，致使中心部位的电场强度低于周围，所以电场分布存在着较大的差异。从成本的角度来考虑，方孔地网的建设会使用很多的钢材，导致投资过大。扁钢地网适用于电压较低的变电站，当电压在220kV以下时，电网接地故障电流小，接地地网面积有限时，其缺点不容易体现。然而一旦电压超过550kV，这种接地方式就不再适合。另一类是不等间距地网：接地网中部与地面接触的面积较大而周围与地面接触面积较小，这是因为使用了不等间距的设计。此地网有效地改变了地网的接地设置、可以更好地保护变电站工作人员，这是源于其很大程度地降低了由于电势梯度过高引起的危险。
2.2接地方式———在接地极周围添加降阻剂
为了降低接地电阻，我们还可以在接地极附近使用降阻剂，从而增加电极的接地面积。降阻剂是一种化学试剂，它的导电性能非常突出。其降阻原理是通过减小接地网周围土壤的电阻率，达到间接减小接地电阻的目的。由于降阻剂的设计、施工较为成熟，而且在降阻方面很有成效，所以在220kV变电站的设计中经常使用。
2.3接地方式———深井接地
由于深井接地具有占地面积小、不受外界条件干扰、不影响环境、不改变地貌，并且施工可以在220kV变电站内完成，所以在深层土壤电阻率较低时多采用此类接地设计。但是深井接地方式也有其局限性，只有在地下水丰富、深层土壤电阻率低的区域，才能具有较好的降阻效果。由于深井接地极受到场地的限制，所以在深层土壤电阻率较高的情况下，使用情况不是很好。
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2.4扩大接地面积
扩大接地网面积对减小接地电阻，效果较明显。直接扩大变电站接地网面积（即外引接地网），往往受变电站四周场地的限制。特别是市区220kV变电站，布点都很困难，周围常有住宅、公建等设施，只能保证最起码的安全距离，故这个方法在市区变电站接地设计中常常无法实施。
3现代新型的辅助接地方式
3.1降阻模块
降阻模块也被称为接地模块，是一种新型的辅助接地方式，这种降阻模块主要是由非金属制作而成的，具体具有以下几点特性：①具有较高的稳定性、良好的导电性，而且体积相对比较小。②添加一些特殊材料后，会大大增强自身的抗腐蚀能力。③可以长时间承载较大的电流。④并不会造成污染，而且使用寿命相对比较长。如果在工程施工中应用降阻模块，一定要联合采用大量的降阻模块，才可以发挥相应的效果。
3.2土壤置换
为了有效接地，可以采用土壤置换的方法，也就是将变电站附近土壤更换，或者通过人工处理方式将原土壤进行处理，这两种方式都可以有效降低接地网周围电阻。同时，变电站接地柱周围可以混合电石渣、木炭灰以及无机盐等多种矿物质，这样可以增加变电站周围土壤的导电体，从而大大提高变电站附近土壤的导电能力，减小土壤电阻。这种土壤置换方式比较经济，不需要投入过多的费用，但是这种土壤置换方式也会降低土壤的热稳定性，加快接地极的腐蚀速率，使接地极寿命明显缩短。
3.3爆破接地
在岩石区域使用最多的一种接地方式是爆破接地，这种接地方式可以大幅降低岩石区域的接地电阻。运用爆破制裂方式，为增加变电站周围土壤的导电性，使用压浆机将降阻剂注入到裂缝内。爆破裂缝同岩层自身的一些节理裂隙能够自由贯通联系，在注入降阻剂后，能在变电站接地极周围形成范围广阔的低电阻率通道，使得电流可以经过裂隙中的降阻剂进行分流。在雨水以及地下水等自然因素的作用下，降阻剂逐步向外渗透扩散，进一步增加了接地极的分流能力。
结语
总而言之，220kV变电站接地设计会直接影响到整个变电站的安全、有效运营，为此，一定要根据变电站的实际情况选择合适的接地设计方式，充分发挥接地装置的效果，从而确保地网建设的安全可靠性。
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论文作者:叶振鹏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期
论文发表时间:2020/5/6