220 kV变电站接地设计

于光远 ，邰能灵

（1.上海交通大学电气工程系，上海 200240；2.济南供电公司，山东 济南 250012）

0 引言

变电站接地是保证变电站正常工作非常重要的技术措施，不仅为变电站内各种电气设备提供公共参考地，而且还能在系统故障时将故障电流迅速分流，防止变电站地电位升高，保证人身和设备安全[1]。

1 变电站铜接地网与钢接地网的比较

随着电力系统的发展，对变电站接地设计的要求也越来越高。长期、可靠、稳定的接地系统，是维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的根本保障，接地系统长期安全可靠运行的关键在于品质好的接地材料和可靠地连接。

我国传统接地体均采用钢材质，在国外，铜作为接地材料已有超过100年的历史，而且是唯一的选择，铜接地网与钢接地网相比有明显优点[2]。

1）铜接地网导电性能优、热稳定性能好、耐腐蚀能力强、施工方便、寿命长、投运后检验维护工作量少、无污染。

2）采用铜接地网，较采用镀锌扁钢的接地网，接地体的截面大为减小。由于接地材质截面减小，接地网接地电阻值略有增加，约为1%～2%，对接地网整体性能的影响可忽略不计。

3）铜接地网采用放热焊接，确保连接点为分子结合、无腐蚀、无松弛，放热焊接操作简单快捷，焊点美观。虽然价格较高，但是相对钢接地网连接更可靠、牢固。

4）选用铜接地网时多数设备可采用单点接地，与钢接地网的双接地点相比，不仅能够满足接地可靠性的要求，而且减少投资。

2 变电站接地设计

2.1 变电站接地设计执行规程

DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》；

DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合的规定》；

GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》。

2.2 接地网间距布置

在以往接地设计中，接地网均压导体都按3 m、5 m、7 m、10 m等间距布置，由于端部和邻近效应，地网的边角处泄漏电流远大于中心处，使地电位分布很不均匀，边角网孔电势大大高于中心网孔电势，而且这种差值随地网面积和网孔数的增加而加大。而不等间距布置能增大中部导体的泄漏电流密度分布，相应降低了边缘导体的泄漏电流密度，使得中部导体能得到更充分的利用。采用不等间距布置优化设计接地网，能够使地网各网孔电位趋于一致，提高变电站安全水平。

2.3 地网中垂直接地极布置

地网中间垂直接地极被水平接地极屏蔽，对改善接地电阻作用不大，垂直接地极只对某些设备的散流效果起加强作用。因此，除避雷器、构架避雷针、变压器中性点，消弧线圈中性点等要增设垂直接地极外，其余地方有一次设备的可适当装一些，而地网边沿一圈可多装垂直接地极，提高散流效果，相当于扩大地网面积，减少接地电阻。

2.4 接地极热稳定校验

热稳定校验按流过接地线的短路电流稳定值进行，设备接地引下线截面应大于地网主干线截面，因短路电流到主干线后至少会向两侧分流。考虑到地下主干线易腐蚀，采购材料规格不宜过多，一般地下主干线与接地引下线都用同一规格，但必须符合下式要求的截面积

式中：Sg为接地线最小截面，mm2；Ig为流过接地线的短路电流稳定值 （根据系统5～10年的发展规划，按系统最大运行方式确定），A；c为接地材料的热稳定系数（根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前接地线的初始温度确定，一般取40°）；te为短路的等效持续时间，110 kV及以上系统取1 s，35 kV 及以下取 2 s。

2.5 接地引下线设计

根据国网公司十八项反事故措施关于防止接地网和过电压事故的要求，变压器中性点应有两根与主地网不同干线连接的接地引下线，并且每根接地引下线均应符合热稳定校核的要求。重要设备及设备架构等宜有两根与主地网不同干线连接的接地引下线，并且每根接地引下线均应符合热稳定校核的要求，连接引线应便于定期进行检查测试。

3 接地施工

由于施工人员素质等各种原因，地网施工的质量往往难以保证，会出现虚焊、断开、串联接地现象，甚至引下接地线不接到主网干线等也有可能发生。为防止上述事件的发生，关键是地网检查试验要由专业人员认真进行通断检查，做好中间验收和竣工验收，发现不合格及时返工，才能保证施工质量。

1）接地装置施工执行标准，GB50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》。

2）横向和纵向接地体（包括电缆沟的接地体）相互交叉处应焊接在一起，铜与铜，铜与铁之间采用放热焊接，连接器为纯度97%的金属铜，使用寿命100年。

3）主接地网建好后，实测接地电阻。主接地网的接地电阻在任何季节，均需小于0.5 Ω，否则应采取相应措施处理。主要降阻措施：敷设水平外延接地，增加接地网的面积；深埋式接地极，在地电阻率随地层深度增加而减小较快的地方，可以采用深埋接地体的方法减小接地电阻；利用接地电阻降阻剂，在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低接触电阻的作用。

4）接地网敷设于室外地坪下0.8 m处，穿道路时可为1.0 m。由接地网向上引出接地线分别引至各设备层，引上线敷设在构造柱或墙体内，至需引出层留出节点，在建筑物两侧各设一处地阻检测点，在进站大门处敷设两条与主接地网相连的“帽沿式”均压带。

5）配电综合楼及电缆沟下的接地体可随综合楼土建基础及电缆沟开挖，埋设于基础及电缆沟下0.5～1 m新土中，并与埋深0.8 m处敷设的水平接地网相连。

6）为减少接触电势及跨步电势对人身的危害，采取如下防范措施：站内公路及进站公路段全部采用沥青混凝土路面；站区四周金属围栏需与接地网可靠连接。

7）户内各电压等级避雷器均就近与室内接地干线连接，户外设备避雷器附近需敷设垂直接地体。

8）为增加二次回路抗干扰能力，需敷设保护用等电位接地网。沿全站设备下二次电缆沟敷设截面25 mm×4 mm铜带，若设备的下层为隧道层，则紧贴洞壁敷设铜带，该铜带相互连接，形成等电位铜网。分散敷设的铜带需引至主控制室，与主控室屏下的铜接地网可靠连接形成等电位网，引上线仍采用截面25 mm×4 mm铜带。主控室内等电位接地铜网须用4根截面25 mm×4 mm的铜带与主接地网在电缆竖井处一点可靠连接。

9）穿墙套管的接地宜在室外，且每组套管的接地线都要引至主干线，对运行人员和屋内二次设备都比较安全。

10）如变电站有户外设备，则应在站内设独立避雷针作为直击雷保护。独立避雷针设独立的接地装置，在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻不应超过10 Ω。避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3 m，否则应采取均压措施或铺设砾石或沥青地面，也可敷设混凝土地面。独立避雷针的接地装置与接地网的地中距离不应小于3 m，根据验收要求，避雷线引下线要有明显断开点，以方便变电站地阻的测量。

11）室内接地线沿地面暗敷，各设备间的基础槽钢、支架、预埋件及金属围栏等金属构件均需可靠接地。由各设备间相应位置接地线处连接，接至设备和支架的接地线应明敷。建筑物各柱及梁、板内均有截面不小于200 m2的钢筋焊成整体，形成等电位笼，并与主接地网在地中焊接在一起，形成均衡电位接地系统。

4 应用举例

以济南220 kV大桥变电站为例对主接地网进行说明，接地网布置如图1所示。变电站采用铜接地网，为节约投资，主地网引上线、避雷针接地及室内水平接地体仍采用镀锌扁钢。

变电站内接地方式为以水平接地体为主，由水平接地体和垂直接地体组成的复合接地体接地方式。水平均压带呈10×8不等间距方孔布置，接地网边缘闭合。垂直接地极以10 m间距布置于接地网最外沿，户外设备避雷器附近布置一组垂直接地极，用于扩大接地网面积，提高散流效果，接地网面积约7 391 m2。

独立避雷针设置独立接地装置，与接地网的地中距离为3 m，由于户外电缆沟内有二次电缆，为增加二次回路抗干扰能力，在二次电缆沟内敷设截面25 mm×4 mm铜带，变电站建成后，断开避雷针引下线，经检测变电站内接地电阻小于，符合设计要求。

图1 接地网布置图

5 结语

变电站接地网设计应结合实际情况进行，接地装置能否发挥应起的作用，关键在于设计和施工运行。设计是保证接地装置效果的前提条件，施工的工艺和质量是保证接地装置效果的基础，在高土壤电阻率地区的变电站设计与建设中，应注重优化设计与综合治理，提高地网建设经济性与运行可靠性。