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发输变电变电站接地系统解析及设计案例李传东（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司设备管理部2 7 110 4，山东济南）接地是将电气设备的某些部位、电力系统的某点与大地相连，提供故障电流和雷电流的泄流通道、稳定电位，提供零电位参考点，以保证电力系统设备安全运行和人身安全的重要措施。如果接地系统有缺陷，当电力系统发生接地故障时，故障电流无法在土壤中充分扩散，致使接地网电位升高，使接地设备的金属外壳带高电压而危及人身安全和击穿二次设备绝缘而造成设备损坏；在雷击或雷电波袭击时，雷电流会产生很高的残压，使附近的设备遭受到反击的威胁，甚至发生高压串人控制室，使监测或控制设备发生误动或拒动而扩大事故，破坏电网系统稳定。并且，电力系统容量越大，流经地网的入地短路电流也就越大。因此，为保证电力系统的安全稳定运行，确保接地系统完善、可靠至关重要。1接地的相关概念1.1接地和接地装置将电力系统或建筑物电气装置、设施、过电压保护装置用接地线与接地极连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体称为接地极（接地体），分为水平接地极和垂直接地极。可利用作为接地用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管及钢筋混凝土建筑的基础、金属管道和设备等，称为自然接地极。专门为接地而人为装设的接地极，称为人工接地极。电气设备、接闪器的接地端子与接地极连接用的，在正常情况下是不载流的金属导体，称为接地线。接地线是接地极的外引线，连接被保护或屏蔽设施的连线，可设主接地线、等电位连接板和分接地线。在故障情况下要通过接地故障电流。接地极和接地线的组合称为接地装置。由垂直和水平接地极组成的具有泄流和均压作用30154的网状接地装置，称为接地网。接地线又分接地干线和接地支线。1.2接地电阻接地阻抗的实部，工频时为工频接地电阻，称为接地电阻。接地电阻包括流散电阻和接地极电阻。（1）流散电阻：电流自接地极的周围向大地流散所遇到的全部电阻，称为流散电阻。理论上为自然接地极表面至无穷远处的电阻，工程上一般取2 0 40 m范围内的电阻。（2）接地电阻：接地极的流散电阻和接地极及其至总接地端子连接线电阻的总和，称为接地极的接地电阻。由于后者远小于流散电阻，可忽略不计，通常将流散电阻作为接地电阻。（3）工频接地电阻和冲击接地电阻：按通过接地极流人地中工频交流电流求得的接地电阻，称为工频接地电阻。按通过接地极流人地中冲击电流（雷电流）求得的接地电阻，称为冲击接地电阻。一般情况下，冲击接地电阻小于工频接地电阻。工频接地电阻通常简称接地电阻。接地电阻是接地装置技术中最基本、最重要的技术指标，接地极的接地电阻值取决于接地极与大地的接触面积、接触状态和土壤性质等。需接地的设备工作性质不同，接地电阻要求也不同。部分接地设备接地电阻的要求见表1。1.3接地电流和对地电压当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地极向大地作半球形散开，此电流称为接地电流。由于是半球形的球面，距离接地极越远，球面越大，其散流电阻越小，电位就越低。试验表明，在距离接地故障点约2 0 m的地方，散流电阻实际上已接近于零。这电位为電世界(2 0 2 3-3)发输变电的接地；二是设备的外露可导电部分经公共的表1部分接地设备接地电阻要求单位：2设备名称接地电阻要求1kV以上的大接地电流系统0.51kV以上的小接地电流系统10高压电气设备单独接地时10低压保护接地4架空线路杆塔30配电变压器10 0 kVA以上4配电变压器10 0 kVA以下10带电作业临时接地装置510独立接闪杆10零的地方，称为电气上的“地”或“大地”。1.4接触电压和跨步电压（1）接触电压是指设备的绝缘损坏时，在身体可触及的两部分之间出现电位差。比如人手触及发生接地故障的设备的金属外壳，则人手和脚之间所呈现的电位差，即为接触电压。（2）跨步电压是指在接地故障点附近、在带电的高压导线断线落地点附近，以及雷击时防雷接地装置泄放电流的接地极附近行走时，两脚之间所出现的电位差。越靠近接地点及跨步越长，跨步电压值越大。2电气装置接地的一般规定（1）电力系统中电气装置、设施的某些可导电部分应接地。电气装置的接地必须单独与接地母线或接地网相连接，严禁在1条接地线中串联2 个及2 个以上需要接地的电气装置。接地按用途可分为以下4种。工作接地。用于设备（系统）可靠而正确地实现其功能，保证电力系统正常运行的接地，称为工作接地。比如电力系统的中性点直接接地，能在运行中维持三相系统中相线对地电压不变，在三相负荷出现不对称时，提供零序电流的流通通道。保护接地。电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地，称为保护接地。保护接地有两种：一是设备的外露可导电部分经各自的接地线（PE）直接接地，如TT系统和IT系统中的设备外壳電世男(2 0 2 3-3)PE线（如TN-S系统）或经PEN线（如TN-C 系统)接地。防雷接地。雷电是大气中带电云块之间或带电云层与地面之间所发生的一种强烈的自然放电现象。为使雷电流安全地向大地泄放，以保护被击建筑物或电力设施而设的接地，称为防雷接地。屏蔽接地。为防止电磁干扰，在屏蔽体与地或干扰源的金属壳体之间所做的永久良好的电气连接称为屏蔽接地。（2）变电站内不同用途和不同电压的电气装置、设施，应使用一个总的接地装置，接地电阻应符合其中最小值的要求。（3）设计接地装置时，应考虑土壤干燥或冻结等季节变化的影响，接地电阻在四季中均应符合标准的要求。（4）确定变电站接地装置的形式和布置时，考虑保护接地的要求，应降低接触位差和跨步电位差，并应符合相关要求。3接地装置的装设3.1接地极的施工安装变电站的接地装置除应利用自然接地极外，还应敷设以水平人工接地极为主的接地网，并应设置将自然接地极和人工接地极分开的测量井。对于3kV10 k V 的变电站和配电室而言，当采用建筑物基础中的钢筋网作为接地极且接地电阻满足规定值时，可不另设人工接地。对于35kV及以上变电站的接地装置，除利用自然外，还必须敷设以水平接地极为主的人工接地网。3.1.1自然接地极的利用在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地极，以节约投资，节约钢材。对于变电站来说，可利用其建筑物的钢筋混凝土基础作为自然接地极，但应校验其是否满足短路热稳定条件。3.1.2人工接地极的装设常用的接地极有垂直接地极与水平接地极31155发输变电两种。垂直接地极宜采用角钢、钢管，水平接地极宜采用扁钢或圆钢，所用钢材均应热镀锌。其中，角钢规格一般为40 mm 40 mm4 mm 或者50 mm50 mm5 mm，长2.5 m;钢管规格一般为直径50 mm，钢管壁厚不应小于3.5mm，长2.5m；规格为40 mm4mm的扁钢，截面积不应小于10 0 mm；圆钢直径不应小于10 mm。当采用扁铜带、铜绞线、铜棒、铜覆钢、锌覆钢等材料作为接地装置时，其选择应符合设计要求。禁止采用铝导体作接地极或接地线。另外，作为防雷装置引下线时，圆钢直径不应小于8 mm，扁钢截面积不应小于48 mm、厚度不应小于4mm；电力线路杆塔的接地极引出线截面积不应小于50 mm。（1）垂直安装。安装接地极时，先挖一条宽0.5m，深0.7 m的地沟。然后，采用打桩法将接地极打入地下，确保接地极应与地面垂直，相邻接地极之间的间距不宜小于接地极长度的2 倍。接地极全部打完后，在四周用土壤填埋夯实，以减少接触电阻。接地极上面的端部离开沟底10 0 2 0 0 mm，以便对接地极上的连接扁钢、圆钢和接地线进行焊接。检查焊接质量和接地极埋深均合乎要求时，方可将沟填平夯实。（2）水平安装。水平接地极安装，采用挖沟填埋，接地极顶面埋设深度不宜小于0.8m。接地极一般有很多根，相邻接地极之间的间距一般不宜小于5m，目的是防止出现入地电流相互排挤的屏蔽效应，而影响泄流效果。各接地极之间需要水平埋设的钢筋或扁钢连接起来。接地极若是扁钢，扁钢应立面竖放，以减少流散电阻。并且，扁钢或圆钢的一端应弯成直角向上，以便供接地线连接。3.2接地线的施工变电站电气装置中下列部位应采用专门敷设的接地线接地：旋转电机机座或外壳，出线柜、中性点柜的金属底座和外壳，封闭母线的外壳，配电装置的金属外壳，110 kV及以上钢筋混凝土构件支座上电气装置的金属外壳，32156直接接地的变压器中性点，变压器、发电机、高压并联电抗器中性点所接自动跟踪补偿消弧装置提供感性电流的部分、接地电抗器、电阻器或变压器的接地端子，气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的接地母线，避雷器、接闪杆、避雷线的接地端子。当不要求采用专门敷设的接地线接地时，电气设备的接地线宜利用金属构件、普通钢筋混凝土构件的钢筋、穿线的钢管等。接地极的连接、接地线与接地极的连接均应采用焊接方式。电气设备上的接地线应采用热镀锌螺栓连接。有色金属接地线不能采用焊接时，可用螺栓连接。热镀锌钢材焊接时，应采取可靠的防腐处理。在做防腐处理前，表面应除锈并去掉焊接处残留的焊药。接地线、接地极采用电弧焊连接时应采用搭接焊缝，其搭接长度应符合下列规定：扁钢应为其宽度的2倍，且不得少于3个棱边焊接；圆钢应为其直径的6 倍；圆钢与扁钢连接时，其长度应为圆钢直径的6 倍；扁钢与钢管、扁钢与角钢焊接时，除应在其接触部位两侧进行焊接外，还应由钢带或钢带弯成的卡子与钢管或角钢焊接。在现行设计中，变电站电气装置的接地装置，除利用自然接地极外，均应敷设以水平接地极为主的人工接地网。人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应作成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半，接地网内应敷设水平均压带。接地网的埋设深度不宜小于0.6m。接地网均压带可采用等间距或不等间距布置。35kV及以上变电站接地网边缘经常有人出入的走道处，应铺设砾石、沥青路面或在地下装设两条与接地网相连的均压带。3.3电解离子接地极的安装近几年，电解离子接地作为一种新型的接地方式得到了较广泛应用。电解离子接地极为内部填充电解离子材料的热镀锌钢管（或铜管），钢管两端由盖子封闭，管上设有3对呼吸（渗透）孔，每对呼吸孔对称设置。热镀锌钢管一端焊接钢绞线，钢绞线的另一端焊接接地扁钢。热镀锌钢管内部填充料含有特制的電世界（2 0 2 3-3)发输变电电离子化合物，能充分吸收土壤中的水分，通阻值。过潮解作用，将活性电离子有效释放到土壤5实例介绍中，增加土壤中的电解离子浓度，促进导体外部稀释降阻，改善土壤的导电性能，从而达到接地降阻的要求。使用方法：在施工场地钻出直径为150mm、深10 0 0 mm的垂直地面的孔洞，间距不小于5m；或开挖150 0 mm深的沟槽；拆开呼吸孔的密封胶带，将接地极植入孔洞或沟槽中，接地极顶部与地面-0.8 m平齐；接地极连接线与水平接地极用热熔放热焊接；配置填充剂并用清水调合成浆糊状（稍稠成流体状）后倒入接地孔中，或将调制好的回填料堆放在接地极出液孔周围。3.4接地装置的降阻若土壤电阻率偏高，增加接地极也无法满足接地电阻要求时，可采用以下几种措施：（1）采用多支线外引接地装置；（2）井式或深钻式深埋接地极，敷设深垂直接地极；（3）局部进行土壤更换处理，换以电阻率较低的黏土或黑土，或进行土壤化学处理，填充以炉渣、木炭、石灰、食盐、废电池等降阻剂。4接地装置的测试接地电阻测试仪是用来测量电气设备内部的接地电阻，它所反映的是电气设备各处外露可导电部分与电气设备的总接地端子之间的（接触）电阻。接地电阻的测试可结合变电站电气设备年度春检工作同步进行，在雷雨季节来临前，完成接地装置的测试和接地隐患的处理。避免雨后测量，以免影响测量结果。接地电阻测量的仪器主要有手摇式、数字式和钳形式三种。其工作原理均为欧姆定律，可结合实际情况选择使用。其中，钳形接地电阻测量仪是一种最新型的接地电阻值的检测仪表，其外形像一只钳形万用表，由钳口、电压线圈、电流线圈及显示屏等组成，通过对电流和电压的测量、计算，在液晶屏上读出接地电電世男(2 0 2 3-3)5.1110kV制氧变电站接地网改造5.1.1王现场情况我公司110 kV制氧变电站2 0 0 3年投运至今，其所处位置属于多雷区，土质为山地与回填砂石地，土壤电阻率较高。整个变电站接地系统年久失修，腐蚀严重，多处接地电阻不符合规范要求，6 只独立接闪杆已有5只不合格。为确保电力设备正常运行，有必要对制氧变电站接地系统进行大修改造。5.1.2接地网改造方案设计GB501692016电气装置安装工程接地装置施工及验收规范中第4.4节关于接地装置的降阻中提及：在高土壤电阻率地区，接地装置的接地电阻很难达到要求时，可敷设引外接地网或向外延伸接地极的措施。因此，我们在制氧变电站采用深井离子接地极为主的复合接地网改造方式，通过安装电解离子接地极等措施来降低接地电阻，以满足接地电阻不大于0.52，独立接闪杆小于10 2 的要求。接地网中垂直接地极采用电解离子接地极，水平接地极采用铜包钢绞线。电解离子接地极型号为DK-DJC，材质为紫铜，直径为63mm，长度150 0 mm，厚度为5mm。铜包钢绞线型号为DKG JX12 0，截面积为12 0mm，镀铜厚度0.3mm，导电率为30%。电解离子接地极内部填充无毒化合物晶体，铜管埋于地下后，呼吸孔吸收土壤中的水分，使化学晶体变为电解溶液，从孔中排泄出，这些溶液在特殊回填土的吸取下，均匀流人土壤中，在土壤中形成了成片导电率良好的电解离子土壤，很大程度地减少了接地极与周围土壤之间的泄流电阻。降阻剂为黑色粉末，型号为DK-DVR，每包50 kg。降阻剂含有细石墨、膨润土、固化剂、润滑剂、导电水泥等多种成分。将它使用于接地极和土壤之间，一方面能够与金属接地极紧密接触，形成足够大的电流流通面；另33157发输变电一方面它能向周围土壤渗透，降低周围土壤电阻率，在接地极周围形成一个变化平缓的低电阻区域。经计算，站内共需安装32 套电解离子接地极。5.1.3改造实施2019年3月，共打深井32 眼，深度为1000mm，钻孔直径为150 mm，两井间距约5m。两井之间挖水平沟深度为8 0 0 mm，宽度为40 0 mm。首先，将电解离子接地极呼吸孔的封条撕开，接地极一端的钢绞引线与2.5m长的钢绞线放热焊接。然后，将接地极放在已打好的深井里，向井里倒入降阻剂，加水使降阻剂充分吸收水分。随后，将相邻的水平接地极进行热性焊接。最后，用普通土回填、夯实。独立接闪杆接地系统的改造同上。全部完成后，将接地网与变压器、开关室、控制室等设备的接地系统可靠连接。测试接地网电阻，合格。上述改造实施过程现场照片如图16所示。图3电解离子接地极安装图4接地极安装及接地线连接图1垂直接地极气钻打井图图5接地线放热焊接图6 变压器接地与接地网焊接图2 水平接地极挖沟及焊接连线34158電世界（2 0 2 3-3)发输变电5.2亲新建110 kV变电站接地系统2020年，我公司新旧动能转换项目，新建某110 kV变电站。现将该变电站接地系统设计方案介绍如下。5.2.1站内主接地网除利用建筑物基础作自然接地极外，采用防腐电解离子接地极作垂直接地极，6 0 mm6mm镀锌扁钢作水平接地极，沿变电站四周敷设成外边缘闭合的环形接地网，内部采用60mm6mm镀锌扁钢作接地线敷设成间距不等的均压带。主接地网埋地深度不小于0.8m，建筑物出人口处局部深埋1.5m。主接地网边缘通道处的地下设2 条与主接地网相连的帽檐式均压带。5.2.2室内接地装置采用50 mm5mm镀锌扁钢作接地线，沿墙或楼板暗敷成环形接地网。采用50 mm5 mm镀锌扁钢将室内所有基础槽钢、扁钢等金属预埋件与环形接地网可靠焊接，接形成电气通路。5.2.3中性点接地装置主变110 kV中性点接地采用与站内主接地网线相连的集中接地装置。集中接地装置采用防腐电解离子接地极作为垂直接地极，6 0mm6mm镀锌扁钢作为水平接地极，通过60mm6mm铜排与主变110 kV中性点接地设备可靠焊接形成电气通路。35kV中性点接地设备接地设专用的接地端子箱，采用ZR-VV-0.6/1kV-1120型单芯电缆将各35kV中性点接地设备主接地线接至接地端子箱，再通过6 0 mm6mm铜排与站内主接地网可靠焊接形成电气通路。5.2.4二次接地装置二次接地系统采用一点接地方式，设专用接地等电位联结端子箱，二次屏柜绝缘接地铜排的首末端通过 ZR-VV-0.6/1kV-135型单芯电缆在等电位联结端子箱处可靠连接成环网，再通过2 根ZR-VV-0.6/1kV-170型单芯电缆与站内主接地网在一点可靠焊接形成电气通路。電世男(2 0 2 3-3)5.2.5防雷措施站内设3基套管塔独立接闪杆，杆尖高27m，作为全站直击雷防护的主要措施。利用接闪杆套管塔自身作引下线，利用对应基础内钢筋网和2 组防腐电解离子接地极通过50 mm5mm镀锌扁钢可靠焊接形成电气通路作为独立接地装置。独立接地装置深埋不小于0.8m，与站内主接地网地中距离不小于5m，与主变中性点接地人地点地中沿接地线距离不小于 15 m。现场施工照片如图7 9所示。图7 建筑物主筋接地作为自然接地极图8 建筑物主筋与水平接地扁铁连接6结语（1）变电站的各类型接地设计要全面、各技术参数计算要精准，确保接地系统安全可靠。（2）严格按照国家标准、规范施工。密切配合变电站土建专业施工。利用结构柱主筋35159发输变电图9几个基础接地与水平接地极连接作引下线、桩基和基础钢筋作接地极时，所有接地引下线、接地线均应提前预埋接地连接板。将镀锌扁钢接地线与结构柱接地引下线、主接地网可靠连接。（3）镀锌扁钢间的连接处、镀锌扁钢与铜排的连接处、镀锌扁钢与电缆的连接处均应采用放热焊接，所有焊接处采取防腐措施，所有电气装置的外露可导电部分和装置外可导电部分均应作等电位联结。（4）接闪杆宜设独立的接地装置。为防止雷击时雷电流在接地装置上产生的高电位对保护的建筑物和配电装置及其接地装置进行“反击闪络”，危及建筑物和配电装置的安全，新书快讯低压配电设计解惑日前，任元会编著的低压配电设计解惑一书由中国电力出版社出版发行。低压配电设计解析自2 0 2 0 年10 月正式出版以来，受到广大电气设计师的好评，掀起了技术交流的热潮。低压配电设计解惑秉承了低压配电设计解析的宗旨，给出专题解决方案，编制方便、实用的表格，以期达到提高设计水平、加快设计进度的目的。作者以91岁的高龄，仍深怀赤诚之心，对设计师的责任感，力克艰难，精心研究，尤其是生病期间仍笔耕不毂,进行了大量的计算，铸成本书，这也是奉献给设计师同行朋友们的又一份厚礼！低压配电设计解惑萃取五大技术专题：防直击雷的接地装置与建筑物和配电装置及其接地装置之间应有一定的安全距离。（5）变电站不同目的的接地，一般做联合接地，采用共用的接地系统，并实施等电位联结。联合接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。（6）接地系统检查和电阻测试。定期检查接地装置的每一个连接点，及时发现、消除接地隐患。变电站的接地网、防雷保护接地装置、架空线路防雷保护接地装置，应每年检查、测试一次。独立接闪杆的接地装置，应在雷雨季节前完成检查和接地电阻的测试。(编辑志皓）算表；(2）多电源变电站接地,PEN、N和PE的关系,1张图形6 0 条实施方案；(3)针对五大系列母线槽参数，编制了故障电流和短路电流计算表；(4)电子式和电磁式RCD的选择；(5)树干式配电系统分干线截面积选择的计算表格。低压配电设计解惑URa+RARPucdlesantAmwesdrS(1)远距离（40 0 1 2 0 0 m）、小负荷（15250kW）用户的配电线截面积选择方案和计36160来源：本刊。電世界（2 0 2 3-3)