【正文】 1 緒論 本課題的提出和意義變電站接地網(wǎng)對于電力系統(tǒng)的可靠運行和變電站工作人員的人身安全起著重要作用，其接地電阻、跨步電壓與接觸電壓是變電站接地系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)，是衡量接地系統(tǒng)的有效性、安全性以及鑒定接地系統(tǒng)是否符合要求的重要參數(shù)。然而，有些變電站由于受地理條件的限制，不得不建在高土壤電阻率地區(qū)，導(dǎo)致這些變電站的接地電阻、跨步電壓與接觸電壓的設(shè)計計算值偏高，無法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。近年來，隨著電力系統(tǒng)短路容量的增加，由于接地不良引起的事故擴(kuò)大問題屢有發(fā)生，因此接地問題越來越受到重視。在設(shè)計施工過程中如何合理確定接地裝置的設(shè)計方案，降低接地電阻，這是變電站電氣設(shè)計施工的重點之一。變電站的接地電阻值是變電站接地系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)，是衡量接地系統(tǒng)的有效性、安全性以及鑒定接地系統(tǒng)是否符合參數(shù)的重要參數(shù)。然而，有些變電站由于受地理條件的限制，不得不建在高電阻率地區(qū)，而且接地網(wǎng)敷設(shè)范圍受到很大限制，導(dǎo)致這些變電站的接地電阻值偏高，無法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。如何合理、有效、經(jīng)濟(jì)、長久地解決這一問題，保障變電站的安全可靠運行，將具有十分重要的理論意義和工程價值。在國民經(jīng)濟(jì)的各領(lǐng)域中，如電力、鐵路、廠礦、通訊等，各種電氣設(shè)備在運行、使用中都必須通過各類接地裝置以獲取良好的接地，特別是電力系統(tǒng)要求就更高。接地網(wǎng)作為變電所交直流設(shè)備接地及防雷保護(hù)接地，對系統(tǒng)的安全起著重要的作用。發(fā)、變電站的接地系統(tǒng)是維護(hù)電力系統(tǒng)安全可靠運行，保障運行人員和電氣設(shè)備安全的根本保證和重要措施。隨著電力系統(tǒng)電壓等級的升高及容量的增加，接地不良引起的事故擴(kuò)大問題屢有發(fā)生。因此，地網(wǎng)因其在安全中的重要地位、一次性建設(shè)、維護(hù)困難等特點在工程建設(shè)中越來越受到重視。本課題是根據(jù)220kV那橋變電站工程而開展的地網(wǎng)設(shè)計和研究工作。近年來電力系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，對接地技術(shù)提出了新的要求，表現(xiàn)在以下的幾個方面：（1）系統(tǒng)的容量急劇增大，入地短路電流大幅度升高。（2）由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，集成式電氣裝置的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，如GIS、箱式變壓器等，使變電站的占地面積越來越小，地網(wǎng)的面積也越來越小。（3）隨著電網(wǎng)的大力發(fā)展，新建的電力設(shè)施一般被迫建在山區(qū)、偏僻郊區(qū)等地質(zhì)狀況復(fù)雜、高土壤電阻率的地區(qū)，而且地網(wǎng)面積也受到很大的限制。（4）隨著電力系統(tǒng)的自動化水平和管理水平的不斷提高，越來越多的計算機(jī)等電子設(shè)備進(jìn)入了電力系統(tǒng)，但是，這些弱電設(shè)備的引入，也給系統(tǒng)帶來了許多前所未有的問題。例如，強電設(shè)備對弱電設(shè)備的干擾，侵入波對電子設(shè)備的損壞和射頻干擾等。要解決這些問題，對接地系統(tǒng)提出了更高的要求。為確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提高供電可靠性，可靠安全的接地系統(tǒng)設(shè)計顯得日益突出。 變電站接地技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢電力系統(tǒng)接地技術(shù)對電力系統(tǒng)的安全運行有著重要影響，因此一直得到人們的重視。在變電站建設(shè)中接地網(wǎng)的設(shè)計與施工是非常重要的一個環(huán)節(jié)，而接地電阻的計算又是接地網(wǎng)設(shè)計中的關(guān)鍵，誤差小、簡單實用的接地電阻計算方法是建設(shè)安全并造價合理的接地網(wǎng)的前提條件。變電站的接地技術(shù)是隨電力輸配系統(tǒng)的發(fā)展而出現(xiàn)的。由于變電站內(nèi)電氣設(shè)備聚集，電磁環(huán)境復(fù)雜，接地系統(tǒng)需要單獨設(shè)計。最初的發(fā)、變電站接地系統(tǒng)采用的是埋設(shè)接地網(wǎng)的技術(shù)，地網(wǎng)接地體一般采用廢銅，但發(fā)現(xiàn)廢銅腐蝕過快，接地網(wǎng)一般幾年后就失去作用。后來歐美國家采用金屬銅作為埋設(shè)的接地體，但是接地引線與地網(wǎng)接地體的連接處腐蝕較快，與采用鋼鐵作為接地體的使用壽命等同，現(xiàn)在世界上統(tǒng)一采用鍍鋅鋼材作為接地體，在鋼材的選用上都留有腐蝕余量。接地體的設(shè)計也經(jīng)歷了從等間距布置到不等間距，從水平地網(wǎng)到加入垂直極的復(fù)合三維地網(wǎng)的過程。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，輸電線路的電壓等級越來越高，入地短路電流越來越大，采用自然水平復(fù)合接地網(wǎng)設(shè)計，接地電阻、跨步電勢、接觸電勢往往達(dá)不到要求，危及操作人員和電氣設(shè)備的安全。為了降低接地電阻，現(xiàn)在在工程設(shè)計中采取了增大地網(wǎng)面積、增設(shè)接地體、采用降阻劑或局部換土、深孔爆破制裂壓灌、電解離子接地系統(tǒng)、并聯(lián)集中式接地體等許多方法。 本設(shè)計所做的主要工作及各章節(jié)內(nèi)容概要 根據(jù)變電站接地技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，主要展開如下工作： （1）根據(jù)系統(tǒng)容量和參數(shù)、主變參數(shù)計算流經(jīng)接地裝置的最大入地短路電流；（2）計算該變電站接地裝置的接地電阻；（3）計算故障時可能產(chǎn)生的最大接觸電壓、最大跨步電壓；（4）天然土壤條件下安全最大接觸電壓、最大跨步電壓；（5）確定變電站的接地裝置的布置方式。 本設(shè)計各章節(jié)的主要內(nèi)容本文圍繞降低接地電阻、接觸電勢和跨步電勢以及入地故障短路電流展開工作。各章節(jié)的主要內(nèi)容：（1）第一章 緒論：概述了接地網(wǎng)的重要性，指出應(yīng)準(zhǔn)確計算接地網(wǎng)的接地電阻，同時地電位也是衡量接地網(wǎng)的一個重要指標(biāo)。要進(jìn)行地網(wǎng)參數(shù)的準(zhǔn)確計算，對地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)有個正確的概念，接地網(wǎng)不僅要滿足接地電阻的要求，還應(yīng)盡可能降低接觸電壓和跨步電壓。 （2）第二章 那橋變電站的基本情況介紹。（3）第三章 變電站接地網(wǎng)的設(shè)計方法：對變電站接地網(wǎng)設(shè)計的總原則以及接地網(wǎng)設(shè)計的步驟和方法進(jìn)行了闡述，介紹了接地電阻、接觸電勢和跨步電勢、土壤電阻率、入地故障短路電流等參數(shù)的一些基本情況。（4）第四章 降阻措施研究：闡述了外延接地及其應(yīng)用、深井式接地極及其應(yīng)用、降阻劑降阻、鋪設(shè)水下地網(wǎng)和利用自然接地體等降阻措施以及降阻劑的一些相關(guān)信息。（5）第五章 那橋變電站接地網(wǎng)設(shè)計。（6）第六章 降阻方案。（7）第七章 結(jié)論和展望：對論文簡要總結(jié)，并對地網(wǎng)設(shè)計中所遇到的技術(shù)問題進(jìn)行了簡明扼要的歸納和展望。2那橋變電站概況 那橋變電站的基本情況變電站接地網(wǎng)對于電力系統(tǒng)的可靠運行和變電站工作人員的人身安全起著重要作用，其接地電阻、跨步電壓與接觸電壓是變電站接地系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)，是衡量接地系統(tǒng)的有效性、安全性以及鑒定接地系統(tǒng)是否符合要求的重要參數(shù)。然而，有些變電站由于受地理條件的限制，不得不建在高土壤電阻率地區(qū)，導(dǎo)致這些變電站的接地電阻、跨步電壓與接觸電壓的設(shè)計計算值偏高，無法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。近年來，隨著電力系統(tǒng)短路容量的增加，由于接地不良引起的事故擴(kuò)大問題屢有發(fā)生，因此接地問題越來越受到重視。在設(shè)計施工過程中如何合理確定接地裝置的設(shè)計方案，降低接地電阻，這是變電站電氣設(shè)計施工的重點之一。 站地址概況全站占地149*150m，擬建站址場區(qū)屬丘陵地貌，位于較平緩的丘崗上，場區(qū)內(nèi)地面高程38m～57m，相對高差約19m。東、西兩側(cè)為丘谷，南面坡腳下有一條小溪從東向西流；周圍山丘頂高程52m～87m，山丘坡度15186。～25186。場其附近為果園，種植有龍眼、荔枝、柑子等。站址場地上覆第四系土層主要為坡殘積層(Qsl+el)粘土，黃褐色，混少量泥質(zhì)粉砂巖塊石，稍濕，硬塑為主，～。基巖為侏羅系（J）泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖，進(jìn)站公路開挖邊坡地段有出露，中厚層夾薄層狀。 站區(qū)土壤電阻率分布特征測區(qū)內(nèi)土壤電阻率分布特點如下：(a) AB/2=5m深度時，土壤電阻率為1149πm。(b) AB/2=10m深度時，m。(c) AB/2=20m深度時，m。(d) AB/2=30m深度時，m。 設(shè)計研究基本內(nèi)容(1)最大入地短路電流的計算。(2)完成水平復(fù)合地網(wǎng)設(shè)計，接地電阻、最大接觸電壓、最大跨步電壓的計算。(3)如果水平復(fù)合地網(wǎng)接地電阻、最大接觸電壓、最大跨步電壓不滿足規(guī)程要求，必須采取合理措施降阻，直到滿足要求。3 變電站接地網(wǎng)的設(shè)計方法 變電站接地網(wǎng)設(shè)計總原則近些年來，國內(nèi)多處變電站因雷擊形成擴(kuò)大事故，多數(shù)與地網(wǎng)接地電阻不合格有關(guān)，接地網(wǎng)起著工作接地和保護(hù)接地的作用,當(dāng)接地電阻過大則: 發(fā)生接地故障時,使中性點電壓偏移增大,可能使健全相和中性點電壓過高,超過絕緣要求的水平而造成設(shè)備損壞。 在雷擊或雷電波襲擊時,由于電流很大,會產(chǎn)生很高的殘壓,使附近的設(shè)備遭受到反擊的威脅,并降低接地網(wǎng)本身保護(hù)設(shè)備(架空輸電線路及變電站電氣設(shè)備）帶電導(dǎo)體的耐雷水平,達(dá)不到設(shè)計的要求而損壞設(shè)備。同時接地系統(tǒng)的接地電阻是否合格直接關(guān)系到變電站運行人員、變電檢修人員人身安全；但由于土壤對接地裝置具有腐蝕作用，隨著運行時間的加長，接地裝置已有腐蝕，影響變電站的安全運行；因此，必須嚴(yán)格要求對地網(wǎng)接地電阻的設(shè)計。表征變電站地網(wǎng)的主要電氣參數(shù)有：接地電阻、接觸電勢、跨步電勢、接地電位升和轉(zhuǎn)移電勢。在進(jìn)行變電站接地設(shè)計時，必須認(rèn)真貫徹執(zhí)行國家的有關(guān)方針和法規(guī)，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗，根據(jù)電氣設(shè)備的類型和系統(tǒng)的運行方式、接地的性質(zhì)以及地質(zhì)構(gòu)造等特點，因地制宜，力求做到技術(shù)先進(jìn)合理，經(jīng)濟(jì)節(jié)約，進(jìn)行接地設(shè)計時主要考慮以下問題。 對接地電阻的要求變電站地網(wǎng)的接地電阻主要是根據(jù)工作接地的要求決定，即要保證在接地故障時，流經(jīng)地網(wǎng)的入地故障電流I在地網(wǎng)上產(chǎn)生的接地電位升不會對人身和設(shè)備安全造成威脅。運行經(jīng)驗證明，大接地短路電流系統(tǒng)（包括110kV及以上有效接地系統(tǒng)和6～35kV低電阻接地系統(tǒng)），當(dāng)接地電位升IRV時，人身和設(shè)備是安全的，所以我國現(xiàn)行接地規(guī)程規(guī)定，對于有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中地網(wǎng)的接地電阻R由下式確定，即[1] （）式中I為經(jīng)地網(wǎng)向地中流散的入地故障電流，該值應(yīng)采用考慮系統(tǒng)5～10年發(fā)展規(guī)劃的最大運行方式下，短路發(fā)生在站內(nèi)或站外時的最大單項短路周期分量，并根據(jù)實際接線中的分流系數(shù)來確定，取最大值。當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)的接地電阻不滿足（）式的要求時，對于110kV以上的變電站，可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較增大接地電阻，但接地電阻及接觸電勢和跨步電勢等數(shù)值一定要符合規(guī)程要求，且應(yīng)當(dāng)采取措施防止轉(zhuǎn)移電位；考慮短路電流非周期分量的影響，接地電位升不應(yīng)引起所內(nèi)3～10kV閥式避雷器動作；驗算接觸和跨步電位差。 接觸電勢和跨步電勢的允許值人體能承受的接觸電壓和跨步電壓與人體電阻、通過人體的電流值及持續(xù)時間、電流流經(jīng)人體的途徑、地表電阻率等因素有關(guān)。在大接地短路電流系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時，變電站及電力設(shè)備接地裝置的接觸電位差和跨步電位差允許值為[1] （V） （）式中，—人腳站立處地表的土壤電阻率（Ωm）； t—接地短路電流持續(xù)時間（s）。在電力系統(tǒng)中為了工作和安全的需要，必須將電力系統(tǒng)中一些電氣設(shè)備的某些部分與大地相連接，這就是接地。比如為了降低電力設(shè)備的絕緣水平，在110kV及以上的電力系統(tǒng)中多采用中性點接地(工作接地)。直流系統(tǒng)在單極運行時，會有數(shù)以千安計的工作電流長期流過接地極。為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和避雷器等防雷設(shè)備都必須配以相應(yīng)的接地裝置以便把雷電流導(dǎo)入大地(防雷接地)。為了保證人身的安全電氣設(shè)備的外殼必須接地(保護(hù)接地)，以保證當(dāng)電氣設(shè)備絕緣損壞而使外殼帶電時，流過保護(hù)接地體的故障電流應(yīng)使相應(yīng)的保護(hù)裝置動作，切除己損壞的設(shè)備，或使外殼的電位在安全值以下，從而避免因設(shè)備外殼帶電而造成的觸電事故。任何接地電極都存在有接地電阻。接地電阻是電流經(jīng)接地電極流入大地時的電位對該電流的比值。接地電阻的大小除和大地的結(jié)構(gòu)、土壤的電阻率有關(guān)外，還與接地體的材料、幾何尺寸和形狀有關(guān)。對于土壤均勻、接地極形狀簡單的情況，可以根據(jù)解析公式計算接地電阻。對于電力系統(tǒng)110kV及以下電壓等級的變電站或面積不大的小型發(fā)電廠的接地網(wǎng)，可以依據(jù)經(jīng)驗公式計算其接地電阻。而對于220kV及以上電壓等級變電站或大中型發(fā)電廠的大面積接地網(wǎng)一般應(yīng)利用電磁場數(shù)值計算方法計算接地電阻。然而，接地體或接地網(wǎng)的接地電阻的實際值需要在地網(wǎng)敷設(shè)完畢后通過實測得出。在進(jìn)行接地電阻測量時，測量用電流極和電壓極的位置及其引線的布置方式將直接影響到測量的準(zhǔn)確性。在測量時如何消除或補償各種干擾帶來的誤差是一個需要研究的問題。 ①電氣裝置保護(hù)接地的范圍電氣裝置和設(shè)施的下列金屬部分，均應(yīng)接地：a)電機(jī)、變壓器和高壓電器等的底座和外殼；b)電氣設(shè)備傳動裝置；c)互感器的二次繞組；d)發(fā)電機(jī)中性點柜外殼、發(fā)電機(jī)出線柜和封閉母線的外殼等；e)氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)的接地端子；f)配電、控制、保護(hù)用的屏(柜、箱)及操作臺等的金屬框架；g)愷裝控制電纜的外皮；h)屋內(nèi)外配電裝置的金屬架構(gòu)和鋼筋混凝土架構(gòu)、以及靠近帶電部分的金屬圍