鍍銅鋼系列
合金接地極
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石墨烯系列
接地五金件高土壤電阻率地區(qū)變電站接地網(wǎng)長(zhǎng)效降阻的實(shí)現(xiàn)
摘要：廣州番禺110kV祈福變電站所處地域的土壤電阻率較高，地網(wǎng)電阻值高達(dá)1.3Ω。為使地網(wǎng)電阻達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，首次在國(guó)內(nèi)采用了世界先進(jìn)的接地系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)工具——CDEGS軟件包對(duì)祈福變電站接地系統(tǒng)進(jìn)行了可行性設(shè)計(jì)論證，并予以實(shí)施。最終使地網(wǎng)電阻降到了0.2Ω以下，確保了設(shè)備的安全運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，更縱深考慮了如何使在高土壤電阻率地區(qū)的變電站設(shè)計(jì)和改造工作更加科學(xué)合理，為今后在探討相關(guān)工作時(shí)提供一套較完整的可行性系統(tǒng)解決方案。廣州番禺110kV祈福變電站于2000年建成運(yùn)行，位于高土壤電阻率的丘陵地區(qū)，是典型的郊區(qū)戶外敞開(kāi)式變電站，地網(wǎng)電阻值高達(dá)1.3Ω，嚴(yán)重威脅著設(shè)備安全運(yùn)行。因此，必須進(jìn)行工程改造。如何采取有效措施，使高土壤電阻率地區(qū)地網(wǎng)的接地電阻符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，是擺在我們面前的重要課題。我們?cè)趨⒄找酝こ淘O(shè)計(jì)、研究成果和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，深入了解了當(dāng)今世界接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最新進(jìn)展，綜合考慮了現(xiàn)場(chǎng)的地理環(huán)境特點(diǎn)，采用當(dāng)今世界上最先進(jìn)的輔助設(shè)計(jì)工具進(jìn)行了工程分析設(shè)計(jì)及對(duì)方案的充分論證，提供一套較完整的系統(tǒng)解決方案，付諸工程實(shí)踐，達(dá)到了降低地網(wǎng)接地電阻的目的。
1接地系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)軟件包的簡(jiǎn)介我們與國(guó)內(nèi)某著名大學(xué)電機(jī)系合作，首次在國(guó)內(nèi)采用了世界先進(jìn)的接地系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)工具——CDEGS，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)各種方案進(jìn)行校核。CDEGS是加拿大SES公司（SafeEngineeringServices&TechnologiesLtd）推出的集成工程軟件包。CDEGS（currentdistribution，electromagneticinterference，groundingandsoilstructureanalysis）是精確接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析、電磁干擾分析、交流信號(hào)干擾抑制研究等一系列功能模塊的集合。CDEGS的核心主要是計(jì)算在穩(wěn)態(tài)、故障、雷擊和暫態(tài)條件下，由地上或地下導(dǎo)體所構(gòu)成的任意形狀網(wǎng)絡(luò)周?chē)碾姶艌?chǎng)分布與導(dǎo)體及地表電位分布。該軟件包的總體設(shè)計(jì)師（亦是SES公司的創(chuàng)始人）FDawalibi是目前國(guó)際上知名的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析、電磁干擾研究領(lǐng)域的權(quán)威。
2土壤真實(shí)電參數(shù)的獲取高土壤電阻率地區(qū)變電站接地網(wǎng)長(zhǎng)效降阻的實(shí)現(xiàn)
2.1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不同測(cè)量間距下的土壤視在電阻率為了得到該地區(qū)的土壤分層情況，我們分別于2002年7月、10月到該變電站站址進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。我們所采用的是大家所熟知的Wenner方法。測(cè)量接線圖如圖1所示。由于土壤分層的存在，導(dǎo)致以上測(cè)量得到的土壤電阻率并非某一層的真實(shí)電阻率，而是綜合各種情況時(shí)的視在電阻率。測(cè)量時(shí)，通過(guò)改變極間距a，可以得到相應(yīng)電流電壓法的電壓Ua與電流Ia數(shù)值，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果，利用以下公式計(jì)算得到相應(yīng)的視在電阻率：式中：ρa(bǔ)——視在電阻率；a——測(cè)量間距；Ua——電壓數(shù)值；Ia——電流數(shù)值。計(jì)算可得視在電阻率ρa(bǔ)（電流電壓法）。兩次測(cè)量的方向不同，季節(jié)也不同。結(jié)果分別見(jiàn)表1，表2所示。高土壤電阻率地區(qū)變電站接地網(wǎng)長(zhǎng)效降阻的實(shí)現(xiàn)來(lái)自由表1和表2我們可以看出，兩次測(cè)量的結(jié)果有比較大的差異。一是由于測(cè)量方向不同，第一次引線布置在水塘邊，第二次在山上，這樣底層電阻率差異比較大；二是由于第一次在夏季測(cè)量，第二次在冬季測(cè)量。因此兩次表層電阻率也有比較大差異。
2.2土壤地質(zhì)分層結(jié)構(gòu)的分析根據(jù)以上視在電阻率隨測(cè)量極間距變化的關(guān)系，我們利用建立在電磁場(chǎng)散流理論基礎(chǔ)〔1〕上的土壤參數(shù)計(jì)算程序RESAP〔2〕對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析、計(jì)算。當(dāng)用戶輸入由Wenner,Schumberger或任意電極布置方法測(cè)得的土壤視在電阻或電阻率后，RESAP程序就可給出與測(cè)量結(jié)果非常接近的土壤分層結(jié)構(gòu)。但是這種計(jì)算需要比較深的理論基礎(chǔ)以及較多的實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)檫@一程序需要人工干預(yù)才能夠得到滿意的結(jié)果。
表3是由RESAP程序得到的土壤真實(shí)電阻率分層情況。表
3計(jì)算結(jié)果可以看出：表層土壤電阻率比較大，中間層土壤電阻率相對(duì)較?。ㄟ@是由于地下水所致），而深層土壤電阻率相對(duì)較大（地下巖層起作用）。因此，我們不難發(fā)現(xiàn)，如果只是采用水平地網(wǎng)，短路電流的流散存在較大的電阻率層阻擋，適當(dāng)深度的垂直極會(huì)對(duì)于降低接地電阻有較好效果。3接地系統(tǒng)降阻的可行性論證針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)具體的地形、地質(zhì)條件，我們選擇了幾種基本可行的設(shè)計(jì)方案，分別進(jìn)行分析計(jì)算。分析計(jì)算的主要輔助工具是CDEGS軟件包中的MALT模塊，它被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)接地網(wǎng)絡(luò)分析和非屏蔽金屬導(dǎo)體與管道的散流特性的研究。MALT可以根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)、變電站，輸電線路桿塔附近的土壤特性，建立起均勻的或水平、垂直、半球形的多層土壤結(jié)構(gòu)模型。并以此模型為依據(jù)，分析計(jì)算出接地電阻、地電位升、接地系統(tǒng)土壤中任意點(diǎn)的電位和接觸及跨步電壓，以及鄰近與主網(wǎng)不連接導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)分布。MALT的計(jì)算是建立在以下假設(shè)基礎(chǔ)上的，即：所有的導(dǎo)體是非屏蔽的，相互連接的導(dǎo)體在工頻范圍內(nèi)是等電位的。顯然，這一假設(shè)在我們這里是滿足的，由計(jì)算結(jié)果也可以看出這一點(diǎn)。根據(jù)湖南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院提供的入地短路電流值約為16000A。
3.1原有地網(wǎng)方案論證原地網(wǎng)水平占地面積約為90m×130m，按水平地網(wǎng)常規(guī)設(shè)計(jì)對(duì)接地電阻進(jìn)行計(jì)算，有關(guān)參數(shù)為：水平接地體間距約為6m；水平接地體采用50mm×5mm鍍鋅扁鋼；水平接地體埋設(shè)深度為0.8m；地網(wǎng)布置為常規(guī)水平網(wǎng)格布置。經(jīng)計(jì)算（由CDEGS軟件包計(jì)算論證），接地電阻為1.49Ω。由軟件模擬計(jì)算的結(jié)果比實(shí)際測(cè)量的結(jié)果1.25Ω要大，主要是因?yàn)槲覀冊(cè)谟?jì)算土壤電阻率時(shí)的取值是由測(cè)量點(diǎn)處電阻率均勻計(jì)算所致。這一電阻率值遠(yuǎn)不能達(dá)到規(guī)程中0.5Ω的要求。因此，必須考慮其它設(shè)計(jì)方案進(jìn)行降阻。如果僅僅采用增大接地網(wǎng)面積的設(shè)計(jì)方案，要想降低到規(guī)程要求的范圍，幾乎是不可能的。因此我們考慮向縱深發(fā)展的策略。
3.2在站址西側(cè)加垂直極方案論證（無(wú)爆破）高土壤電阻率地區(qū)變電站接地網(wǎng)長(zhǎng)效降阻的實(shí)現(xiàn)在不改變現(xiàn)有變電站設(shè)計(jì)面積的情況下，考慮用加設(shè)垂直接地極的措施來(lái)降低接地電阻，方案如下：水平接地體間距約為8m；水平接地體采用50mm×5mm鍍鋅扁鋼；水平接地體埋設(shè)深度為0.8m；垂直接地極采用的鍍鋅鋼管外徑為110mm，深60m，共8根。計(jì)算結(jié)果為0.92Ω（由CDEGS軟件包計(jì)算論證）。
3.3垂直接地極爆破、壓灌低電阻率材料相結(jié)合的方案論證根據(jù)以上計(jì)算的結(jié)果，我們還得考慮用其它方法來(lái)降低接地電阻。我們采用目前比較成熟、有效的方法：鉆探深井爆破，加壓灌注低電阻率材料〔3〕。這樣做可以使低電阻率材料緊密包覆接地體并向四周擴(kuò)散，從而將電流引入較深的地層散流，同時(shí)降低接地體與土壤的接觸電阻。反映在理論分析上，則可以用其對(duì)于垂直接地極的等效直徑〔3〕的影響來(lái)等效，從而起到較好的降阻效果〔4〕。方案如下：水平接地體間距約為8m；水平接地體采用50mm×5mm鍍鋅扁鋼；水平接地體埋設(shè)深度為0.8m；垂直接地極采用鍍鋅等邊角鋼50mm×50mm，深50m，共13根（具體垂直極的位置在地網(wǎng)邊沿，基本等間隔布置，并在其中某一側(cè)外延增加4根，以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況作調(diào)整）。計(jì)算結(jié)果為0.48Ω（由CDEGS軟件包計(jì)算論證）。
3.4設(shè)計(jì)論證及風(fēng)險(xiǎn)控制我們?cè)?000年8月22日邀請(qǐng)廣東某工程勘察設(shè)計(jì)院對(duì)祈福110kV變電站地網(wǎng)進(jìn)行過(guò)常規(guī)深井接地改造處理，在變電站四周布設(shè)8個(gè)導(dǎo)電孔，鉆孔直徑為110mm，深度60m，但并沒(méi)有把電阻降下來(lái)。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)與本站址的具體地質(zhì)、地形條件，對(duì)以上幾種方案作技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，我們認(rèn)為對(duì)于解決此地高電阻率情況下的接地問(wèn)題，可采用結(jié)合深井爆破、壓灌低電阻率材料綜合解決方案。但因其理論計(jì)算結(jié)果接近0.5Ω的臨界值，為了降低工程建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)，我們保留了在站外采用深井接地和新建小水平接地網(wǎng)與原站內(nèi)接地網(wǎng)聯(lián)接置換雙保險(xiǎn)的做法。本工程我們還得到了施工單位20年的保質(zhì)承諾，從經(jīng)濟(jì)與技術(shù)兩方面綜合考慮，本方案是可行的。
4接地系統(tǒng)降阻工程的實(shí)施
4.1工程概況及施工要點(diǎn)在站內(nèi)選取13個(gè)鉆孔點(diǎn)，鉆孔直徑為110mm，深度大于50m，采用2臺(tái)XY-1型工程鉆機(jī)施工導(dǎo)孔，用泥漿泵灌注降阻混凝土，并設(shè)地溝將變電站與導(dǎo)電孔相連，以達(dá)到提高地網(wǎng)導(dǎo)電性能的目的。降阻原材料選用了國(guó)內(nèi)成熟的某品牌降阻劑。高土壤電阻率接地技術(shù)為國(guó)家專(zhuān)利技術(shù)（專(zhuān)利號(hào)00253193.3），深井施工全過(guò)程由施工單位自檢，我方參與了施工的中間驗(yàn)收。
4.2施工工藝流程測(cè)放孔位—鉆機(jī)就位—鉆至設(shè)計(jì)深度、洗孔—放置鍍鋅角鋼—深層爆破—拌制降阻混凝土孔底注漿—開(kāi)挖地溝整平—鋪設(shè)鍍鋅扁鋼、澆注低電阻率材料—混凝土養(yǎng)護(hù)、回填土—移機(jī)至下孔位。
4.3施工情況工程組織了兩臺(tái)XY-1型工程鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)施工（見(jiàn)圖2）。由于施工過(guò)程中鉆進(jìn)至基巖時(shí)，遇到堅(jiān)硬的微風(fēng)化石英巖，鉆進(jìn)有一定困難。深層爆破在地表50m以下，不影響設(shè)備安全運(yùn)行。
4.4質(zhì)量檢驗(yàn)全部施工任務(wù)于2002年5月26日組織竣工驗(yàn)收。工程質(zhì)量驗(yàn)收按接地測(cè)量導(dǎo)則國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，即電流極1000m，電壓極618m，電流極與電壓極夾角為180°或90°。經(jīng)雙方技術(shù)人員最終測(cè)試地網(wǎng)接地電阻為0.2Ω以下，實(shí)現(xiàn)了降阻目的。
5結(jié)束語(yǔ)a)110kV祈福變電站地網(wǎng)降阻達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足了運(yùn)行單位要求，在雷雨季節(jié)前消除了安全隱患。110kV祈福變電站地網(wǎng)降阻工作自投運(yùn)2年多來(lái)一直在不停的探索中，其中也走了不少的彎路，所幸的是我們的努力終于得到了回報(bào)，為今后地網(wǎng)隱蔽工程的處理積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。b)吸取了110kV祈福變電站地網(wǎng)初期建設(shè)的教訓(xùn)，凡今后在新建電力工程的地網(wǎng)施工中要做好地質(zhì)原始土壤電阻率的數(shù)據(jù)采集工作。對(duì)高土壤電阻率地區(qū)的電力建設(shè)地網(wǎng)類(lèi)隱蔽工程建設(shè)可考慮引入公開(kāi)招投標(biāo)的方法以引進(jìn)高技術(shù)隊(duì)伍來(lái)保證接地工程的可靠質(zhì)量。c)110kV祈福變電站地網(wǎng)降阻的解決辦法可適用于電力工程以外的建設(shè)需要，在達(dá)到降阻效果以后的1～2年內(nèi)要繼續(xù)加強(qiáng)地網(wǎng)監(jiān)測(cè)的跟蹤工作，以防阻值出現(xiàn)反彈現(xiàn)象。
