接地工程斜井降阻的實際應用施工期刊論文發表

　　摘要: 本文對目前在接地工程設計中關于斜井的應用、斜井在主地網中的降阻功效、斜井與主網并聯后的屏蔽系數等相關參數取值進行了系統的討論，分析了目前在接地設計和地網改造中在這些方面存在的誤區和難題，結合某220kV 戶外常規變電站地網工程應用斜井降阻的實例，從而探討出具有實際應用價值的接地工程設計方法。

　　關鍵詞: 斜井降阻,并聯屏蔽,接地工程設計

　　0 引言

　　關于降低變電站接地電阻，通用方法是一般根椐 (為土壤電阻率，S為接地網總面積)來近似計算，傳統方法是擴大變電站面積來降低接地電阻 。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，而且接地網敷設范圍受到很多方面限制，導致這些變電站的接地電阻值偏高，無法滿足現行標準的要求。常見的接地電阻的方法有增大地網面積、深井接地極、增設接地體、引外接地、局部改善接地網周圍的土壤電阻率等。增大地網面積是降低地網接地電阻最為有效的措施。

　　增設接地體是通過增設水平接地體、加裝并深埋垂直接地體而達到降阻的目的，水平接地體能在一定程度上減小接地極附近的電流密度，但由于相互之間的屏蔽作用而使效果受到影響。加裝并深埋垂直接地體，從減小沖擊接地電阻來看，通常有一定的效果，但從降低地網工頻電阻來看，效果甚微。而深井接地是目前能有效降低接地電阻的常用方法，但在實際工程施工中也存在了極大的與主網并聯后的屏蔽問題，導致深井降阻出現了接地電阻降至某一固定值后，再也無法降下去的現象頻頻發生。

　　目前接地施工工程中，在原有打深井的基礎上，進行斜井補充方法，不僅可以克服場地窄小的缺點，不占用土地面積，而且極大的擴充了水平地網的面積，也不受氣候、季節等條件的影響，來降低接地電阻。但斜井接地要注意與打深井相同的以下幾個方面：

　　(1)深井接地的深度，要大于接地面積的等效半徑。

　　(2)深井接地的布置要合理。為避免垂直接地極的屏蔽作用，根據規程要求，垂直接地極的間距應小于其長度的兩倍。

　　(3)計算用的土壤電阻率取值要正確。土壤電阻率的測量如果只有十幾米的極間距離，則只能反映表層的土壤電阻率，如果計算用值 和實際土壤電阻率 存在較大偏差，將直接影響整個接地網的設計。

　　1　深、斜井降阻方法論述

　　1. 1 　深井式接地極及其應用

　　當地下深層有較低土壤電阻率的地質結構時可采用深井式接地極進行降阻,或構成立體地網。采用深井式接地極時要求對接地裝置及其四周測出垂直方向上的土壤電阻率分布。現場可采周等距四極法測量土壤電阻率,用等距四極法測量土壤電阻率時,改變間距離a時,可測出不同深度的土壤電阻率。因為等距四極法測土壤電阻率的極間距離與反應的土壤電阻率有0.75a的關系[2],所以改變不同的極間距離可測出不同深度的土壤電阻率。單個深井式接地極接地電阻可按下式計算：

　　式中 ρ—平均視在土壤電阻率,Ω.m; l—垂直接地極的長度,m; a—垂直接地極的半徑,m; R—接地電阻, Ω。

　　現場適合于采用深井式接地極的場所較少,只有在地下有金屬礦,或北方地表土壤干燥,而地下水豐富的場所才適用;而一般的地區往往都是深層土壤的土壤電阻率高于表層的土壤電阻率,特別是深層為巖石的山區和坵坽地區,深層土壤電阻率往往運高于上層土壤的電阻率，這時是不適合于采用深井式接地極的。

　　1. 2　斜井接地及其應用

　　通過非開挖技術(類似敷設電纜的外頂管技術)，將接地極從站內的主接地網邊緣，沿著變電站的進站道路和線路的終端塔(建筑的保護距離區間內)外引至站外電阻率較低的地區，達到理想的擴網效果。由于斜井里的接地極是埋設在道路或架空線行(屬于永久性設施)地下幾米深的土壤中，不會遭遇外部破壞和產生危險的跨步電壓。斜井的具體實施過程中，要根據周圍的地質情況，確定斜井的數目及延伸的方向、敷設的長度。鉆頭入土的角度、埋設深度，使其可以避開地下管網到達預定地點。斜井降阻方案接地電阻可用垂直接地極接地電阻計算方法進行計算處理。

　　在外引地網難以落實、寸土寸金的情況下，斜井能有效的擴大變電站的地下水平網面積，根據接地電阻原理：

　　當電流I經由接地半球流入土壤時，在距接地半球中心距離為r的半球面上任一點的電流密度δr為：

　　該點電位梯度為：

　　即設dRr，是一以r為半徑，dr為厚度的半球面形薄層的微分電阻，由于半徑為r處電流I的微分壓降為dvr，因此：

　　圖中虛線所示是一個以接地半徑為中心，并以rx為半徑的半園球體，自接地半球表面至半徑為rx半球體的擴散電阻：

　　當 rx ∞時，接地半球擴散電阻為：

　　以上可得：當接地體的半徑如果能有效擴大時，只要將接地體周圍盡可能大的范圍內土壤電阻率ρ降低，就能將接地電阻降下來。適當的加入電解離子極，進行綜合降阻，使原來整個地下擴大的水平地網土壤形成了一個良好的電解質導電通道，大范圍地降低了土壤電阻率。

　　2 深、斜井與主地網并聯后的屏蔽系數取值分析

　　大中型接地裝置，大、中型接地裝置由于其相互屏蔽作用，在接地網內部并聯后降阻效果并不明顯，這時要結合合理的設計和施工來盡可能的減少存在的屏蔽效果。

　　采用深井和斜井式接地極同樣要考慮屏蔽問題,深井式接地極一般應設在水平地網的邊緣,深井式接地極之間的間距應達到接地極長度的2—3倍,才能相對的降低屏蔽，取得較好的降阻效果。中型地網屏蔽系數η取0.75(深井間距接近電極長度)

　　而斜井接地在理論上未能有文獻可查，單個外引斜井測量沒有實際降阻效果，一般經與主網并聯后，測得接地電阻值得到有效降低，按1.0～1.2Ω/口考慮(經大量實際工程驗證，由廠家提供基本有效數值)。與主接地網并并聯后的屏蔽系數kp取值范圍：

　　在能很好的確定屏蔽系數的前提下，即可計算得出，一個變電站降到0.5 以下，結合適量的電解離子極和降阻劑后，斜井的數量。經計算得，110kV等級的變電站打4-6口降阻斜井，220kV等級的變電站打6-8口，500kV等級的變電站打8-10口。

　　3 實例分析與應用

　　1) 220kV旗樂站位于中山市南區某半山腰上，新建變電站內水平接地網及接地模塊施工完畢后，測量接地電阻值約為1.5Ω。根據某供電分公司、設計院提供的資料和要求，結合現場勘察實際情況，進行技術分析，根據220kV旗樂站的地理特殊性以及測量數據及測量分析：

　　場地綜合等值土壤電阻率：

　　ρ=ψρ0=1.5×480=720Ω.m

　　式中ρ—為實測土壤電阻率

　　ψ—為季節系數取1.5

　　本站地處高勢，且為上半層為回填土，土壤電阻率不均，在結合部往往很長時間難以親和，長時間形成兩張皮,影響接地電流向大地散流，造成接地電阻偏高。但變電站三周環繞魚塘，可視土壤電阻率較低，有著良好的天然外引源，根據DL/T621—1997《交流電氣裝置的接地》之6.1.3條的規定:“在高土壤電阻率地區,可采取下列降低接地電阻的措施:(1)當在發電廠、變電所2000m以內有較低電阻率的土壤時,可敷設引外接地極;(2)當地下較深處的土壤電阻率較低時,可以采用井式或深鉆式接地極;(3)填充電阻率較低的物質或降阻劑。”

　　綜上所述，我們對本站址場地及地網設計特點作了進一步的分析，現總結如下：

　　①水平地網及接地模塊均已施工完畢，水平接地網接地電阻測量值為1.5Ω。

　　②在靠近主干道的兩側地網外緣布置6口斜井，并沿兩條主干道兩側先呈45度角打斜井至低土壤電阻率層后，穿過防阻墻再沿可利用的公路近似水平掘進，每口斜井深度為10米，總長約200m，每個斜井各安裝3套，共裝18套DK—AG型電解離子接地極。外引斜井電阻值按1.0～1.2Ω/口考慮。

　　③考慮斜井間屏蔽影響，根據主地網的大小，確定之間的屏蔽系數kp，(kp:接地網的屏弊系數,對中大型地網，kp一般為1.2—1.4).此地網面積為7040m2 ，屬于中大型地網，屏蔽系數kp取1.3，6口斜井并聯后的接地電阻：

　　Rx=1.0～1.2/6*1.3=0.22～0.26Ω

　　④并入主網后，本站復合地網的接地電阻：

　　R=0.25～0.32Ω

　　理論滿足要求，屏蔽系數kp取1.3。2009年11月，本站地網施工結束，經建設單位驗收，接地電阻值為0.38，在理論計算值范圍，滿足小于0.5Ω的要求。

　　2) 110kV五桂山變電站，位于中山市五桂山鎮，地處丘陵山地, 站內地網面積8784平方米。外擴地網約2900平方米,在站基礎南面、西面沿公路低洼地帶分別打了3口24米深井和7口42米深井,在井中灌滿降阻劑約兩噸，施工完工后，測得接地電阻為1.7Ω左右。站基地質情況，地下黃土層平均厚度約為0.3-7米，強風化層2.5-23米，23米以下為巖層，經現場實測土壤電阻率為600Ω.M,土壤電阻率較高，降低地網接地電阻R≤0.5Ω存在一定難度。

　　根據本站實際情況，結合深斜井后，通過放置電解離子極，再與主網并聯，達到最后的預期接地電阻值效果。具體方法如下：

　　①在原地網格四周打四口斜井，每口斜井深度為10米，井長度約400米左右，沿地網四周地下2-10米深，水平等距安裝19套專用電解地極，配相應降阻填充料,然后用扁鋼與原地網連接起來。外引斜井經與主網并聯后測得，電阻值為1.2Ω/口。

　　②考慮斜井間屏蔽影響，根據主地網的大小，確定之間的屏蔽系數kp，(kp:接地網的屏弊系數,對中大型地網，kp一般為1.3).此地網面積為8784m2 ，屬于中大型地網，屏蔽系數kp取1.3，4口斜井并聯后的接地電阻：

　　Rx=1.2/4*1.3=0.39Ω

　　理論滿足要求，2008年05月，本站地網施工結束，經建設單位驗收，接地電阻值為0.34，在理論計算值范圍，滿足小于0.5Ω的要求。

　　4 總結

　　本文通過對斜井外引極的相關系數進行正確分析和取值，能計算得出地網降阻時需要的正確斜井數量，且通過對斜井屏蔽系數在于各種等級變電站的準確定位，能快速制定有效的接地網降阻方案，一旦措施確定，即能有效的減少屏蔽，發揮最大的降阻功效，不會浪費降阻所消耗的人力，物力以及費用。當然，在具體工程中必須結合現場的地質、地勢特別是土壤電阻率在垂直和水平兩個個方向上的分布測試情況。

　　參考文獻

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