接地工程斜井降阻的實(shí)際應(yīng)用施工期刊論文發(fā)表

　　摘要: 本文對(duì)目前在接地工程設(shè)計(jì)中關(guān)于斜井的應(yīng)用、斜井在主地網(wǎng)中的降阻功效、斜井與主網(wǎng)并聯(lián)后的屏蔽系數(shù)等相關(guān)參數(shù)取值進(jìn)行了系統(tǒng)的討論，分析了目前在接地設(shè)計(jì)和地網(wǎng)改造中在這些方面存在的誤區(qū)和難題，結(jié)合某220kV 戶外常規(guī)變電站地網(wǎng)工程應(yīng)用斜井降阻的實(shí)例，從而探討出具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的接地工程設(shè)計(jì)方法。

　　關(guān)鍵詞: 斜井降阻,并聯(lián)屏蔽,接地工程設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　關(guān)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(wǎng)總面積)來近似計(jì)算，傳統(tǒng)方法是擴(kuò)大變電站面積來降低接地電阻 。有些變電站由于受地理?xiàng)l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)范圍受到很多方面限制，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。常見的接地電阻的方法有增大地網(wǎng)面積、深井接地極、增設(shè)接地體、引外接地、局部改善接地網(wǎng)周圍的土壤電阻率等。增大地網(wǎng)面積是降低地網(wǎng)接地電阻最為有效的措施。

　　增設(shè)接地體是通過增設(shè)水平接地體、加裝并深埋垂直接地體而達(dá)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(wǎng)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(shí)際工程施工中也存在了極大的與主網(wǎng)并聯(lián)后的屏蔽問題，導(dǎo)致深井降阻出現(xiàn)了接地電阻降至某一固定值后，再也無法降下去的現(xiàn)象頻頻發(fā)生。

　　目前接地施工工程中，在原有打深井的基礎(chǔ)上，進(jìn)行斜井補(bǔ)充方法，不僅可以克服場(chǎng)地窄小的缺點(diǎn)，不占用土地面積，而且極大的擴(kuò)充了水平地網(wǎng)的面積，也不受氣候、季節(jié)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(gè)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(jù)規(guī)程要求，垂直接地極的間距應(yīng)小于其長(zhǎng)度的兩倍。

　　(3)計(jì)算用的土壤電阻率取值要正確。土壤電阻率的測(cè)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(jì)算用值 和實(shí)際土壤電阻率 存在較大偏差，將直接影響整個(gè)接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)。

　　1　深、斜井降阻方法論述

　　1. 1 　深井式接地極及其應(yīng)用

　　當(dāng)?shù)叵律顚佑休^低土壤電阻率的地質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)可采用深井式接地極進(jìn)行降阻,或構(gòu)成立體地網(wǎng)。采用深井式接地極時(shí)要求對(duì)接地裝置及其四周測(cè)出垂直方向上的土壤電阻率分布。現(xiàn)場(chǎng)可采周等距四極法測(cè)量土壤電阻率,用等距四極法測(cè)量土壤電阻率時(shí),改變間距離a時(shí),可測(cè)出不同深度的土壤電阻率。因?yàn)榈染嗨臉O法測(cè)土壤電阻率的極間距離與反應(yīng)的土壤電阻率有0.75a的關(guān)系[2],所以改變不同的極間距離可測(cè)出不同深度的土壤電阻率。單個(gè)深井式接地極接地電阻可按下式計(jì)算：

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

　　現(xiàn)場(chǎng)適合于采用深井式接地極的場(chǎng)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(chǎng)所才適用;而一般的地區(qū)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(qū)和坵坽地區(qū),深層土壤電阻率往往運(yùn)高于上層土壤的電阻率，這時(shí)是不適合于采用深井式接地極的。

　　1. 2　斜井接地及其應(yīng)用

　　通過非開挖技術(shù)(類似敷設(shè)電纜的外頂管技術(shù))，將接地極從站內(nèi)的主接地網(wǎng)邊緣，沿著變電站的進(jìn)站道路和線路的終端塔(建筑的保護(hù)距離區(qū)間內(nèi))外引至站外電阻率較低的地區(qū)，達(dá)到理想的擴(kuò)網(wǎng)效果。由于斜井里的接地極是埋設(shè)在道路或架空線行(屬于永久性設(shè)施)地下幾米深的土壤中，不會(huì)遭遇外部破壞和產(chǎn)生危險(xiǎn)的跨步電壓。斜井的具體實(shí)施過程中，要根據(jù)周圍的地質(zhì)情況，確定斜井的數(shù)目及延伸的方向、敷設(shè)的長(zhǎng)度。鉆頭入土的角度、埋設(shè)深度，使其可以避開地下管網(wǎng)到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)。斜井降阻方案接地電阻可用垂直接地極接地電阻計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算處理。

　　在外引地網(wǎng)難以落實(shí)、寸土寸金的情況下，斜井能有效的擴(kuò)大變電站的地下水平網(wǎng)面積，根據(jù)接地電阻原理：

　　當(dāng)電流I經(jīng)由接地半球流入土壤時(shí)，在距接地半球中心距離為r的半球面上任一點(diǎn)的電流密度δr為：

　　該點(diǎn)電位梯度為：

　　即設(shè)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(gè)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(kuò)散電阻：

　　當(dāng) rx ∞時(shí)，接地半球擴(kuò)散電阻為：

　　以上可得：當(dāng)接地體的半徑如果能有效擴(kuò)大時(shí)，只要將接地體周圍盡可能大的范圍內(nèi)土壤電阻率ρ降低，就能將接地電阻降下來。適當(dāng)?shù)募尤腚娊怆x子極，進(jìn)行綜合降阻，使原來整個(gè)地下擴(kuò)大的水平地網(wǎng)土壤形成了一個(gè)良好的電解質(zhì)導(dǎo)電通道，大范圍地降低了土壤電阻率。

　　2 深、斜井與主地網(wǎng)并聯(lián)后的屏蔽系數(shù)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(wǎng)內(nèi)部并聯(lián)后降阻效果并不明顯，這時(shí)要結(jié)合合理的設(shè)計(jì)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(yīng)設(shè)在水平地網(wǎng)的邊緣,深井式接地極之間的間距應(yīng)達(dá)到接地極長(zhǎng)度的2—3倍,才能相對(duì)的降低屏蔽，取得較好的降阻效果。中型地網(wǎng)屏蔽系數(shù)η取0.75(深井間距接近電極長(zhǎng)度)

　　而斜井接地在理論上未能有文獻(xiàn)可查，單個(gè)外引斜井測(cè)量沒有實(shí)際降阻效果，一般經(jīng)與主網(wǎng)并聯(lián)后，測(cè)得接地電阻值得到有效降低，按1.0～1.2Ω/口考慮(經(jīng)大量實(shí)際工程驗(yàn)證，由廠家提供基本有效數(shù)值)。與主接地網(wǎng)并并聯(lián)后的屏蔽系數(shù)kp取值范圍：

　　在能很好的確定屏蔽系數(shù)的前提下，即可計(jì)算得出，一個(gè)變電站降到0.5 以下，結(jié)合適量的電解離子極和降阻劑后，斜井的數(shù)量。經(jīng)計(jì)算得，110kV等級(jí)的變電站打4-6口降阻斜井，220kV等級(jí)的變電站打6-8口，500kV等級(jí)的變電站打8-10口。

　　3 實(shí)例分析與應(yīng)用

　　1) 220kV旗樂站位于中山市南區(qū)某半山腰上，新建變電站內(nèi)水平接地網(wǎng)及接地模塊施工完畢后，測(cè)量接地電阻值約為1.5Ω。根據(jù)某供電分公司、設(shè)計(jì)院提供的資料和要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察實(shí)際情況，進(jìn)行技術(shù)分析，根據(jù)220kV旗樂站的地理特殊性以及測(cè)量數(shù)據(jù)及測(cè)量分析：

　　場(chǎng)地綜合等值土壤電阻率：

　　ρ=ψρ0=1.5×480=720Ω.m

　　式中ρ—為實(shí)測(cè)土壤電阻率

　　ψ—為季節(jié)系數(shù)取1.5

　　本站地處高勢(shì)，且為上半層為回填土，土壤電阻率不均，在結(jié)合部往往很長(zhǎng)時(shí)間難以親和，長(zhǎng)時(shí)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(huán)繞魚塘，可視土壤電阻率較低，有著良好的天然外引源，根據(jù)DL/T621—1997《交流電氣裝置的接地》之6.1.3條的規(guī)定:“在高土壤電阻率地區(qū),可采取下列降低接地電阻的措施:(1)當(dāng)在發(fā)電廠、變電所2000m以內(nèi)有較低電阻率的土壤時(shí),可敷設(shè)引外接地極;(2)當(dāng)?shù)叵螺^深處的土壤電阻率較低時(shí),可以采用井式或深鉆式接地極;(3)填充電阻率較低的物質(zhì)或降阻劑。”

　　綜上所述，我們對(duì)本站址場(chǎng)地及地網(wǎng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)作了進(jìn)一步的分析，現(xiàn)總結(jié)如下：

　　①水平地網(wǎng)及接地模塊均已施工完畢，水平接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量值為1.5Ω。

　　②在靠近主干道的兩側(cè)地網(wǎng)外緣布置6口斜井，并沿兩條主干道兩側(cè)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(jìn)，每口斜井深度為10米，總長(zhǎng)約200m，每個(gè)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(jù)主地網(wǎng)的大小，確定之間的屏蔽系數(shù)kp，(kp:接地網(wǎng)的屏弊系數(shù),對(duì)中大型地網(wǎng)，kp一般為1.2—1.4).此地網(wǎng)面積為7040m2 ，屬于中大型地網(wǎng)，屏蔽系數(shù)kp取1.3，6口斜井并聯(lián)后的接地電阻：

　　Rx=1.0～1.2/6*1.3=0.22～0.26Ω

　　④并入主網(wǎng)后，本站復(fù)合地網(wǎng)的接地電阻：

　　R=0.25～0.32Ω

　　理論滿足要求，屏蔽系數(shù)kp取1.3。2009年11月，本站地網(wǎng)施工結(jié)束，經(jīng)建設(shè)單位驗(yàn)收，接地電阻值為0.38，在理論計(jì)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(zhèn)，地處丘陵山地, 站內(nèi)地網(wǎng)面積8784平方米。外擴(kuò)地網(wǎng)約2900平方米,在站基礎(chǔ)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(cè)得接地電阻為1.7Ω左右。站基地質(zhì)情況，地下黃土層平均厚度約為0.3-7米，強(qiáng)風(fēng)化層2.5-23米，23米以下為巖層，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)土壤電阻率為600Ω.M,土壤電阻率較高，降低地網(wǎng)接地電阻R≤0.5Ω存在一定難度。

　　根據(jù)本站實(shí)際情況，結(jié)合深斜井后，通過放置電解離子極，再與主網(wǎng)并聯(lián)，達(dá)到最后的預(yù)期接地電阻值效果。具體方法如下：

　　①在原地網(wǎng)格四周打四口斜井，每口斜井深度為10米，井長(zhǎng)度約400米左右，沿地網(wǎng)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(yīng)降阻填充料,然后用扁鋼與原地網(wǎng)連接起來。外引斜井經(jīng)與主網(wǎng)并聯(lián)后測(cè)得，電阻值為1.2Ω/口。

　　②考慮斜井間屏蔽影響，根據(jù)主地網(wǎng)的大小，確定之間的屏蔽系數(shù)kp，(kp:接地網(wǎng)的屏弊系數(shù),對(duì)中大型地網(wǎng)，kp一般為1.3).此地網(wǎng)面積為8784m2 ，屬于中大型地網(wǎng)，屏蔽系數(shù)kp取1.3，4口斜井并聯(lián)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(wǎng)施工結(jié)束，經(jīng)建設(shè)單位驗(yàn)收，接地電阻值為0.34，在理論計(jì)算值范圍，滿足小于0.5Ω的要求。

　　4 總結(jié)

　　本文通過對(duì)斜井外引極的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行正確分析和取值，能計(jì)算得出地網(wǎng)降阻時(shí)需要的正確斜井?dāng)?shù)量，且通過對(duì)斜井屏蔽系數(shù)在于各種等級(jí)變電站的準(zhǔn)確定位，能快速制定有效的接地網(wǎng)降阻方案，一旦措施確定，即能有效的減少屏蔽，發(fā)揮最大的降阻功效，不會(huì)浪費(fèi)降阻所消耗的人力，物力以及費(fèi)用。當(dāng)然，在具體工程中必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)、地勢(shì)特別是土壤電阻率在垂直和水平兩個(gè)個(gè)方向上的分布測(cè)試情況。

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