毕业设计变电站接地方式的研究终稿.doc
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淄博职业学院毕业设计
目录
摘要..........................................................................II
第一章绪论 1
1.1电力系统的发展趋势 1
1.2 课题的意义...............................................................2
第二章变电站接地网的研究 3
2.1变电站接地设计的必要性及原则 3
2.2变电站接地网设计时应遵循以下原则 3
2.3变电站降阻措施.........................................................5
2.4工程实践..............................................................10
2.5结语..................................................................10
第三章变电站接地电阻.........................................................11
3.1变电站接地设计....................................................11
3.2变电站接地设计原则................................................11
3.3变电站接地电阻的构成..............................................12
3.4变电站接地电阻的测量的原理方法及意义..............................12
3.5变电站防雷措施分类................................................17
3.6变电站设备防雷措施.................................................18
3.7结语..............................................................19
第四章不同地理环境和不同类型变电站接地方式的研究及方案........................19
4.1全分散式户外变电站自动化系统选型原则.............................................................20
结束语........................................................................23
参考文献......................................................................25
致谢.......................................................................26
摘要
随着城市电网的发展，变电站10ｋV出线中电缆所占比重越来越高，导致
10ｋV系统的电容电流越来越大，远远超过了规程规定的10A（10kV为架空线和
电缆线混合的系统）。
因此需要在10ｋV中压电网中采用中性点谐振接地（经消弧
线圈接地）方式。
理想的消弧线圈能实时监测电网电容电流的大小，在正常运行
时电抗值很大，相当于中性点不接地系统，在发生单相接地故障时能在极短时间
内自动调节电抗值完全补偿电容电流，使接地点残流的基波无功分量为零。
自动
跟踪补偿消弧装置基本能实现上述功能，技术现已相当成熟，能将接地故障电流
限制在允许范围内，保证系统的可靠运行及人身和设备的安全。
变电站接地系
统的合理与否是直接关系到人身和设备安全的重要问题。
随着电力系
统规模的不断扩大，接地系统的设计越来越复杂。
变电站接地包含工
作接地、保护接地、雷电保护接地。
工作接地即为电力系统电气装置
中，为运行需要所设的接地；保护接地即为电气装置的金属外壳、配
电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危
及人身和设备的安全而设的接地；雷电保护接地即为为雷电保护装置
向大地泄放雷电流而设的接地。
变电站接地网安全除了对接地阻抗有
要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转
移电位危害等提出了较高的要求。
［关键词］：
中压电网中性点谐振接地方式
26
第1章绪论
1.1电力系统的发展趋势
配电系统自动化发展中的问题
当代的配电系统自动化，发展过程中面临着两个问题：
这就是配电系统自动化如何从传统的“多岛自动化”走向系统集成；以及如何考虑电力市场的发展可能对配电系统自动化产生的影响。
发展中的配电系统自动化
配电系统综合自动化中，各有关系统如何实现信息共享、功能互补和通道公用，并顾及到电力市场发展可能带来的影响呢?
此外，还应积极开展基于分时电价的需方用电管理（DSM），用以调动需方的积极性来参与负荷管理。
供方负荷管理与需方用电管理相结合，必将有力地改善配电系统的负荷曲线，并为随后电力市场的开展打下基础。
当然，系统的无缝集成并不排斥通过接口和数据转换、接入现有而又可用的老系统，以保护原有投资。
待该老系统淘汰后，再更新为符合开放标准的系统。
变电站综合自动化传统的变电站自动化，系由本地监控的自动装置和与调度联系的RTU远动装置所组成。
当代的变电站自动化，随着计算机、通信和数字信号处理（DSP）技术的发展，已进入到自动远动、测量控制保护功能集成并随一次设备分散布置，实现无人值班的综合自动化阶段，显示出系统集成的高效益。
当然，常规的有人值班变电站，同样也可以通过变电站RTU接入配电自动化系统。
环网故障定位、隔离和恢复供电系统和许多配电自动化装置类似，环网故障定位、隔离和恢复供电系统也经历了从免通信的单项自动化向带通信的综合自动化发展的过程。
免通信的环网故障识别和恢复控制系统，可由一定数量的负荷分段开关（无切断短路电流能力）和控制分段开合的控制器组成。
正常时固定开环点运行，两侧供电。
故障时，靠故障侧变电站馈线保护动作跳闸，各段开关无压释放。
变电站断路器重合成功后，各段开关按事先整定的时限依次重合试投。
如为永久性故障，当投到故障段后变电站馈线保护将再次动作跳闸，重复试投过程。
但此时故障段业已测明，仅合到故障段前为止。
故障段后至开环点的恢复供电，则从开环点检测到对侧线路失压进行重合开始，以相反的方向和相同的原则来实现整个环网故障段的隔离，和非故障段的自动恢复供电。
当前配电系统自动化中的负荷管理系统、电量计费系统和信息管理系统，需要考虑电力市场发展的影响。
基于开放系统结构和国际标准的分层分布配电系统综合自动化，适应当代系统集成和电力市场的发展方向，“性能价格比”好、可伸缩性强。
用户可以任意分步实施其配电自动化规划，所投入的系统或设备不会因系统的发展或技术的进步而导致重复建设甚至推倒重来
1.2课题的意义
变电站接地系统的合理与否直接关系到人身和设备安全。
在我国,随着电力系统
规模的不断扩大,变电站的地质情况复杂,接地系统的设计越来越复杂。
变电站接
地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。
工作接地即为电力系统电气装置中,
为运行需要所设的接地;保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线
路杆塔等,由于绝缘损坏有可能带电,为防止其危及人身和设备的安全而设的接地;
雷电保护接地即为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。
当前,电力系统容
量的不断增加,短路电流也不断增大,同时,土地资源的紧张也要求站址面积小型
化,这些都对变电站接地设计提出了较高的要求。
因此,变电站接地网安全除了对接地阻抗有要求外,还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移
电位危害等提出了较高的要求
第2章变电站接地网的研究
2.1变电站接地设计的必要性及原则
变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地,以及变电站维护检修时的一些临时接地。
如果接地电阻较大,在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时,可能造成地电位异常升高。
如果接地网的网格设计不合理,则可能造成接地系统电位分布不均,局部电位超过规定的安全值,这会给出运行人员的安全带来威胁,还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏,使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动,酿成事故,甚至是扩大事故,由此带来巨大的经济损失和社会影响。
2.2变电站接地网设计时应遵循以下原则
（1）尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网。
（2）尽量以自然接地物为基础,辅以人工接地体补充,外形尽可能采用闭合环形。
（3）应采用统一接地网,用一点接地的方式接地。
2接地网设计的要点
（1）接地网的接地电阻主要与接地网的面积有关。
加在地网上的2～3m的垂直
接地极,对减小接地电阻的作用不大,一般仅在避雷器、避雷针（线）等处作加强集
中接地散泄雷电流用或为稳定地网在中间或外缘增设几个。
（2）接地网孔大于16个（均压要求除外）,接地电阻减小很慢,对大型接地网,网孔
个数也不宜大于32个。
过分增加均压带根数并不能无限制的减小最大接触系数,
实验研究最大接触系数最多只能减小到0.1～0.15。
（3）接地网埋深达一定时,接地电阻减小很慢,一般取0.6～0.8m。
（4）在小面积地网内,采用置换或化学方法改善接地体附近的高土壤电阻率,对减
小接触电阻有效果,对减小接地电阻作用不大。
（5）接地网的四角做成圆弧形可以显著改善接地网外直角处的跨步电势。
。
2.3变电站降阻措施
规范中严格规定电力系统各种接地装置的电阻值,接地网的设计就是以此为目标值。
接地网的电阻由以下几个部分构成:
接地引线电阻,是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻,其阻值与引线的几何尺寸和材质有关;接地体本身的电阻,其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关;接地体表面与土壤的接触电阻,其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关;从接地体开始向远处（20米）扩散电流所经过的路径土壤电阻,即散流电阻。
决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。
接地电阻虽由四部分构成,但前两项所占接地电阻值的比例甚微,起决定作用的是接触电阻及散流电阻。
了解接地网电阻构成,在设计中可以在主要影响接地网电阻的环节采取相应的措施,以降低接地网的电阻值的目的。
一个接地网的接地电阻的大小,由公式R=ρε/C可以看出,降低接地电阻有以下两种途径,一是增大接地体几何尺寸,以增大接地体的电容C;二是改善地质电学性质,减小土壤的电阻率和介电系数ε。
变电站电气接地装置主要敷设以水平接地极为主的人工接地网,人工接地网的外缘闭合,各角做成圆弧形,土壤电阻率ρ和地网面积S是影响接地电阻的主要因素,了解这些原因有利于针对不同情况因地制宜改善接地装置。
在实际工程中常用降阻措施有:
采取不等间距布置来均衡地网电位;电位隔离;利用地质钻孔埋设长接地极;水平接地带换土与加降阻剂交替使用;长垂直接地极加降阻剂;利用地下水的降阻作用;引外接地;所内超深井接地;利用架空地线杆塔接地系统。
化学降阻剂的应用,化学降阻剂机理是，在液态下从接地体向外侧土壤渗出，若干分钟固化后起着散流电极的作用。
当主接地网的接地电阻不满足要求时，通常需要采取降阻措施。
目前，常用的降
阻措施有引外接地、人工降阻、深井接地、电解接地、爆破接地等，各种降阻措
施分析比较如下。
2.3.1引外接地
在高土壤电阻率地区高，当变电站主接地网的接地电阻难以满足要求时，且
附近有可设置人工接地装置的低土壤电阻率地区或水源，可以采取引外接地措施
以降低接地电阻，但应考虑占地面积和农田恢复的难度。
在埋设地点选择时，应考虑：
选择地下水较丰富及地下水位较高的地方；接
地网附近如有金属矿体，可将接地体插入矿体，利用矿体来延长或扩大人工接地
体的几何尺寸。
2.3.2深井接地
由变电站外延接地线（40×4的镀锌扁钢），在进线塔下端打有一口约200m超
深接地井，用钻机钻孔，把直径100mm的镀锌钢管接地极打入井孔内，并向钢管
内和井内灌注泥浆。
此法经过工程实际测量，系统接地电阻为0.442Ω，符合设
计要求，效果很好。
和其它辅助降阻措施相比，深井接地法有以下优点：
大大降低了接地电阻；
减少了变电站占用地表面积，是改造优化的最好方法；设计寿命可以非常长，设
计裕度非常大；深层的土壤电阻率不受气候、季节影响，数值稳定。
因此，接地
电阻值也不会随气候、季节变化，这是深井接地最大的优点。
2.3.3放置电解地极（与电解接地可能相同）
对于高土壤电阻率地区，降低变电站地网的接地电阻是比较困难的。
在设计
或改造地网以降低其接地电阻时常常会遇到的问题。
在眉山某变电站的地网设计
及工程施工中也遇到了这个问题。
在该变电站地网改造工程实践中，采用钻8口
斜井共1800m在其中放置DK-AG电解地极8O套，这—做法使得接地电阻值降低了
80.8％且满足了设计要求。
因此，当变电站的土壤电阻率较高，用于接地网的面积不能将接地电阻降低至设计要求值时，可采用DK-AG电解地极来实现降阻。
2.3.4换土
在土壤电阻率高的地区进行换土，是普遍采用的有效办法，且施工简单。
例
如某变电站位于山区，地质报告显示站区耕植土厚度为0.2～0.6m，部分地方有
基岩露出，土层以下为砂岩和灰岩。
接地设计采用换土，在土层厚度不能满足要
求的地方，沿水平接地体挖接地槽，深度为1m，垂直接地极坑深度3m，底部直径
1m，施工时在接地槽和接地坑内先铺设20cm厚的黏土并夯实，再放接地体，回填
土层层夯实。
施工完成后实测接地电阻完全满足设计要求。
2.3.5使用降阻剂
目前降阻剂主要有两种类型：
化学和物理降阻剂。
化学降阻剂由高分子材料、
电解质和水组成，注入土壤可迅速在土壤中凝成电阻率低的根须状连续胶体，从
而增大接地体的有效接地面积，提高接地体散流效果化学降阻剂存在一定的环境
污染问题，对于青藏高原脆弱的生态环境易造成影响。
且随时间推移，降阻效果
也会降低，推荐采用物理降阻剂。
物理降阻剂由导电的非电解质固体粉末及起固
化作用的水泥组成，其电阻率低，主要靠导电粉末起到降阻作用，降阻性能不受
环境pH值、温度及湿度的影响。
在接地极周围敷设降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降阻剂的主要
作用是降低与接地网接触的局部土壤电阻率，换句话说，是降低接地网与土壤的
接触电阻，而不是降低接地网本身的接地电阻。
降阻剂已有超过20年的工程运用历史，经过不断的实践和改进，现在无论是
性能还是施工工艺都已经相当成熟。
多个使用降阻剂的工程，接地完工后测量接
地电阻情况都不错，但由于缺乏长期的跟踪监测，对降阻剂性能的长效性和对接
地极材料的腐蚀性的信息返回少。
确实也有质量差的降阻剂，降阻效果不能持久，
对接地网造成腐蚀，引起各地对降阻剂使用意见分岐。
2.3.6电解接地
电解接地系统是我国近年出现的接地降阻方式，在国内外已有应用经验，电
解接地的原理是在地中水平敷设或垂直敷设金属管道，在管道中加入电解化学物
质，利用空气或土壤的潮气，与管道中的化学物质反应产生电解溶液，电解溶液
通过管道过滤孔向周围土壤渗透，提高土壤的导电率，降低电极与土壤的接触电
阻，在金属管道外部采用降阻材料回填，增大电解地极，具有良好膨胀性、吸水
性、渗透性和防腐性，可以深入岩土形成树根网状，增大泄流面积，降低散流电
阻，同时保护电解地极免遭腐蚀，从而降低变电站的接地电阻。
2.3.7斜井降阻
通过非开挖技术（类似敷设电缆的外顶管技术），将接地极从站内的主接地网
边缘，沿着变电站的进站道路和线路的终端塔（建筑的保护距离区间内）外引
至站外电阻率较低的地区，达到理想的扩网效果。
由于斜井里的接地极是埋
设在道路或架空线行（属于永久性设施）地下几米深的土壤中，不会遭遇外部
破坏和产生危险的跨步电压。
斜井的具体实施过程中，要根据周围的地质情
况，确定斜井的数目及延伸的方向、敷设的长度。
钻头入土的角度、埋设深
度，使其可以避开地下管网到达预定地点。
2.3.8爆破接地
爆破接地技术是近年来提出的降低高土壤电阻率地区接地系统接地电阻十分
有效的方法。
其基本原理是：
采用钻孔机在地中垂直钻直径为100mm、深度为几
十米（在发变电站接地工程中，垂直接地极深度可能达100m以上），在孔中布置接
地电极，然后沿孔整个深度隔一定距离安放一定量的炸药进行爆破，将岩石爆裂、
爆松，接着用压力机将调成浆状的降阻剂压人深孔及爆破制裂产生的缝隙中，以
达到通过降阻剂将地下大范围的土壤内部沟通，加强接地电极与土壤、岩石的接
触，从而达到较大幅度降低接地电阻的目的。
已有试验和模拟计算表明，一般爆
破致裂产生的裂纹可达几米到几十米远。
目前爆破接地技术已经在我国多项发、
变电站和输电线路接地等工程实践中采用，并已取得了十分满意的效果。
除了以上方法外，增加接地网的埋设深度、利用爆破接地技术、自然接地体、
扩大接地面积和采用两层水平接地网等，也都有一定的可行性。
根据各个工
程的不同情况，可以选择适合的降阻措施。
而各种方法也不是孤立的，可以
相互配合，以取得更好的实际效果。
2.4工程实践
110kV高秋变电站站址场地层主要由耕表土和卵石层组成,其中耕表主要由粘土组成,层厚为0.15～0.60m。
卵石层主要由砂岩卵石组成,层厚7.40～10.33m。
土壤电阻率平均值ρ=650Ω·m。
针对这一实际的区域地质实况,在接地网设计过程中,站内除采用-50mm×5m热镀锌扁钢敷设5m×5m的水平网格作为基础地网和埋设∠50×5×2500热镀锌角钢垂直接地体外,还采取接地深井配合降阻剂措施,即在变电站围墙4个角,设置4孔Φ150mm×30m接地深井,同时在变电站围墙中间,距离变电站围墙1m处设置4孔Φ150mm×20m接地深井,接地深井内埋设Φ50×5mm×30m（20m）热镀锌钢管做垂直接地体,垂直接地体埋深0.8m。
每孔接地深井内采用压力灌浆工艺灌注3000kg优质稀土物理长效降阻剂。
同时,使用50×5mm热镀锌扁钢做接地连接导体,将垂直接地体与常规敷设的接地网水平接地体焊接,并在焊接部位做防腐处理。
接地连接导体埋深0.8m,每米添加20kg优质稀土物理长效降阻剂。
该接地网于2010年5月施工完毕,一个月后对其接地电阻测量为0.7欧姆,满足设计要求值。
在地质条件较差的区域,采用多种措施相结合降低其接地电阻值是十分有效的。
2.5结语
接地网的设计要根据区域的地质条件,采取不同的降阻措施,以最高性能价格比来设计其接地网,同时应采用新技术和新材料。
接地技术是一门多学科的综合技术,故在今后的工作中去研究,在实践中不断探索,以使其更加趋于完善,保证变电站设备的安全稳定运行。
第三章变电站接地电阻
3.1变电站接地设计
接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通
过接地装置导入大地。
因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。
从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。
接地
装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种
电荷中和。
变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、
电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些
临时接地。
如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，
可能造成地电位异常升高；如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统
电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，
还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系
统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由
此带来巨大的经济损失和社会影响。
3.2变电站接地设计原则
由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足
R≤2000/I是非常困难的。
现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地
电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω，但这不是说一般情况下，接
地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：
防止转移电位引起
的危害，应采取各种隔离措施；考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位
升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏，应采取均压措施，并验算
接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲
线。
变电站接地网设计时应遵循以下原则：
3.2.1尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网；
3.2.2尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环
形；
3.2.3应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。
3.3变电站接地电阻的构成
3.3.1接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。
3.3.2接地体本身的电阻，其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关。
3.3.3接地体表面与土壤的接触电阻，其阻值怀土壤的性质、颗粒、含水量及土
壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关。
3.3.4从接地体开始向远处（20米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电
阻。
决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。
3.3.5垂直接地体的最佳埋置深度是指能使散流电阻尽可能不而又易于达到的埋
置深度。
决定垂直接地体的最佳深度，应考虑到三维地网的因素，所谓三维地网，
是指垂直接地体的埋置深度与接地网的等值半径处于同一数量级的接地网。
3.3.6接地体的通常设计，是用多根垂直接地体打入地中，并以水平接地体并联
组成接地体组，由于名单一接地体埋置的间距仅等于单一接地体长度的两倍左右，
此时电流流入名单一接地体时，将受到相互的限制而妨碍电流的流散，即等于增
加名单一接地体的电阻，这种影响电流流散的现象，称为屏蔽作用。
3.4变电站接地电阻的测量的原理方法及意义
接地网电阻值的大小，是判定接地网是否合格的重要部分，而对接地网电阻
的测量采用的方法及设备也直接影响测量的结果，测量接地网电阻时，其接地棒
和辐助接地体有两种布置法。
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