0 引言
　　變電站的接地系統(tǒng)是電力生產(chǎn)設(shè)施的重要組成部分之一，是涉及人身和設(shè)備運行安全必不可少的安全技術(shù)裝置。近年來，隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展，使系統(tǒng)容量迅速擴大、入地短路電流大幅升高，站區(qū)占用面積卻越來越小。而且為了少占或不占用農(nóng)田，變電站大多位于地理環(huán)境惡劣、土壤電阻率高的區(qū)域。這些因素使得變電站的接地電阻很難滿足規(guī)程要求，同時也使變電站的接地設(shè)計及施工越來越困難。因此，為了保證電力系統(tǒng)安全可靠運行，電力運行和設(shè)計部門更加注重接地技術(shù)。接地技術(shù)的發(fā)展有三個趨勢：一是從過去的只注重接地電阻，轉(zhuǎn)向更重視與人身安全相關(guān)的接觸電壓和跨步電壓；二是接地系統(tǒng)的設(shè)計從過去的基于均勻土壤模型和經(jīng)驗公式的簡單設(shè)計，轉(zhuǎn)向基于分層土壤模型的數(shù)值化設(shè)計；三是接地系統(tǒng)的降阻從過去的采用擴大接地網(wǎng)面積，轉(zhuǎn)向采用基于了解土壤分層結(jié)構(gòu)的、有的放矢的深垂直接地極［1］。如何有效的降低處于多巖石高土壤電阻率地區(qū)變電站接地網(wǎng)的接地電阻則是本文重點要探討的問題。
　　1 變電站接地網(wǎng)的設(shè)計原則
　　電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]中第5.1.1條規(guī)定發(fā)變電站的接地電阻應(yīng)滿足R≤2000/I Ω ，式中I為經(jīng)接地網(wǎng)向地中流散的入地故障電流。由于變電站各級電壓母線接地故障電流越來越大，使得在接地設(shè)計中要滿足R≤2000/I Ω 非常困難。因此現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對于高土壤電阻率地區(qū)的接地網(wǎng)，在接地電阻難以滿足要求時，允許放寬到R≤5 Ω 。但接地電阻值的放寬是有附加條件的，即必須要滿足接地標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，要將轉(zhuǎn)移電位、接觸電壓和跨步電壓限制在安全范圍內(nèi)。
　　也就是說，在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)工程的具體條件，接地電阻值在不超過5 Ω 的某一個范圍內(nèi)都是合格的。這就為我們接地設(shè)計和施工增加了靈活性，不必在變電站接地工程中花巨額投資，來追求R≤2000/I Ω 的接地電阻值；或者說，接地網(wǎng)合格的判據(jù)不只是看接地電阻值，在接地電阻不滿足R≤2000/I Ω 時，還應(yīng)按附加條件校驗�，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)雖然放寬了對接地電阻的規(guī)定，但并沒有降低對接地網(wǎng)整體性的要求，而是對接地網(wǎng)的安全性要求更高更全面了，這就是接地設(shè)計必須遵循的原則和運行對接地網(wǎng)的考核要求。
　　2 常用降阻措施
　　一般情況下，變電站的接地網(wǎng)是由水平接地體和垂直接地極組合而成。其中水平接地體通常采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼，布置成平均間距為5～15m 的長形或方形網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸由變電站的面積確定，埋深0.6～0.8m；垂直接地極通常采用熱鍍鋅角鋼、鋼管或槽鋼，其長度和數(shù)量根據(jù)具體工程計算確定。水平接地體與垂直接地極之間的采用雙面焊接，搭接處的長度不小于扁鋼寬度的2 倍或圓鋼直徑的6 倍。對于土壤電阻率較低地區(qū)，上述方法一般可以使變電站接地電阻達到規(guī)程要求，但對于土壤電阻率較高地區(qū)，則不能滿足要求，因此需要采取措施來降低接地電阻。常用的降阻方法有以下幾種。
　　2.1 擴大變電站接地網(wǎng)面積
　　由于變電站接地網(wǎng)的接地電阻與接地網(wǎng)面積的平方根成反比，無疑增大接地網(wǎng)的面積是降低其接地電阻的一種行之有效的方法。因此，在接地網(wǎng)布置設(shè)計時，應(yīng)充分利用變電站的全部可利用面積。但是擴大變電站接地網(wǎng)面積的方法只能因地制宜，采用這種方案損耗的鋼材量很大，而且還受變電站所處位置的制約。比如有些老站附近已經(jīng)建成了很多的建筑物，該方案實施會比較困難；一些建在山區(qū)的變電站可能受地形限制無法有效擴大其接地網(wǎng)面積；還有一些建在市區(qū)內(nèi)的變電站也難以找到合適的地方來擴大接地網(wǎng)面積。
　　2.2 引外接地
　　引外接地是指將變電站主接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)區(qū)域以外某一低土壤電阻率區(qū)域敷設(shè)的輔助接地網(wǎng)相連，以達到降阻的目的。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，引外接地是比較有效的降阻方法，但此法適合于附近有水源、河流或較低土壤電阻率的地區(qū)，且輔助網(wǎng)與主網(wǎng)的距離不能太遠，接地體要深埋，要作好安全保護措施，防止因跨步電位差引起觸電事故的發(fā)生。該方法投資相對較高，日后存在輔助網(wǎng)及引至站內(nèi)主網(wǎng)的金屬連接體遭受破壞的可能性，所以應(yīng)充分分析變電站周圍和輔助網(wǎng)所在地方的日后發(fā)展情況后才確定是否采用。
　　2.3 深井接地技術(shù)
　　深井接地技術(shù)是指利用水井積水的原理制作接地極。如果接地系統(tǒng)所處土壤存在下層低電阻率層，則可以采用深井接地技術(shù)；特別是在有地下含水層的地方，接地極可能深入穿透水層，這時降阻效果將更好[3]。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土壤，特別是深層為巖石的山區(qū)和丘陵地區(qū)，深層土壤電阻率都高于上層土壤的電阻率，這時不宜采用深井接地。深井接地的優(yōu)點是可以克服場地狹小的缺點，也不受氣候、季節(jié)等條件的影響。
　　2.4 使用降阻劑
　　在高土壤電阻率地區(qū)的接地網(wǎng)施工中使用降阻劑，是發(fā)變電工程中常用的做法。以前使用較多的是膨潤土和碳基類降阻劑，由于降阻劑對接地扁鋼的腐蝕性，最近幾年接地工程中使用降阻劑的減少了。降阻劑生產(chǎn)廠經(jīng)過大浪淘沙，也減少了很多。目前，對降阻劑的使用持肯定還是否定的意見不一致，但比較一致的意見是降阻劑對大中型接地網(wǎng)的降阻效果很小。因此，建議大中型接地網(wǎng)不宜使用降阻劑作為主要降阻措施。
　　2.5 深孔爆破接地技術(shù)
　　爆破接地技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新的接地施工技術(shù)，它能有效地降低高土壤電阻率地區(qū)接地系統(tǒng)的接地電阻 。其基本方法是采用鉆孔機在地中垂直鉆一定直徑、深度為10～100mm的孔；在孔中插入接地電極,然后沿孔的整個深度隔一定距離安放一定量的炸藥來進行爆破，將巖石爆裂、爆松；接著用壓力機將低電阻率材料壓入深孔中及爆破制裂產(chǎn)生的縫隙中，從而達到較大幅度降低接地電阻的目的。爆破接地技術(shù)實際上是一種巧妙的大范圍的土壤改良技術(shù)。目前爆破接地技術(shù)已經(jīng)在我國30多項發(fā)變電站接地系統(tǒng)和輸電線路接地工程中采用，取得了理想的效果，得到了國際、國內(nèi)專家的認可［4,5］。
　　深孔爆破接地適用于地層裂隙較多、土壤干燥地區(qū)或巖石地區(qū)，如固結(jié)堅硬的沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖地區(qū)，硬度稍差的各種砂巖、片巖地區(qū)，特別是在地下水奇缺、土壤電阻率極高的巖石地區(qū)深井爆破接地具有其它方法無法比擬的優(yōu)點，但此方法不適用于土壤硬度小、松散的地區(qū)。
　　2.6 電解地極
　　電解地極是近幾年從國外引進的一項新技術(shù)，它是接地極和降阻劑的組合體。每組電極由三節(jié)長1m，直徑為63mm的銅管組成，銅管內(nèi)填充無毒化合物晶體，銅管埋于地下，不會對環(huán)境造成任何污染。銅管內(nèi)的晶體吸收土壤中的水分后就變成電解溶液，溶液在接地極周圍的專用回填土的吸取作用下，均勻流入周圍土壤中，在土壤中形成電導(dǎo)率較好的電解離子土壤；特別是在砂土、巖石地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地下，電解溶液可向砂質(zhì)粘土的縱深方向和巖石表面的四周滲透，使原來導(dǎo)電率極差的砂巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)形成一個良好的導(dǎo)電通道，從而可以大范圍的降低土壤電阻率。由于電解地極接地系統(tǒng)大多是向垂直方向伸展，因此可以滿足地形嚴(yán)重局限類變電站的需要，但其弊端是成本太高，而且其使用壽命還未經(jīng)實踐驗證。
　　3 工程應(yīng)用舉例
　　工程實例一：某地新建一個220KV 變電站，站址處于山坡向沖溝過渡的巖石地帶，地面高程550～650m，地面高差較大，設(shè)計時按平均土壤電阻率為800Ω·m來考慮。采用以水平接地體為主，加垂直接地極的復(fù)合接地網(wǎng)，接地網(wǎng)材質(zhì)選用鍍鋅扁鋼，接地網(wǎng)面積為188.5×157.5=29688m2。接地網(wǎng)接地電阻為2.34 Ω ，最大接觸電壓為2259V，最大跨步電壓為1075V。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，我們用引外接地、深井接地及電解地極等三個方案作了充分的技術(shù)經(jīng)濟比較。
　　其中，引外接地方案：要使采用引外接地后整個地網(wǎng)的接地電阻降低到0.5 Ω ，經(jīng)計算外引輔助接地網(wǎng)的面積不能小于3000m2，網(wǎng)格按15m×15m 考慮，總費用約為12 萬元。
　　深井接地方案：要使接地電阻降到0.5 Ω ，經(jīng)計算確定深井的深度為255m。根據(jù)本站的接地網(wǎng)形狀，效果較好的方法是在變電站的四個邊角處各打一個深井接地極。若再增加深井?dāng)?shù)量，因為屏蔽的原因，地網(wǎng)接地電阻的變化會很小�？傎M用約為42 萬元。
　　電解地極方案：按施工時鉆孔不垂直向下打，而是傾斜向站外打，并在接地極每隔20～40m 均勻布置若干套電解地極，這樣不僅降低了土壤電阻率，而且也相當(dāng)于擴大了變電站接地網(wǎng)的面積。要使電阻降到0.5 Ω ，經(jīng)計算需要采用DK—AG 電解地極25 套，總費用約50萬元。
　　對上述三個方案的比較：引外接地方案雖然投資最少，但由于站址附近人口密度較大，施工時可能會受到當(dāng)?shù)鼐用竦淖钃�，而且存在將站�?nèi)高電位外引的危險，會給以后的生產(chǎn)運行留下安全隱患。該深井接地方案在理論上是可以將接地電阻降低到0.5 Ω ，但在本站的地質(zhì)情況下很難達到此目的。電解地極方案所需費用最高，但降阻效果，能達到設(shè)計目標(biāo)電阻值，保證生產(chǎn)運行安全，我們認為增加這些投資是值得的。所以最后采用了25 套電解地極來降低該220KV 變電站的接地電阻。
　　工程實例二：廣西500KV 南郊變電站，原接地網(wǎng)于1998 年竣工，土層地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，占地面積47800m2。接地網(wǎng)以不等間距水平接地體為主，外圈網(wǎng)格交叉點輔以2.5 m 長的垂直接地極，外圈水平接地體包裹降阻劑。自?工以來多次測量接地網(wǎng)，接地電阻值均在0.4～0.8 Ω 之間，達不到設(shè)計值0.3 Ω 的要求，故2003 年變電站2 期擴建時對接地網(wǎng)進得了降阻改造。主要措施是采用深孔接地技術(shù)，在接地網(wǎng)內(nèi)增加了12 個深孔接地極（每個均50m深），并填充LRCP 長效降阻劑。將平面接地網(wǎng)改造為立體接地網(wǎng)，改造方案的預(yù)期接地電阻是0.3 Ω 。但改造后的結(jié)果不設(shè)想完全不同，基本沒有什么效果。
　　實際情況表明，該站址處絕大部分地面下幾米或十幾米深處都是巖石，且石質(zhì)堅實密致，電阻率很大；絕大部分深孔灌入和降阻劑量小于深孔的體積，其中灌入量最多的一個也只有深孔體積的1.2 倍，故難以形成事先設(shè)想的立體接地網(wǎng)，而是形成了一塊在平面上釘了12 根“釘子”的大“釘板”，所以基本上起不到改變接地網(wǎng)電阻的作用。
　　2006 年又進得了第2 次降阻改造，仍然采用深孔接地技術(shù)，不過形式相同但設(shè)計思路卻完全不同。第2 次改造是在低電阻率區(qū)域上打深孔，然后再與主接地網(wǎng)相連。由于第1次改造已經(jīng)知道站內(nèi)幾十米的地質(zhì)構(gòu)造狀況較差，故第2 次改造工作放在站外進行。通過國內(nèi)多位專家的參與，在一般勘測的基礎(chǔ)上還進一步做了高密度電法斷面測量土壤電阻率，勘測出在離站區(qū)約300m、深度約60m 的地段存在電阻率小于50Ω·m的低電阻區(qū)域。在這個低電阻區(qū)域里打相應(yīng)深度的孔就不會變成“釘子”，而是將低土壤電阻率的地層地域連通到接地網(wǎng)上，其降阻效果是不言而喻的。
　　通過對同一變電站的相同方法的這兩次降阻改造可以看出，形式上相同的降阻方法，由于設(shè)計思路和處理方法不同，其結(jié)果完全不同。該變電站降阻改造的經(jīng)驗表明，在接地工程中因地制宜的觀點是至關(guān)重要的，凡事都要有針對性而不能盲從。
　　4 結(jié)論
　�、� 當(dāng)前，變電站接地網(wǎng)的降阻方法很多，在實際工程中應(yīng)根據(jù)變電站的規(guī)模和站址處的地質(zhì)、地形、周圍環(huán)境條件等情況綜合考慮，選取效果好、經(jīng)濟合理且安全可靠的降阻措施。是因地制宜，采用綜合治理來完成，而不宜去尋求一種對于任何接地網(wǎng)都適合的降阻方法或材料，因為沒有針對性的理論和方法不會有好的降阻效果甚至?xí)�降阻失敗�?
　�、� 為了順應(yīng)接地技術(shù)的發(fā)展趨勢，也為了更好的保障運行人員的人身安全與設(shè)備安全，應(yīng)當(dāng)更加重視降低地面電位梯度、接觸電壓和跨步電壓，而不是一味的追求小接地電阻值，更沒必要為了達到小接地電阻值而投入巨額資金，而是根據(jù)電網(wǎng)的入地故障電流確定能滿足接地標(biāo)準(zhǔn)要求的合理的接地電阻值即可。
　　⑶ 變電站接地網(wǎng)的降阻方法也需要廣大工程技術(shù)人員不斷發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新，開展接地工程的實驗研究工作，在保證安全的前提下，探索經(jīng)濟合理的新方法，同時要進一步做好科研成果的應(yīng)用與推廣工作。
　　[參考文獻] (References)
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