0 引言
　　變電站的接地系統(tǒng)是電力生產設施的重要組成部分之一，是涉及人身和設備運行安全必不可少的安全技術裝置。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，電力運行和設計部門更加注重接地技術。接地技術的發(fā)展有三個趨勢：一是從過去的只注重接地電阻，轉向更重視與人身安全相關的接觸電壓和跨步電壓；二是接地系統(tǒng)的設計從過去的基于均勻土壤模型和經驗公式的簡單設計，轉向基于分層土壤模型的數值化設計；三是接地系統(tǒng)的降阻從過去的采用擴大接地網面積，轉向采用基于了解土壤分層結構的、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)變電站接地網的接地電阻則是本文重點要探討的問題。
　　1 變電站接地網的設計原則
　　電力行業(yè)標準[2]中第5.1.1條規(guī)定發(fā)變電站的接地電阻應滿足R≤2000/I Ω ，式中I為經接地網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，使得在接地設計中要滿足R≤2000/I Ω 非常困難。因此現行標準規(guī)定：對于高土壤電阻率地區(qū)的接地網，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準的相關規(guī)定，要將轉移電位、接觸電壓和跨步電壓限制在安全范圍內。
　　也就是說，在現行標準中根據工程的具體條件，接地電阻值在不超過5 Ω 的某一個范圍內都是合格的。這就為我們接地設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，接地網合格的判據不只是看接地電阻值，在接地電阻不滿足R≤2000/I Ω 時，還應按附加條件校驗�，F行標準雖然放寬了對接地電阻的規(guī)定，但并沒有降低對接地網整體性的要求，而是對接地網的安全性要求更高更全面了，這就是接地設計必須遵循的原則和運行對接地網的考核要求。
　　2 常用降阻措施
　　一般情況下，變電站的接地網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 的長形或方形網格，網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，其長度和數量根據具體工程計算確定。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 擴大變電站接地網面積
　　由于變電站接地網的接地電阻與接地網面積的平方根成反比，無疑增大接地網的面積是降低其接地電阻的一種行之有效的方法。因此，在接地網布置設計時，應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面積；還有一些建在市區(qū)內的變電站也難以找到合適的地方來擴大接地網面積。
　　2.2 引外接地
　　引外接地是指將變電站主接地網與主接地網區(qū)域以外某一低土壤電阻率區(qū)域敷設的輔助接地網相連，以達到降阻的目的。根據以往工程經驗，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)，且輔助網與主網的距離不能太遠，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，日后存在輔助網及引至站內主網的金屬連接體遭受破壞的可能性，所以應充分分析變電站周圍和輔助網所在地方的日后發(fā)展情況后才確定是否采用。
　　2.3 深井接地技術
　　深井接地技術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；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。降阻劑生產廠經過大浪淘沙，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的降阻效果很小。因此，建議大中型接地網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
　　爆破接地技術是近年來發(fā)展起來的一種新的接地施工技術，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。爆破接地技術實際上是一種巧妙的大范圍的土壤改良技術。目前爆破接地技術已經在我國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)，如固結堅硬的沉積巖、巖漿巖、變質巖地區(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，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，在土壤中形成電導率較好的電解離子土壤；特別是在砂土、巖石地質結構的地下，電解溶液可向砂質粘土的縱深方向和巖石表面的四周滲透，使原來導電率極差的砂巖地質結構形成一個良好的導電通道，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實踐驗證。
　　3 工程應用舉例
　　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，加垂直接地極的復合接地網，接地網材質選用鍍鋅扁鋼，接地網面積為188.5×157.5=29688m2。接地網接地電阻為2.34 Ω ，最大接觸電壓為2259V，最大跨步電壓為1075V。根據現場實際情況，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經濟比較。
　　其中，引外接地方案：要使采用引外接地后整個地網的接地電阻降低到0.5 Ω ，經計算外引輔助接地網的面積不能小于3000m2，網格按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 ，經計算確定深井的深度為255m。根據本站的接地網形狀，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。若再增加深井數量，因為屏蔽的原因，地網接地電阻的變化會很小。總費用約為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，而且也相當于擴大了變電站接地網的面積。要使電阻降到0.5 Ω ，經計算需要采用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地居民的阻撓，而且存在將站內高電位外引的危險，會給以后的生產運行留下安全隱患。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，能達到設計目標電阻值，保證生產運行安全，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，原接地網于1998 年竣工，土層地質結構較為復雜，占地面積47800m2。接地網以不等間距水平接地體為主，外圈網格交叉點輔以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，接地電阻值均在0.4～0.8 Ω 之間，達不到設計值0.3 Ω 的要求，故2003 年變電站2 期擴建時對接地網進得了降阻改造。主要措施是采用深孔接地技術，在接地網內增加了12 個深孔接地極（每個均50m深），并填充LRCP 長效降阻劑。將平面接地網改造為立體接地網，改造方案的預期接地電阻是0.3 Ω 。但改造后的結果不設想完全不同，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，故難以形成事先設想的立體接地網，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，不過形式相同但設計思路卻完全不同。第2 次改造是在低電阻率區(qū)域上打深孔，然后再與主接地網相連。由于第1次改造已經知道站內幾十米的地質構造狀況較差，故第2 次改造工作放在站外進行。通過國內多位專家的參與，在一般勘測的基礎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，由于設計思路和處理方法不同，其結果完全不同。該變電站降阻改造的經驗表明，在接地工程中因地制宜的觀點是至關重要的，凡事都要有針對性而不能盲從。
　　4 結論
　�、� 當前，變電站接地網的降阻方法很多，在實際工程中應根據變電站的規(guī)模和站址處的地質、地形、周圍環(huán)境條件等情況綜合考慮，選取效果好、經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會降阻失敗。
　�、� 為了順應接地技術的發(fā)展趨勢，也為了更好的保障運行人員的人身安全與設備安全，應當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，而是根據電網的入地故障電流確定能滿足接地標準要求的合理的接地電阻值即可。
　�、� 變電站接地網的降阻方法也需要廣大工程技術人員不斷發(fā)現創(chuàng)新，開展接地工程的實驗研究工作，在保證安全的前提下，探索經濟合理的新方法，同時要進一步做好科研成果的應用與推廣工作。
　　[參考文獻] (References)
　　[1] 何金良，曾嶸．電力系統(tǒng)接地技術[M]．科學出版社．2007.
　　[2] DL/T 621-1997，交流電氣裝置的接地[M].北京:中國電力出版社．1998.
　　[3] 李景祿.接地裝置運行與改造技術[M].北京:中國水利水電出版社.2005.
　　[4] 何金良，曾嶸，高延慶．電力系統(tǒng)接地技術研究進展[J]．電力建設．2004，25(6)：1～3，7
　　[5] 曾嶸,何金良，張波，莊池杰．電力系統(tǒng)接地技術研究新進展[J]．電力建設．2007，35（2）：1～5