110kV变电站接地电阻测量计算

110kV变电站接地电阻测量计算
摘要：讨论110kV变电站接地网在变电站的作用，分析变电站接地网中的接地电阻测量与计算等设计问题。

关键词变电站接地网设计
在南方地区，由于气候较北方潮湿，相对来说，土壤电阻率ρ会较小，土壤导电性能亦较好，因此接地电阻相对来说容易达到，但南方某些地区土壤电阻率ρ也会相对较大，给接地设计带来困难。

随着电力系统短路容量的增加，做好接地设计，对变电站的系统安全运行，工作人身及设备安全至关重要。

本文根据本人所设计工程，浅谈变电站接地网接地电阻的测量与计算。

1接地电阻测量
接地极或自然接地极的对地电阻和接地线电阻的总和，称为接地装置的接地电阻。

接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地极流入地中电流的比值。

按通过接地极流入地中工频交流电流求得的电阻，称为工频接地电阻；按通过接地极流入地中冲击电流求得的接地电阻，称为冲击接地电阻。

工频接地电阻的测量通常有单极法、四极法等。

1.1单极法测量土壤电阻率
单极法只适用于土壤电阻率较均匀的场地。

单极法测量土壤电阻率方法：在被测场地打一单极的垂直接地体如图1，用接地电阻测量仪测量得到该单极接地体的接地电阻值R。

土壤电阻率:
ρ=(2πh)/㏑(4h/d)（1）
d，单极接地体的直径，不小于1.5cm；
h，单极接地体的长度，不小于1m。

1.2四极法测量土壤电阻率
在土壤结构不均匀性的情况下，用单极法测量土壤电阻率有很大的影响，为了得到较可信的结果，把被测场地分片，在岩石、裂缝和边坡等均匀土壤上布置
测量电极，用四极法进行多处测量土壤电阻率。

四极法测量土壤电阻率的的原理接线图如图2，两电极之间的距离a应等于或大于电极埋设深度h的20倍，即a≥20h。

由接地电阻测量仪的测量值R，得到被测场地的视在土壤电阻率测量电极，用直径不小于 1.5cm的圆钢或＜25×25×4的角钢，其长度均不小于40cm。

被测场地土壤中的电流场的深度，即被测土壤的深度，与极间距离a有密切关系。

当被测场地的面积较大时，极间距离a应相应地增大。

为了得到较合理的土壤电阻率的数据，最好改变极间距离a，求得视在土壤电阻率ρ与极间距离a之间的关系曲线ρ=f(a)，极间距离的取值可为5、10、15、20、30、40m、…，最大的极间距离amax可取拟建接地装置最大对角线的三分之二。

2接地电阻计算
在《DL/T621-1997交流电气装置的接地》规程中要求变电站接地电阻：
R≦2000/I（2）
其中：R，考虑到季节变化的最大接地电阻，Ω，不得大于0.5Ω；I，计算用的流经接地装置的入地短路电流，A。

单个深井垂直接地体的接地电阻
Rc1=(ρ/(2×π×l))×(ln((8×l)/d)-1) （3）
五个深井垂直接地体的接地电阻
Rc2=Rc1/(5×K1) （4）
其中，K1为多根接地体并联利用系数，通常取0.7～0.9，取中间值0.8；
复合地网接地电阻
Rn=a1×Re（5）
a1=(3×ln(l0/√S)-0.2)×(√S/l0)
Re=(0.213×ρ)/√S×(1+B)+ρ/(2×π×l)((ln(S/9×h×d)-5×B)
B=1/(1+4.6(h/√S))
某110kV变电站通过单极法测得土壤电阻ρ为250Ω/m，水平接地极ø16圆钢的直径d为0.016m；接地装置水平接地极的埋设深度h为0.8m；深井垂直接地体的长度l为40m；该站深井接地体的直径d为0.12m；
站区接地装置面积S为55.6×77=4281.2m2；站区接地装置的外缘边线总长度l0为258.8m；站区接地装置水平接地极的总长度l为1326.6m；
站外接地装置面积S为1546.7m2；站外接地装置的外缘边线总长度l0为564.5m；站外接地装置的水平接地极的总长度l为861m；
根据《DL/T 621-1997交流电气装置的接地》规程，该站接地电阻计算如下：
2.1站区接地电阻计算
Rc1=(ρ/(2×π×l))×(ln((8×l)/d)-1)=6.856Ω
Rc2= Rc1/(5×K1)=1.714Ω
a1=(3×ln(l0/√S)-0.2)×(√S/l0)=0.992
B=1/(1+4.6(h/√S))=0.947
Re=(0.213×ρ)/√S×(1+B)+ρ/(2×π×l)((ln(S/9×h×d)-5×B)=1.759Ω
Rn=a1×Re=1.745Ω
站区接地电阻
Rz=(Rc2×Rn)/(Rc2+Rn)=0.865Ω
2.2站外接地电阻计算
a1=(3×ln(l0/√S)-0.2)×(√S/l0)=0.543
B=1/(1+4.6(h/√S))=0.914
Re=(0.213×ρ)/√S×(1+B)+ρ/(2×π×l)((ln(S/9×h×d)-5×B)=2.820Ω
Rn=a1×Re=1.531Ω
站外接地电阻
Rw=(Rc2×Rn)/(Rc2+Rn)=0.809Ω
2.3全站接地电阻计算
R=(Rz×Rw)/(Rz+Rw)=0.418Ω
接地电阻满足不大于0.5Ω要求。

接地电阻在不要求精确计算时，可采用简化公式计算：R≈0.5ρ/√S。

3接地网设计布置
变电站中电气装置、设施的可导电部分应接地，接地网的外缘闭合，外缘各角做成圆弧形，圆弧的半径取7 m，接地网的埋设深度0.8m。

接地网均压带采用等间距矩形布置。

在变电站接地网边缘经常有人出入的走道处，铺设砾石、沥青路面，以降低跨步电位差和接触电位差，且在接地网地下埋设地中的长度不应小于15m的连接线与避雷线的接地装置相连接。

结束语
接地电阻测量与计算是接地网设计必不可少的过程，只有通过计算接地电阻和入地短路电流检验跨步电位差和接触电位差等数据，确保接地网的规范、合理设计，才能保障站内人员及设备的安全，保障电力系统正常、安全的运行。

注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开。