三維方式設(shè)計(jì)變電廠的接地內(nèi)阻
陳光輝1江建武2
（1上海書記科防雷技術(shù)有限公司，北京）
（2北京供電局變電部，北京）
【摘要】用三維方式設(shè)計(jì)變電廠的接地阻值，可使接地內(nèi)阻比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)愈發(fā)確切,結(jié)合現(xiàn)有國(guó)外外接地新材料.新技術(shù),新
工藝,可使變電廠接地網(wǎng)接地內(nèi)阻達(dá)到最佳療效
【關(guān)鍵詞】三維地網(wǎng)設(shè)計(jì)、新材料,新工藝施工。
序言
目前，因?yàn)檎鞯氐日T因，變電所的占地面積越來越小，有的GIS室外型110kV變電廠占地面積僅有，
且大部份建在山上，那些地方常常內(nèi)阻率很高，欲在這樣的地方不擴(kuò)網(wǎng)、不外引，在原地使其工頻接地內(nèi)阻達(dá)到
規(guī)程要求標(biāo)準(zhǔn)，用常規(guī)方式很難實(shí)現(xiàn)。我公司在實(shí)踐過程中，采用三維方式設(shè)計(jì)，即A-T-N方案，成功解決了
底泥內(nèi)阻率300Ωm，占地面積為情況下的接地內(nèi)阻R≤0.5Ω的國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
1A方案
用常規(guī)的方式實(shí)現(xiàn)工頻接接地內(nèi)阻RA，主要是用于解決地網(wǎng)的電位分布均勻,均衡最大值下的沖擊電流，以
及增加水平網(wǎng)的工頻接地內(nèi)阻，它可以借助工地的自然接地體，如建筑物、自來水管等來完成網(wǎng)格式接地網(wǎng)的接
地內(nèi)阻,它是在不擴(kuò)網(wǎng)、不外引、不使用任何降阻劑的情況下估算出的工頻接地阻抗值,估算公式采用部頒《交流
電氣裝置的接地》[1]有關(guān)規(guī)定的公式進(jìn)行。
aeRaR1=（1）
13ln00.2
La?
=?（2）
hd
Re5
ln
0.213(1)
π
ρρ
（3）
14.6
=（4）
式中：Ra—任意形狀邊沿閉合接地網(wǎng)的接地內(nèi)阻（Ω）；
Re—等值（即等面積、等水平接地極總寬度）圓形接地網(wǎng)的接地內(nèi)阻（Ω）；
S—接地網(wǎng)的總面積（m2）；
d—水平接地極的半徑或等效半徑（m）；
h—水平接地極的敷設(shè)深度（m）；
LO—-接地網(wǎng)的邊沿邊線總寬度（m）；
L—水平接地極的總寬度（m）。
簡(jiǎn)化后的估算方式：
Ra′=0.5ρ（5）
式中：ρ—土壤內(nèi)阻率（Ωm）；
S—地網(wǎng)面積（m2）。
上式公式中，aR和底泥內(nèi)阻率ρ成反比電阻并聯(lián)計(jì)算公式，和地網(wǎng)占地面積S成正比。假如取p=300Ωm，欲達(dá)到R=0.5Ω面
積S則必須達(dá)到。
在正方型接地網(wǎng)中,當(dāng)網(wǎng)格數(shù)超過16個(gè)時(shí)，基本（1）式=（5）式；當(dāng)網(wǎng)格數(shù)多于16個(gè)時(shí)，aR＞R′a。
臺(tái)灣川漱太朗公式為：
′
=1112
2K
KL
lL
Rπn
ρ
（6）
式中：L—水平接地極總寬度（m）；
a'=2rt；
r—接地體的直徑（m）；
t—埋設(shè)深度（m）；
A—接地網(wǎng)總面積（m2）；
K1、K2—系數(shù)，見圖1。
圖1K1、K2系數(shù)
A:t≈0時(shí)；B：t≈
10
時(shí)；C：t≈
時(shí)
舉例說明：ρ=100Ωm，接地線直徑r=0.0035m，敷設(shè)深度h=0.5m。
參數(shù)：網(wǎng)狀電極周長(zhǎng)a=b=150m，網(wǎng)狀間隔m=30m，網(wǎng)格孔數(shù)n=25，L全長(zhǎng)1800m,面積A=。估算
數(shù)值見表1。
表1我國(guó)公式與美國(guó)公式估算結(jié)果
公式我國(guó)公式Ra臺(tái)灣公式Ra
結(jié)果0.33598Ω0.Ω
我國(guó)公式比美國(guó)公式估算下來偏小，二者偏差在14%，實(shí)際上，測(cè)出的接地內(nèi)阻可能大些，由于該公式不考
慮接觸系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)減去接觸系數(shù)K。
垂直接地體的作用：在網(wǎng)狀接地體打上好多2.5m深的型鋼,降阻療效很不顯著,在電力接地系統(tǒng)接地技術(shù)一文
中，用（7）式估算短接地體的降阻療效:
ba
ba
RR22
3412sin
π
（7）
式中：b—園盤的直徑（m）；
a—園盤的長(zhǎng)度(m)。
按照估算,在大小型地網(wǎng)中,垂直接地體對(duì)減少接地內(nèi)阻所起的作用很小，只有2%～8%，見表2。
表2大小型地網(wǎng)中2.5m長(zhǎng)的垂直接地體對(duì)減少接地內(nèi)阻所起的作用
接地網(wǎng)面積m2102500900
中國(guó)公式估算2.8%3%3.2%5.7%8%
實(shí)際試驗(yàn)3%
可見，2.5m長(zhǎng)的垂直接地體對(duì)整個(gè)地網(wǎng)增加作用很小,但對(duì)于小的地網(wǎng)還是有些療效。(實(shí)際試驗(yàn)是在高明
祿堂變電廠的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果)
2T方案
T方案包括以下三種形式:
擴(kuò)網(wǎng)、外引接地網(wǎng)及埋設(shè)降阻劑等方式來實(shí)現(xiàn)工頻接地內(nèi)阻TR。
此文對(duì)擴(kuò)網(wǎng)和外引接地網(wǎng)增加工頻接地內(nèi)阻方式暫不表述。只談?dòng)媒底鑴┑姆绞絹碓黾咏拥貎?nèi)阻。
目前我國(guó)生產(chǎn)的降阻劑品種好多,但基本上分為兩種類型。物理型降阻劑和化學(xué)型降阻劑。
2.1物理降阻劑
它是慢滲透型、強(qiáng)滲透型離子流降阻劑。前一時(shí)期多采用精鹽、木炭、近年來采用氧化鈉、硫酸鎂、硫酸銅、
溴化鎂、氯化鈣、硫酸銨、硫酸鉀等導(dǎo)電材料，加上硅酸鹽水泥、生石灰等無機(jī)物和瀝青材料，鉻木制素等有機(jī)
物，在引起劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)，生成具有網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)的高分子絡(luò)合物，它靠包圍于高分子網(wǎng)路中的電解
質(zhì)導(dǎo)電。其主要降阻作用是改善接地體周圍的底泥條件,增加底泥內(nèi)阻率。
2.2化學(xué)性降阻劑
他包含澎潤(rùn)土降阻劑，導(dǎo)電混凝土、石墨模塊等，受氣候誘因影響小,不分解于水,不與金屬生成化合物,性能
穩(wěn)定,有效期40年以上。主要用擴(kuò)大接地體半徑和降低接觸內(nèi)阻來實(shí)現(xiàn)降阻的目地,主要產(chǎn)品有以下幾種:
（1）膨潤(rùn)土降阻劑。它是以膨潤(rùn)土為基料，加入一定比列的添加劑，對(duì)金屬有保護(hù)和防腐功能，是目前最
流行的常用固體降阻劑。
（2）導(dǎo)電水泥。導(dǎo)電水泥以水泥為基料，加入導(dǎo)電無機(jī)脂類，或非電解質(zhì)的固體粉末為導(dǎo)電材料，對(duì)接地
體無腐蝕。
（3）降阻模塊。它是一種以石墨為導(dǎo)電材料加上其它無機(jī)材料用水調(diào)制后土體而成的固體導(dǎo)電物質(zhì)。
這種降阻劑的療效不盡相同，但都能起到一定療效。有些廠家只注重商業(yè)效應(yīng)，使產(chǎn)品質(zhì)量下滑，造成降阻
劑療效隨時(shí)間大跌，甚至污染環(huán)境，使地網(wǎng)嚴(yán)重腐蝕。使用不到3年地網(wǎng)就磨損破裂，有一些施工隊(duì)則不按要求
施工,使降阻劑療效不理想等。各類廠家出于商業(yè)廣告的誘因,把降阻劑說得神乎其神,有的說可達(dá)到（0.1～0.2）
AR，當(dāng)?shù)啄鄡?nèi)阻率低于600Ωm時(shí)，說能達(dá)到（0.08～0.1）AR，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)，理論上固體降阻劑增加接地
內(nèi)阻的百分率為:(按水平埋設(shè)接地極估算)
12
ln2
ln
dd
（8）
式中L—水平接地寬度（m）；
1d—圓鋼加埋設(shè)降阻劑后的半徑（m）；
2d—圓鋼半徑（m）。
像大洲變電廠地網(wǎng)水平接地體總寬度為1500m左右,腹面寬度為280m,在腹面上每米埋設(shè)10～15kg降阻劑,
使等效半徑1d=0.1m，則增加內(nèi)阻的百分率為：
20
1ln208.1017.7458
ln228018.4
0.10.016
u0000
這是按理論估算下來的數(shù)值，實(shí)際上通常的固體降阻劑對(duì)于GIS站等地網(wǎng)，因?yàn)槭┕l件等誘因,增長(zhǎng)30%～
40%就很不錯(cuò)。
離子型降阻劑可以減少的比較多,它是一種慢滲透型物理降阻劑，降阻療效能達(dá)到(0.3～0.4)R1，但受氣侯因
素影響很大,易溶化于水產(chǎn)生離子,(如K+、Na+、C1-等)，易流失，易與金屬生成化合物（易腐蝕金屬，生成FeC1、
CnC1、ZnC1等,性能不穩(wěn)定,有效期僅有幾年，能不用的盡量不用，在鐵塔、微波塔遠(yuǎn)離建筑物的地方電阻并聯(lián)計(jì)算公式，因?yàn)槿?span style="display:none">lYr物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
地工作電壓不大可以使用。
各類降阻劑的實(shí)際試驗(yàn)療效見表3。
表3各類降阻劑的實(shí)際降阻療效
序號(hào)降阻劑名稱
接地極水平埋
設(shè)厚度(m)
接地內(nèi)阻
值（Ω）
增加百分
數(shù)%
備注
1JFC-1型長(zhǎng)效防腐接地降阻劑933443天后測(cè)試
2HK化學(xué)型接地降阻劑93540
3天后測(cè)試
3CJ-I稀土降阻劑93
4423天后測(cè)試
4LRCP液體降阻劑9236011天
5原土95803天后測(cè)試
通常來說，T方案減少的系數(shù)K2應(yīng)在0.4左右較為合適。
3N方式
當(dāng)用T方案后仍不能達(dá)到指標(biāo)要求，再使用N方案，N方案就是用深井法形創(chuàng)立體接地網(wǎng)。深井法是我公司熟悉且比較有效的方式,理論上實(shí)踐上都已否認(rèn)。如北京大浪、新田。廣州的高明5個(gè)變電
站、清遠(yuǎn)的升平、廣東省13個(gè)市、遼寧、吉林、黑龍江等小型變電廠接地內(nèi)阻用該方式都已改建成功。
理論根據(jù)和估算方式不再深究。
總而言之，該方式能減少RT的50%就是目的，其中增加系數(shù)K2是深井的增加接地系數(shù)，大量的理論和實(shí)踐
證明，K2最大可以達(dá)到0.5。
我們把T的系數(shù)K1取0.4，N的系數(shù)K2取0.5，則總的增加系數(shù)最大值為0.2,則（3）式經(jīng)三維估算后改為
K=K1?K2
=0.5?=0.5×0.2
Rρρ
（9）
4實(shí)例估算
我公司在廣州節(jié)電力局博羅供電公司大洲變電廠進(jìn)行了設(shè)計(jì)并施工,其參數(shù)如下:
（1）自然情況。110kV大洲變電廠系博羅供電公司一座新建變電廠,坐落博羅市北郊,征地面積為,原
圖設(shè)計(jì)方案,介紹底泥內(nèi)阻率為400Ωm，地面深度5.5m以上均為粉質(zhì)黏土，含少量砂礫和卵石，5.5～23.6m為粉
土，再下為碳燒統(tǒng)灰?guī)r，在這樣的地質(zhì)條件和不擴(kuò)網(wǎng)條件下，欲達(dá)到接地內(nèi)阻R≤0.5Ω的國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，是非常
困難的。
（2）實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：
1）在原地網(wǎng)面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)工頻接地阻抗R≤0.5Ω；
2）邁步電流VC≤270伏（接地漏電時(shí)間≤1s，人站在水泥地上），
接觸電流VJ≤345伏（和上式相同）；
3）地網(wǎng)壽命≥20年。
（3）設(shè)計(jì)思路。由于本地網(wǎng)內(nèi)阻率較高，用常規(guī)的方式很難實(shí)現(xiàn)工頻接地阻抗的指標(biāo),即R≤0.5Ω，所以采
用我公司研究的三維方式來解決。三維立體方案即目前國(guó)際上最先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案通稱A?T?N方案,采用三步驟
來達(dá)到減少接地內(nèi)阻的目地。
該地網(wǎng)參數(shù)如下：地網(wǎng)面積A=4800m2，地網(wǎng)邊沿寬度L0=280m，地網(wǎng)全長(zhǎng)L=1500m，埋深
h=0.8m，接地極半徑d=0.016m，底泥內(nèi)阻率ρ=233Ωm(實(shí)測(cè)值)。
（4）A方案估算：按（5）式估算Ra的內(nèi)阻為
0.50.52331.68
4800aR
ρ×
===Ω
其實(shí)，接地內(nèi)阻不合格，離接地內(nèi)阻標(biāo)準(zhǔn)R≤0.5Ω相差太遠(yuǎn)，故必須采用其它降阻舉措。（5）T方案估算：我公司采用固化了的液體降阻劑，盡管沒有ALG離子接地棒那樣好的降阻療效，并且它
無污染、無腐蝕，是經(jīng)國(guó)家有關(guān)部門檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品，造價(jià)比ALG離子接地棒略高。
我們首先采用更換導(dǎo)電土，之后再使用固體和固化后的液體降阻劑，嚴(yán)格按新施工方式施工,做完后的增加
系數(shù)為56%，按此估算該大洲變電廠接地內(nèi)阻為：
10.561.680.934TAR=KR=×=Ω
中國(guó)防雷信息網(wǎng)《中國(guó)雷電與防護(hù)》網(wǎng)絡(luò)版2007No.1,
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實(shí)際測(cè)試為0.94Ω。
此數(shù)值離接地內(nèi)阻R≤0.5Ω還有差別，故繼續(xù)采用N方案解決。
（6）N方案：在該變電廠周圍共打6口深井,單口深井100m,孔徑0.1m,每井中的接地內(nèi)阻為3Ω左右,井距為
75m,井并聯(lián)地網(wǎng)部份的接地內(nèi)阻為1.59Ω,結(jié)果深井法可以使RT的增加系數(shù)為50%,最終該地網(wǎng)的接地內(nèi)阻為:
RN=K2?RT=0.5×0.94=0.47Ω
（7）試驗(yàn)初驗(yàn)：完工后,用部頒標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初驗(yàn)，電壓線按5倍對(duì)角線放線,放線寬度為500m,電流線300m,無
論是大電壓、異頻方式測(cè)試接地內(nèi)阻都是0.47Ω,達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。
5注意事項(xiàng)
三維方式施工,必須嚴(yán)格按A-T-N三個(gè)步驟進(jìn)行，A達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，能夠做T，T達(dá)到目標(biāo)再做N，如那種
環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，應(yīng)及時(shí)查出緣由，達(dá)不到目標(biāo),不要向前進(jìn)行。
6推論
（1）用三維法可使地網(wǎng)底泥內(nèi)阻率在300Ωm，地網(wǎng)面積在的情況下不擴(kuò)網(wǎng)、不外引，可使工頻接
地阻抗減小到0.5Ω以下；
（2）地網(wǎng)壽命可達(dá)到20年。
