三維方式設計變電廠的接地內阻
陳光輝1江建武2
（1上海書記科防雷技術有限公司，北京）
（2北京供電局變電部，北京）
【摘要】用三維方式設計變電廠的接地阻值，可使接地內阻比傳統設計愈發確切,結合現有國外外接地新材料.新技術,新
工藝,可使變電廠接地網接地內阻達到最佳療效
【關鍵詞】三維地網設計、新材料,新工藝施工。
序言
目前，因為征地等誘因，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，那些地方常常內阻率很高，欲在這樣的地方不擴網、不外引，在原地使其工頻接地內阻達到
規程要求標準，用常規方式很難實現。我公司在實踐過程中，采用三維方式設計，即A-T-N方案，成功解決了
底泥內阻率300Ωm，占地面積為情況下的接地內阻R≤0.5Ω的國家規定標準。
1A方案
用常規的方式實現工頻接接地內阻RA，主要是用于解決地網的電位分布均勻,均衡最大值下的沖擊電流，以
及增加水平網的工頻接地內阻，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格式接地網的接
地內阻,它是在不擴網、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]有關規定的公式進行。
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的接地內阻（Ω）；
Re—等值（即等面積、等水平接地極總寬度）圓形接地網的接地內阻（Ω）；
S—接地網的總面積（m2）；
d—水平接地極的半徑或等效半徑（m）；
h—水平接地極的敷設深度（m）；
LO—-接地網的邊沿邊線總寬度（m）；
L—水平接地極的總寬度（m）。
簡化后的估算方式：
Ra′=0.5ρ（5）
式中：ρ—土壤內阻率（Ωm）；
S—地網面積（m2）。
上式公式中，aR和底泥內阻率ρ成反比電阻并聯計算公式，和地網占地面積S成正比。假如取p=300Ωm，欲達到R=0.5Ω面
積S則必須達到。
在正方型接地網中,當網格數超過16個時，基本（1）式=（5）式；當網格數多于16個時，aR＞R′a。
臺灣川漱太朗公式為：
′
=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—埋設深度（m）；
A—接地網總面積（m2）；
K1、K2—系數，見圖1。
圖1K1、K2系數
A:t≈0時；B：t≈
10
時；C：t≈
時
舉例說明：ρ=100Ωm，接地線直徑r=0.0035m，敷設深度h=0.5m。
參數：網狀電極周長a=b=150m，網狀間隔m=30m，網格孔數n=25，L全長1800m,面積A=。估算
數值見表1。
表1我國公式與美國公式估算結果
公式我國公式Ra臺灣公式Ra
結果0.33598Ω0.Ω
我國公式比美國公式估算下來偏小，二者偏差在14%，實際上，測出的接地內阻可能大些，由于該公式不考
慮接觸系數，設計時，應減去接觸系數K。
垂直接地體的作用：在網狀接地體打上好多2.5m深的型鋼,降阻療效很不顯著,在電力接地系統接地技術一文
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—園盤的長度(m)。
按照估算,在大小型地網中,垂直接地體對減少接地內阻所起的作用很小，只有2%～8%，見表2。
表2大小型地網中2.5m長的垂直接地體對減少接地內阻所起的作用
接地網面積m2102500900
中國公式估算2.8%3%3.2%5.7%8%
實際試驗3%
可見，2.5m長的垂直接地體對整個地網增加作用很小,但對于小的地網還是有些療效。(實際試驗是在高明
祿堂變電廠的現場試驗結果)
2T方案
T方案包括以下三種形式:
擴網、外引接地網及埋設降阻劑等方式來實現工頻接地內阻TR。
此文對擴網和外引接地網增加工頻接地內阻方式暫不表述。只談用降阻劑的方式來增加接地內阻。
目前我國生產的降阻劑品種好多,但基本上分為兩種類型。物理型降阻劑和化學型降阻劑。
2.1物理降阻劑
它是慢滲透型、強滲透型離子流降阻劑。前一時期多采用精鹽、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、硫酸鉀等導電材料，加上硅酸鹽水泥、生石灰等無機物和瀝青材料，鉻木制素等有機
物，在引起劑的作用下發生聚合反應，生成具有網狀分子結構的高分子絡合物，它靠包圍于高分子網路中的電解
質導電。其主要降阻作用是改善接地體周圍的底泥條件,增加底泥內阻率。
2.2化學性降阻劑
他包含澎潤土降阻劑，導電混凝土、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
穩定,有效期40年以上。主要用擴大接地體半徑和降低接觸內阻來實現降阻的目地,主要產品有以下幾種:
（1）膨潤土降阻劑。它是以膨潤土為基料，加入一定比列的添加劑，對金屬有保護和防腐功能，是目前最
流行的常用固體降阻劑。
（2）導電水泥。導電水泥以水泥為基料，加入導電無機脂類，或非電解質的固體粉末為導電材料，對接地
體無腐蝕。
（3）降阻模塊。它是一種以石墨為導電材料加上其它無機材料用水調制后土體而成的固體導電物質。
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效應，使產品質量下滑，造成降阻
劑療效隨時間大跌，甚至污染環境，使地網嚴重腐蝕。使用不到3年地網就磨損破裂，有一些施工隊則不按要求
施工,使降阻劑療效不理想等。各類廠家出于商業廣告的誘因,把降阻劑說得神乎其神,有的說可達到（0.1～0.2）
AR，當底泥內阻率低于600Ωm時，說能達到（0.08～0.1）AR，實際上很難實現，理論上固體降阻劑增加接地
內阻的百分率為:(按水平埋設接地極估算)
12
ln2
ln
dd
（8）
式中L—水平接地寬度（m）；
1d—圓鋼加埋設降阻劑后的半徑（m）；
2d—圓鋼半徑（m）。
像大洲變電廠地網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10～15kg降阻劑,
使等效半徑1d=0.1m，則增加內阻的百分率為：
20
1ln208.1017.7458
ln228018.4
0.10.016
u0000
這是按理論估算下來的數值，實際上通常的固體降阻劑對于GIS站等地網，因為施工條件等誘因,增長30%～
40%就很不錯。
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，降阻療效能達到(0.3～0.4)R1，但受氣侯因
素影響很大,易溶化于水產生離子,(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,性能不穩定,有效期僅有幾年，能不用的盡量不用，在鐵塔、微波塔遠離建筑物的地方電阻并聯計算公式，因為入
地工作電壓不大可以使用。
各類降阻劑的實際試驗療效見表3。
表3各類降阻劑的實際降阻療效
序號降阻劑名稱
接地極水平埋
設厚度(m)
接地內阻
值（Ω）
增加百分
數%
備注
1JFC-1型長效防腐接地降阻劑933443天后測試
2HK化學型接地降阻劑93540
3天后測試
3CJ-I稀土降阻劑93
4423天后測試
4LRCP液體降阻劑9236011天
5原土95803天后測試
通常來說，T方案減少的系數K2應在0.4左右較為合適。
3N方式
當用T方案后仍不能達到指標要求，再使用N方案，N方案就是用深井法形創立體接地網。深井法是我公司熟悉且比較有效的方式,理論上實踐上都已否認。如北京大浪、新田。廣州的高明5個變電
站、清遠的升平、廣東省13個市、遼寧、吉林、黑龍江等小型變電廠接地內阻用該方式都已改建成功。
理論根據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K2是深井的增加接地系數，大量的理論和實踐
證明，K2最大可以達到0.5。
我們把T的系數K1取0.4，N的系數K2取0.5，則總的增加系數最大值為0.2,則（3）式經三維估算后改為
K=K1?K2
=0.5?=0.5×0.2
Rρρ
（9）
4實例估算
我公司在廣州節電力局博羅供電公司大洲變電廠進行了設計并施工,其參數如下:
（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
圖設計方案,介紹底泥內阻率為400Ωm，地面深度5.5m以上均為粉質黏土，含少量砂礫和卵石，5.5～23.6m為粉
土，再下為碳燒統灰巖，在這樣的地質條件和不擴網條件下，欲達到接地內阻R≤0.5Ω的國家規定標準，是非常
困難的。
（2）實現目標：
1）在原地網面積內實現工頻接地阻抗R≤0.5Ω；
2）邁步電流VC≤270伏（接地漏電時間≤1s，人站在水泥地上），
接觸電流VJ≤345伏（和上式相同）；
3）地網壽命≥20年。
（3）設計思路。由于本地網內阻率較高，用常規的方式很難實現工頻接地阻抗的指標,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際上最先進的設計方案通稱A?T?N方案,采用三步驟
來達到減少接地內阻的目地。
該地網參數如下：地網面積A=4800m2，地網邊沿寬度L0=280m，地網全長L=1500m，埋深
h=0.8m，接地極半徑d=0.016m，底泥內阻率ρ=233Ωm(實測值)。
（4）A方案估算：按（5）式估算Ra的內阻為
0.50.52331.68
4800aR
ρ×
===Ω
其實，接地內阻不合格，離接地內阻標準R≤0.5Ω相差太遠，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，是經國家有關部門檢驗合格的產品，造價比ALG離子接地棒略高。
我們首先采用更換導電土，之后再使用固體和固化后的液體降阻劑，嚴格按新施工方式施工,做完后的增加
系數為56%，按此估算該大洲變電廠接地內阻為：
10.561.680.934TAR=KR=×=Ω
中國防雷信息網《中國雷電與防護》網絡版2007No.1,
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實際測試為0.94Ω。
此數值離接地內阻R≤0.5Ω還有差別，故繼續采用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,每井中的接地內阻為3Ω左右,井距為
75m,井并聯地網部份的接地內阻為1.59Ω,結果深井法可以使RT的增加系數為50%,最終該地網的接地內阻為:
RN=K2?RT=0.5×0.94=0.47Ω
（7）試驗初驗：完工后,用部頒標準進行初驗，電壓線按5倍對角線放線,放線寬度為500m,電流線300m,無
論是大電壓、異頻方式測試接地內阻都是0.47Ω,達到了國家規定的標準值。
5注意事項
三維方式施工,必須嚴格按A-T-N三個步驟進行，A達到預定目標，能夠做T，T達到目標再做N，如那種
環節出現問題，應及時查出緣由，達不到目標,不要向前進行。
6推論
（1）用三維法可使地網底泥內阻率在300Ωm，地網面積在的情況下不擴網、不外引，可使工頻接
地阻抗減小到0.5Ω以下；
（2）地網壽命可達到20年。
