變電所站接地裝置存在的問題

（放熱焊接模具圖）

1、變電所接地網存在問題
　　隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，接地短路電流越來越大，接地網的問題也越來越突出，接地網的問題往往造成事故或使事故擴大。經對多座變電所的調查分析，其接地網主要存在以下一些問題。

　1.1接地網的均壓問題
　　通過對若干座變電所接地網的電位分布測試，發(fā)現接地網的均壓大多不符合要求，特別是橫向電位分布，電位梯度大，跨步電壓超標。這是由于在接地網設計時把接地電阻作為主要的技術指標，而忽略了地網的均壓和散流、或只用長孔地網而很少用方孔地網計算，特別是沿電纜溝沒有均壓措施。由于地網的均壓不好，在短路電流或沖擊電流入地時就會造成地網的局部電位升高，高壓向低壓反擊燒壞微機控制設備或低壓控制回路。

　1.2設備的接地與地網之間的連通問題
　　對于運行中的若干座變電所進行全面檢查和試驗，發(fā)現存在的最大問題不是接地網的各項技術指標，而是變電所內的電氣設備與接地網的連接問題，對1座220kV變電所、2座110kV變電所和6座35kV變電所的檢查，發(fā)現110多處設備接地與接地網不通，或連接不良，這里既有變壓器、斷路器、也有隔離開關、避雷器等，特別是有一座110kV變電所，發(fā)現110kV電壓互感器和避雷器間隔的接地與地網不通，35kV電壓互感器與避雷器間隔與地網也不通。這個變電所在此之前曾多次發(fā)生雷擊時燒壞斷路器、隔離開關、互感器和套管，而避雷器不動作。原來這個變電所的避雷器根本就沒有與主地網連接。在此種情況下即使避雷器動作，也同樣會出現由于接地不良殘壓高而損壞其他設備。造成上述情況的主要原因如下：
　　設備的接地引下線與地網焊接不良，焊接頭焊口長度不夠，且大多為點焊，經過長時間的腐蝕，從焊口處開路。
　　接地網水平接地體的接頭處焊接不符合要求，經過長時間的腐蝕形成電氣上的開路。
　　變電所擴建時沒有擴建接地網，而是把新投設備的接地線直接接到電纜溝的接地帶。由于電纜溝內陰暗潮濕，容易發(fā)生腐蝕，一旦電纜溝內接地帶焊接頭因腐蝕斷開，那么串接的設備接地就失去了與接地網的連接。
　　設備接地引下線的截面小，經過長時間的銹蝕，從地下銹斷。
　　有些設備接地引下線與設備外殼用螺絲連接，經過長時間會銹蝕，在連接處由于生銹形成開路。
　　一些設備通過混凝士基礎或構架的內筋接地，而這些基礎或內筋在施工時又沒有進行可靠的電氣連接和試驗，從而造成了開路。
　　有的早期變電所接地網的水平接地體因腐蝕已多處銹斷，更有甚者，有些變電所根本就沒有接地網。

　1.3接地引下線及接地體的截面偏小滿足不了短路電流的熱穩(wěn)定
　　經檢查這種現象較為普遍，由于接地體或設備的接地引下線不能滿足短路電流熱穩(wěn)定的要求，在發(fā)生接地短路時，接地引下線往往被燒斷，使設備外殼上有較高的過電壓，有時會反擊到低壓二次回路，使事故擴大。有的用戶就是因為設備的接地引下線截面不夠，在設備發(fā)生接地短路時，高壓竄入低壓回路，燒壞二次保護、控制電纜，使事故擴大。造成接地引下線或主接地體截面不夠的主要原因如下：
　　設計時只考慮當時電網的短路電流，沒有考慮到電網的發(fā)展，隨著接地短路電流增大，以致于設備的接地線已不能滿足熱穩(wěn)定要求。
　　設計時只考慮接地線的截面能滿足接地短路電流熱穩(wěn)定的要求，而沒有在壽命期內作腐蝕校核。經過若干年的腐蝕，接地線和接地體已不能滿足接地短路電流熱穩(wěn)定的要求。
　　有些變電所是經過若干次擴建而成的，對接地網或擴建部分的接地引下線，在擴建時僅考慮了新增部分，而對原來的地網和接地引下線沒有及時進行改造，以致于在一個變電所內，有部分設備的接地線和地網符合要求，而又有一部分接地線和地網不符合要求，這在不斷擴建的變電所存在此類問題較多。
　　對接地問題重視程度不夠，如一些設計就沒有進行接地短路電流的熱穩(wěn)定校核，而是套用圖紙，或者本著減少投資的前提出發(fā)，選用截面較小的接地線。
　　不按圖施工，因接地工程是一個隱蔽性工程，一旦施工完就不容易檢查，所以有的偷工減料，不按圖施工，在新建時留下事故隱患，這種情況在用戶變電所的接地工程施工中常見。
　1.4接地裝置的腐蝕問題
　　接地裝置的腐蝕是一個普遍存在的問題，變電所接地網最容易發(fā)生腐蝕的是接地引下線。由于腐蝕，接地線不能滿足接地短路電流熱穩(wěn)定的要求，或者形成電氣上的開路，使設備失去接地。還有電纜溝內的接地帶也容易發(fā)生腐蝕，尤其是各焊接頭。如果再串接有設備的接地引下線，則會造成若干設備或設備單元失去接地。

1.5水平接地體的埋深不滿足要求
　　標準規(guī)定水平接地體要埋深0.6m以下，可是通過開挖檢查發(fā)現許多水平接地體埋深不足0.3m，有的甚至浮在地表。由于水平接地體埋深不夠，往往會造成以下一些不良后果：
　　接地電阻受季節(jié)影響，尤其受土壤干濕度影響較大，由于表層土壤容易干燥，所以造成接地裝置的接地電阻不穩(wěn)定。
　　由于水平接地體的埋深不夠，就影響接地網的均壓，在發(fā)生接地短路時，地面的跨步電壓較大，對巡視人員構成威脅。
　　上層土壤的含氧濃度高，容易發(fā)生腐蝕，這也是水平接地體容易損壞的主要原因。

　1.6接地電阻超標問題
　　在檢查時發(fā)現有的變電所接地電阻超標，接地電阻超標主要有兩方面的原因，一是由于各種條件的限制，在變電所建成時接地電阻就超標，這些情況一般發(fā)生在山區(qū)變電所等土壤電阻率較高的地方；二是由于腐蝕使接地網部分和主地網斷開，由于腐蝕使接地體的電阻變大。

　1.7接地網的運行維護問題
　　對地面的電氣設備，規(guī)程都明確規(guī)定了大小修周期，即使實行狀態(tài)檢修，也要定期檢查和測試設備的各種性能，如不能滿足要求就會及時安排大修或小修。但是由于接地裝置常被埋在地下，不便于檢查，也很少受到人們的重視，即使試驗也僅僅是定期測量接地電阻，這樣就使許多接地裝置帶故障運行，有時直到事故發(fā)生后，才引起重視。

　1.8其他問題
　　比如接地體所用材質問題、設備的接觸電壓和微機控制系統(tǒng)的接地問題。這些問題也必須認真對待，及時整改。

2變電所接地裝置的改造
　　一旦發(fā)現變電所的接地裝置有問題后，就要進行改造，根據所要解決的問題，可以分為降阻改造、均壓改造、增容改造以及擴建改造等方案。但無論采用哪種改造方案，都與以下改造措施緊密相關。

　2.1防腐措施
　　2.1.1主接地網的防腐措施
　　采用降阻防腐劑。降阻防腐劑為弱堿性，pH值為10，而大多土壤為弱酸性，pH值為6，故可減弱對鐵元素的腐蝕作用。
　　采用導電涂料和鋅犧牲電極聯合保護，這個方法是將接地網涂兩遍的涂料，再連接犧牲陽極埋于地下。采用導電涂料能降低接地電阻值，而且能使接地網的接地電阻變化平穩(wěn)，比一般接地網少投資50%，能保護40年以上。
　　不同的地域選用不同材料：腐蝕較嚴重的變電站應選取銅材，腐蝕輕微的變電站宜選用鋼材。
　　采用無腐蝕性或腐蝕性小的土壤回填接地體，并避免施工殘物回填，盡量減小導致腐蝕的因素。
　　提高設計壽命，現在變電所接地裝置的設計壽命多為25～30年，顯得短了些。新建變電站接地裝置的設計壽命應提高到50～60年，從長遠看，一方面節(jié)省了接地裝置改造的投資費用，另一方面也提高了可靠性。

　　2.1.2接地引下線的防腐措施
　　涂防銹漆或鍍鋅。它屬于一般的防腐措施。
　　采用特殊防腐措施。包括在接地體周圍，尤其在拐彎處加適當的石灰，提高pH值；或在其周圍包上碳素粉加熱后形成復合鋼體。另外，在接地引下線地下近地面10～20cm處最容易被銹蝕，可在此段套一段絕緣，如塑料等，以防腐蝕。

　　2.1.3電纜溝的防腐措施
　　降低電纜溝的相對濕度，使其相對濕度在65%以下，以消除電化學腐蝕的條件。
　　接地體涂防銹涂料，但目前的防銹涂料只能維持兩年左右。
　　接地體采用鍍鋅或熱鍍鋅處理。
　　改變接地體周圍的介質。其具體做法是在電纜溝施工中將接地扁鋼三面澆注到混凝土中，對于各焊點再作特殊處理，如打磨焊渣、涂瀝青或用混凝土覆蓋。這樣處理可保證在40年內，電纜溝中的接地扁鋼不被腐蝕或僅有輕微腐蝕。

　2.2降阻措施

　　2.2.1充分利用自然接地體降阻
　　在接地工程中，充分利用混凝土結構物中的鋼筋骨架、金屬結構物以及上下水金屬管道等自然接地體，是減小接地電阻、節(jié)約鋼材以及達到均衡電位接地的有效措施。此外，在人工接地網的設計和施工中，為了充分發(fā)揮自然接地體的降阻作用，應盡量減少人工接地體對自然接地體的屏蔽作用。
2.2.2外引接地裝置
　　當距變電所1～2km以內有較低電阻率的土壤時，可敷設外接地極來降低接地電阻。特別是一些變電所為了節(jié)約耕地，建在山坡上，土壤電阻率比較高。如江蘇盱眙縣110kV變電所的土壤電阻率高達1500Ωm，且下層土壤的土壤電阻率更高。通常變電所占地面積最大者不超過100×100m2，如想在所內把工頻接地電阻降到合格值0.5Ω以下可能性極小。若在變電所1～2km范圍內有土壤電阻率比較低的地方（ρ≤800Ωm），則可以在低電阻率的地方鋪設專門用于降阻的接地裝置，然后用2～3根水平接地體與變電所的人工接地網可靠的連接，起到有效的降低工頻接地電阻的作用。特別應說明的是，無論是專門用來降阻的外引接地裝置，還是外引連接線，其埋深都要達到1.2～1.5m以下；另外，連接線和外引接地裝置的截面還應滿足要求，并做好防腐處理。如用1個外引接地裝置不能把接地電阻降到合格范圍，可根據現場實際情況，設置3～4個引外接地裝置。
　　2.2.3采用深井式接地極
　　當地下較深處有土壤電阻率較低的地質結構時，可采用井式或深鉆式接地極把平面地網做成立體接地網。利用下層低電阻率的地層來降阻，根據地質結構又可分為如下三種情況。
　　當土壤為均勻土壤，上下層的土壤電阻率ρ值變化不大，但地面由于受面積或地形的限制無法外延，只有向下發(fā)展時，可采用深井壓力灌降阻劑的方法建成立體接地網。這樣，流過大地的電流向垂直和水平方向擴散，在均勻電阻率的土壤中呈半球形等電位面擴散，充分利用電流垂直方向的擴散分量，可將較大的電流引入地的深層。
　　當土壤為不均勻土壤，土壤在垂直于地面的方向上分層，但下層土壤的電阻率遠遠小于上層土壤的電阻率時，一般為地下有各類金屬礦藏、石墨、煤等的土壤。這時可把豎井打到下層土壤內，充分利用下層較低電阻率的地質層來降阻。此外，為了充分利用下層較低電阻率的地層來降阻，應多布置一些垂直接地極，并且接地極深入下層土壤的深度要大一些，但深井接地極也有互相屏蔽的問題，布局時要盡量減少屏蔽。
　　土壤為不均勻土壤，但下層的土壤電阻率高于上層的土壤電阻率，這種地質結構多為山區(qū)，上層為土壤，下層為巖石。這種情況下，因深井法打井的費用要比水平接地體高許多倍，且降阻效果還沒有水平接地體的效果好，應采用外延擴網的辦法降阻。

　　2.2.4擴網及設置水下接地網
　　如果條件許可的話，擴大接地網面積和設置水下、水底、岸邊接地網是降低接地電阻最有效的常用方法。尤其是對于山區(qū)變電所，土壤電阻率一般比較高，地方又狹小，當沒有辦法用擴網來降低接地電阻時，應優(yōu)先在就近的水中（井水、池水、含鹽量較大的河水）建立水下接地網。特別指出的是，對于水下接地網，當水域寬闊時，首先應盡可能增大占用水域的面積，其次才向水域的長度方向發(fā)展；另外，水下接地網應與自然接地體保持足夠的距離，以減少相互屏蔽的影響。
　　2.2.5填充降阻劑人工改善土壤電阻率
　實踐證明，人工改善接地裝置附近的土壤電阻率是降低接地網工頻接地電阻常用的有效措施。目前改善土壤電阻率的方法是換土法、工業(yè)廢渣填充法和降阻劑法。其中最常用的是降阻劑法，即在接地體周圍埋置長效固化降阻劑。

　2.3均壓措施
　　在高壓配電裝置的地面下，設置水平敷設的人工接地網，接地網的外緣閉合，網內設置均壓帶；盡可能地將建筑物的鋼筋、埋于地下的金屬管道以及其他可利用的金屬結構物等連成通路，且與接地網可靠連接。采用前一項措施，可將接地網內的最大接觸電勢降低到（0.1～0.15）Uw（Uw為接地短路時產生的接地電位）；采用后一項措施，是為了造一個均衡電位接地系統(tǒng)，避免出現危險的電位差。
　　此外，為使接地網電位分布均勻，設計接地網時應盡量采用方孔接地網或不等間距接地技術，并嚴格保證施工質量。
3結束語
　　綜上所述，變電所接地工程，是一項非常重要的系統(tǒng)工程，必須加以重視，統(tǒng)籌考慮，并認真分析已發(fā)現的以及有可能存在的各種接地問題；同時，還應根據具體的地形、地質情況，綜合對比分析各種防腐、降阻措施在功能、成本以及運行維護等方面的特點，從中選擇最優(yōu)方案，并靈活采取多種措施，將接地電阻降至規(guī)程規(guī)定，從而最終確保變電所的人身和設備安全。