CN109217061B - 一种接地网的降阻方法 - Google Patents

Abstract

一种接地网的降阻方法，包括以下步骤第一步，通过钻井机打若干斜井和直井，所述斜井和直井均设置在接地网的下方；第二步，在直井和斜井中插入接地极，所述接地极的上端与所述接地网焊接；第三步，每一所述接地极外包覆设置有半导体液态材料，此方法可使半导体液态材料将地下大范围的土壤内部沟通，加强接地极与土壤或岩石的接触，较大幅度地降低接地电阻。

Description

一种接地网的降阻方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别涉及一种接地网的降阻方法。

背景技术

发变电站的接地系统是保证电气设备安全运行和人身安全的重要举措。电力工程建设伊始，电气装置的接地系统就与电气装置的一、二次回路和电气设备不可分割的相互依存。随着大容量、远距离的高压、超高压和特高压电网的相继出现，系统接地短路电流愈来愈大，发变电站接地网上的电位升变得越来越高。无疑，这对保障人身和一次设备以及抗干扰能力较低的电子监控装置安全的发变电站的接地系统提出了更高和更新的要求。建国初期，自主研究的电力工程接地技术几乎一片空白。在接地工程设计方面，由于对多层、复杂地质结构土壤认知不足，以及计算手段的匮乏，常常出现接地工程施工之后，实测的接地装置的接地电阻和设计值大相径庭。加之对于接地电阻这一技术参数认识的片面，往往花费大量的财力物力来追求其数值的降低，同样由于对土壤复杂性了解不够，结果降阻效果不佳，致使工程存在隐患。同时由于缺少土壤对接地装置腐蚀的了解，使得接地装置的寿命与地面电气装置的寿命明显失调。这既造成了资源的浪费也酿成了电力系统事故的滋生，给国民经济造成了损失。

随着对接地技术重要性认识的提高，国内外学者、工程技术人员都在这个领域进行了深入的探索和研究。电力工程接地技术今天已有了长足的进展。电气工程接地的标准，也由从前全面照搬国外的状态，逐步充实了符合国情、符合实际的科学技术内容。目前电气工程接地技术已成为涉及电气工程、电气安全、电化学、地质勘探、电磁场与数值计算等学科相关的交叉学科，取得了很大的进步。

电力系统发生短路故障或是其他大电流入地时，如果地网的接地电阻较大就会造成地网电位异常升高。如果接地系统设计不合理，还会导致接地系统本身局部电位差超过安全值。如此，除给运行人员人身安全带来威胁外，还很可能因反击或电缆皮环流使得二次设备的绝缘遭到破坏，高压窜入控制室，轻则导致监测和控制设备发生误动或拒动，重则破坏监测设备从而扩大事故，造成巨大的经济损失和社会影响。国内外曾发生的类似事故举不胜举。国家电网安监部门调查表明，由于接地系统未达到要求所导致的事故或事故扩大，每发生一次的直接经济损失一般在500万～5000万元人民币之间，由此造成的社会效益损失更是巨大的。

变电站接地的好坏直接关系到人身和设备的安全，接地网不但要满足工频短路电流的要求，还要满足雷电冲击电流的要求。接地网不满足要求曾引起了不少事故，而事故原因既有接地电阻方面的问题，也有均压方面的问题。没有降阻措施该地网的均压、接地电阻均不能满足要求，所以为保证接地网的可靠必须采取降阻措施。

深井接地极降阻技术应用之前可以采取的降阻措施主要有：

1.扩大接地网的面积

2.外引接地

3.增加接地网的埋设深度

4.填充电阻率较低的物质或降阻剂人工改善土壤电阻率

以上降阻措施局限性显而易见。扩大接地网面积和外引接地的降阻措施，降阻效果较好，但必须扩大征地范围，业主单位需要付出昂贵的征地成本。增加接地网的埋设深度，降阻效果不明显，而且前提必须是该地区土壤电阻率与深度成反比，另外施工成本将大幅增加。填充电阻率较低的物质或降阻剂人工改善土壤电阻率，该项降阻措施主要解决的是金属导体与土壤的接触问题，经计算只能降低接地电阻的2％-6％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接地网的降阻方法，不但可以很大程度的降低接地电阻、跨步电压和接触电压等参数，而且投资较少。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种接地网的降阻方法，包括以下步骤

第一步，通过钻井机打若干斜井和直井，所述斜井和直井均设置在接地网的下方；

第二步，在直井和斜井中插入接地极，所述接地极的上端与所述接地网焊接；

第三步，每一所述接地极外包覆设置有半导体液态材料。

通过采用上述技术方案，此方法可使半导体液态材料将地下大范围的土壤内部沟通，加强接地极与土壤或岩石的接触，较大幅度地降低接地电阻。

作为本发明的改进，在第三步中具体包括

选用导体金属作为接地极，所述接地极为中空设置且其内开设置有若干通孔；

将半导体液态材料通过高压注入金属管中。

通过采用上述技术方案，将半导体液态材料通过高压注入中空的导体金属管中，由于金属管内开设置有若干通孔，半导体液态材料会从通孔内喷出，从而形成树根状结构，增大接地极与地基的接触面积。

作为本发明的改进，所述导体金属包括若干节，且彼此焊接。

通过采用上述技术方案，具有施工简单、便捷的特点，伸入一根金属管焊接一根金属管。

作为本发明的改进，接地网的外圈和次外圈的金属导体上包裹畅销防腐物理石墨合成材料。

作为本发明的改进，所述斜井的直径为0.15m、深度为50-60米、倾斜角为15-45°；所述直井的直径为0.15m、长50-60m。

作为本发明的改进，所述直井设置为四个，且分布在接地网的四个角。

作为本发明的改进，所述半导体液态材料包括石墨和水混合物。

综上所述，本发明具有以下有益效果：在制裂后的深井中插入垂直接地极，同时将长效防腐物理石墨合成材料高压注入深孔及缝隙中，此方法可使长效防腐物理石墨合成材料将地下大范围的改善土壤特性，加强接地极与土壤或岩石的接触，形成较大范围的低电阻率区域。

附图说明

图1是降阻方法的流程图；

图2是降阻结构的示意图；

图3是常规接地网结构示意图；

图4是常规接地网跨步电压仿真图；

图5是常规接地网接触电压仿真图；

图6是改进后接地网跨步电压仿真图；

图7是改进后接地网接触电压仿真图

图中，1、接地网；2、接地极。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种接地网1的降阻方法，参照图1所示，包括以下步骤

第一步，通过钻井机在接地网1的下方开设若干斜井和直井；

常规的接地网1采用40mm×4mm的紫扁铜、垂直接地极2采用直径18mm，长2500mm的铜覆钢棒，按5m间距布置均压带，埋深为0.85m，因此斜井的直径为0.15m、深度为50-60米、倾斜角为15-45°；所述直井的直径为0.15m、长50-60m，其具体的设备可根据施工地质情况作出适应性的调整，并且分别设置直井和斜井增加接地极2的接触面积，所以较佳的井位基本采用均匀布置。

第二步，在在直井和斜井中插入接地极2，所述接地极2的上端与所述接地网1焊接；由于井深约50m以上，因此，在插入接地极2时井会依次贯穿土层、卵石层以及地下水层，由于水的最佳的导体，因此可增加降阻效果，接地极2在排布时，以6m为单位依次焊接伸入井下。

第三步，选用金属导体作为接地极2，该金属导体中空设置并开设有若干通孔；

在深井接地极2其中的几根中通过特殊技术加入离子接地极2和专用填充料，以优化单极阻值，还可以再放入角度和深度有一定偏差的接地极2，形成复合接地极2以增大优良土壤的体积。

第四步，将半导体液态材料通过高压注入金属管中；

半导体液态材料可选用防腐物理石墨合成材料和水以及其他导体材料的混合物，搅拌形成黏糊状液态材料，在通过高压注浆将材料注入接地极2内，通过通孔扩散至外围，从而在深井中形成树根形状，以增加与底层的接触面积，并且也可在接地网1的外圈和次外圈的金属导体上包裹防腐物理石墨合成材料。

施工完成后，接地网1的具体结构参照图2所示。

举例说明。

该案例以秦皇岛新建的110KV变电站为例。

(1)该变电站的概况：该变电站接地网1面积约为38m×61m共约2318平方米。

下表给出了所需接地线的截面积要求：

表格中接地线截面积为能满足热稳定的最小截面积，接地线选型如下：

考虑到电网发展和腐蚀率等因素，该站接地网1水平接地线的设计(水平接地极2采用40mm×4mm的紫扁铜规格，按5m间距布置均压带，埋深为0.85m。)

使用加拿大SES公司的CDEGS软件进行分析计算，当地网周边均布长度为2.5米或9米的垂直接地极2时，分别计算其主地网的接地电阻，计算结果表明垂直接地极2的长度在2.5米至9米范围内变化时主地网的接地电阻变化很小，变化幅度在2％以内。因此该站采用直径18mm，长度2500mm的铜覆钢棒即可。

根据土壤电阻率公式p＝2πaR计算出土壤电阻率p，并且依据该站接地网1占地为38m×61m约2318m2，其接地电阻与较深层土壤结构有关，为了解更深层土壤的情况，以便为该站接地网1降阻方案提供依据，我们用温纳四极法，采用不同的极间距(测到80m间距)，对该站的土壤电阻率重新进行了测量。测量结果见表1。

表1该站土壤电阻率测量结果

序号	极间距(m)	视在土壤电阻率(Ω·m)
			1	0.5	916.88
2	1	773.84
			3	2	406.46
4	3	298.39
			5	5	230.94
6	7	199.35
			7	10	186.54
8	15	178.56
			9	20	180.64
10	30	214.17
			11	40	245.70
12	50	285.26
			13	60	321.56
14	70	347.93
			15	80	374.31

计算所得的两层土壤分层结构结果见表2。

表2土壤分层结构计算结果

	分层厚度/m	土壤电阻率/Ω·m
			顶层	1.09	896.84
中间层	55.53	235.59
			底层	→∝	379.45

根据土壤结构的分层计算结果，可见该站区域土壤分布情况。

根据设计文件的要求，该粘接地网1的接地电阻应不大于0.43Ω。

根据招标文件提供110kV短路时间2s。取1m深土壤电阻率896.84Ω·m和敷设沥青混凝土或砾石(土壤电阻率为5000Ω·m)时的接触电压、跨步电压允许值见表3。可见采用高电阻率的沥青混凝土或砾石可以提高人体安全电压耐受值。

表3接触电压和跨步电压允许值

	接触电压Ut(V)	跨步电压Us(V)
			表层土壤	230.84	566.96
沥青混凝土或砾石	724.1	2597.93

(2)常规接地网1的接地电阻、接触电压和跨步电压计算值：

接地材料对接地电阻的影响较小；如果水平接地极2采用40mm×4mm的紫扁铜、垂直接地极2采用直径18mm，长2500mm的铜覆钢棒，按5m间距布置均压带，埋深为0.85m，接地网1见图2中的a部分示图。经软件计算和经验调整，在不采取特殊降阻措施的前提下参照图4和图5所示：

a.接地电阻理论值为2.38Ω，远大于0.43Ω；

b.在流经接地装置的入地短路电流(以下简称短路电流)为4.65kA前提下，该110kV变电站范围跨步电压最大值为768V左右(具体见图4跨步电压计算图)，站内最大跨步电压为384V左右，不满足要求(参表3)；

在短路电流为4.65kA前提下，该110kV变电站范围内接触电压最大值为4789V左右(具体见图5接触电压计算图)，站内最大接触电压为1605V左右，不满足要求(参表3)。

(3)采用本降阻方案施工后

a.站内增设接地极210-12根，利用钻机打6-8眼直径150mm、长50--60m、倾角15--45度的斜井和4眼直径150mm、长50--60m的直井(详见图2井位布置图)。井位基本采用均匀布置，其中斜井方向和深度和现场情况做调整。在制裂后的深井中插入垂直接地极2，同时将长效防腐物理石墨合成材料高压注入深孔及缝隙中，此方法可使长效防腐物理石墨合成材料将地下大范围的土壤内部沟通，加强接地极2与土壤或岩石的接触，较大幅度地降低接地电阻；

b.在深井接地极2其中的8根中通过特殊技术加入离子接地极2和专用填充料，以优化单极阻值；

c.在深井接地极2其中的4根旁再放入角度和深度有一定偏差的接地极2，形成复合接地极2以增大优良土壤的体积；

d.根据深井接地极2的效果也可在主地网最外圈和次外圈的金属导体上裹一定体积的长效防腐物理石墨合成材料。

可获得效果：

a.接地电阻理论值为0.41Ω，小于0.43Ω；

b.跨步电压值得到很大改善，在流经接地装置的入地短路电流(以下简称短路电流)4.65kA前提下，该110kV变电站范围跨步电压最大值为45V左右(具体见图6跨步电压计算图)，站内最大跨步电压为40V左右，满足要求；

接触电压值得到很大改善，在短路电流为4.65kA前提下，该110kV变电站范围内接触电压最大值(约在地下30m深)为1040V左右(具体见图7接触电压计算图)，站内最大接触电压为70V左右，满足要求。

为了综合扩大接地网1面积和深井接地两方面的优点，我们进行了斜深井接地极2的理论研究和现场实践，取得了很好的效果，属于较大的创新点。斜深井接地极2不仅可以起到深井接地极2的作用，而且在无需扩大征地的基础上在地下扩大了接地网1的面积，一举两得。斜深井接地极2相互之间的屏蔽作用比垂直深井接地极2小得多，所以斜深井接地极2的应用更加灵活。可以较大幅度的降低接地网1的接地电阻、跨步电压和接触电压等参数，是理想的工程技术。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种接地网的降阻方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，通过钻井机打若干斜井和直井，所述斜井和直井均设置在接地网（1）的下方；

第二步，在直井和斜井中插入接地极（2），所述接地极（2）的上端与所述接地网（1）焊接，直井与斜井中的接地极（2）的上端在接地网（1）的边缘处相连接，形成复合接地极，两个接地极（2）的角度和深度有一定偏差；

第三步，选用金属导体作为接地极（2），所述接地极（2）为中空设置且其内开设置有若干通孔；将半导体液态材料通过高压注入金属管中，每一所述接地极（2）外包覆设置有半导体液态材料，所述半导体液态材料包括石墨和水混合物；

接地网（1）的外圈和次外圈的金属导体上包裹防腐物理石墨合成材料。

2.根据权利要求1所述的一种接地网的降阻方法，其特征在于：所述金属导体包括若干节，且彼此焊接。

3.根据权利要求1所述的一种接地网的降阻方法，其特征在于：所述斜井的直径为0.15m、深度为50-60米、倾斜角为15-45°；所述直井的直径为0.15m、长50-60m。

4.根据权利要求1所述的一种接地网的降阻方法，其特征在于：所述直井设置为四个，且分布在接地网（1）的四个角。

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