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关于接地降阻措施的研究

作者:众彩网 来源:本站原创 日期:2020-11-07 10:38 点击: 

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  第五章 关于接地降阻措施的研究 随着电力系统的发展,接地短路电流越来越大,接地装置对设备 和人身安全的影响也越来越大。在山区、高土壤电阻率地区如何 有效地降低接地装置的接地电阻,如何用较少的投资获得较大的降 阻效果,目前仍然是电力系统中广大工程技术人员面对的主要技术 难题。对发电厂、变电所接地装置的降阻措施, DL/T621-1997 《交流电气装置的接地》推荐了四种主要的降阻措施,但这四种措 施如何根据现场实际情况正确、合理的使用则不是一件容易的事, 在实际接地工程中就曾发生过因采用的降阻措施与现场实际不符 而造成投资大收益小的事情。还有一些在降阻措施使用不当而造 成高电位外引留下安全隐患的,因而有必要对每种降阻措施的作 用、适用场所和应注意的问题进行深入的分析和研究,采用技术经 济分析的方法,具体的工程,具体对待, 在保证设备和人身安全 的前提下,结合具体的工程情况和现场实际,特别是现场的地质、 地势情况,土壤电阻率分布以及具体的工程要求,找出最佳的降阻 措施,找出正确合理的降阻方法达到有效降低接地装置接地电阻的 目的。 一、降低接地电阻的措施及应用分析 1、外延接地及其应用 在DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中首推的降阻措施 为 : 在高土壤电阻率地区 , 当在发电厂、变电所 2000m 以内有较低 电阻率的土壤时 ,可敷设引外接地极 ;这就要求在确定降阻方案时 要对发电厂、变电所周围进行认真的勘探、测量,测量出发电厂、 变电所四周土壤电阻率沿水平方向上的分布,找出土壤电阻率较低 和适合做引外接地的地方。因为在山区、丘陵地区土壤电阻率在 水平方向上大都呈不均匀分布,即总有一些地方的土壤电阻率相对 较低, 可以的引外接地。在降阻措施中外延接地是最简单有效的, 也是在接地工程中最常应用的措施。 在决定外延接地时应首先根据可利用来做外延接地的地形、面积、 土壤电阻率和接地装置应降低的电阻值来决定外延接地的大小。 ? R ? 0 . 5 外延接地部分的接地电阻可用面积公式 进行计算,但要注 A 意该公式是在地网的网格达到一定的密度时,才可达到的值,一般 情况是达不到该值的,只是如有可能可应用该公式确定外延接地 的大致数值。如外延接地以水平地网为主且边缘闭合时,可由下式 B? 1 h 1 ? 4.6 s (5-1) (5-2) ? ? S (ln ? 5B) Re= 0.213 (1 ? B) ? 2?L 9hd s ?1 =[3ln Rg= L0 S Re ? 0.2] S L 0 (5-3) ?1 (5-4) 式中 h--水平接地体埋深,m s--地网面积,m2 L—水平接地体总长度,m L0—接地网的外延长度,m ρ—平均视在土壤电阻率,Ω.m d—水平接地极的直径或等效直径,m Rg—等值方形地网的接地电阻,Ω Re—任意形状边缘闭合接地因的接地电阻,Ω 对于边缘不封闭的外引接地可用下式计算其接地电阻, ? L2 Rg ? (ln ? 0.6 ? A) 2?L hd 式中 (5-6) ρs—外延处的地表土壤电阻率,Ω.m t—接地短路电流持续时间,s uk—跨步电压,V 对外延接地的跨步电压在外延接地设计时应进行最大跨步电 压的计算,外延接地的跨步电压可按下式计算。 最大跨步电压为: Usmax ? Ks max Ug (5-7) 式中 U --最大跨步电压,v K --最大跨步系数 对边缘闭合的地网 L0 1 L n ? 2( )( )2 L0 4 S (5-8) (5-9) (5-10) B ? 0.1 n n ? 2 1.14 S B a 2 ? 0.35( ) ( ) n 30 Ks max h 2 ? (h ? 0.4)2 20.4S ? (1.5 ? a 2 )Ln ( 2 ) ( ) (5-11) 2 L n h ? (h ? 0.4) dh 式中 n—地网网孔数 L—水平接地体总长度,m L0—接地网的外延长度,m h--水平接地体埋深,m s--地网面积,m2 要保证外延地网的安全必须满足 Usmax ? Uk (5-12) 所以在设计外延接地时 , 应首先考虑降阻的需要决定外延地 网的大小;再考虑安全的需要决定外延地网的网格布置、埋深和 形状;还要考虑外延地网不被破坏和妨碍以后的建设等综合因素。 同时在设计外延接地时还要尽量的考虑减少接地体之间的相互屏 蔽,使之发挥最大的降阻效果,节约投资。 2、深井式接地极及其应用 当地下深层有较低土壤电阻率的地质结构时可采用深井式接 地极进行降阻,或构成立体地网。采用深井式接地极时要求对接地 装置及其四周测出垂直方向上的土壤电阻率分布。现场可采用等 距四极法测量土壤电阻率 ,用等距四极法测量土壤电阻率时 ,改变 间距离a时,可测出不同深度的土壤电阻率。因为等距四极法测土 壤电阻率的极间距离与反应的土壤电阻率有 0.75a 的关系, 所以改 变不同的极间距离可测出不同深度的土壤电阻率。单个深井式接 地极接地电阻可按下式计算 ? 2l ln 2?l a ρ—平均视在土壤电阻率,Ω.m l—垂直接地极的长度,m a—垂直接地极的半径,m R—接地电阻, Ω R? (5-13) 式中 采用深井式接地极可减少占地,接地装置的接地电阻受气候影响较 小 ,因接地问题在厂、站内解决不与周围农民发生关系 ,因而受到 电力系统的偏爱。但采用深井式接地极同样要考虑屏蔽问题,深井 式接地极一般应设在水平地网的边缘,深井式接地极之间的间距应 达到接地极长度的2—3倍,才能取得较好的降阻效果。现场适合于 采用深井式接地极的场所较少 ,只有在地下有金属矿 ,或北方地表 土壤干燥 ,而地下水丰富的场所才适用 ;而一般的地区往往都是深 层土壤的土壤电阻率高于表层的土壤电阻率,特别是深层为岩石的 山区和丘陵地区,深层土壤电阻率往往高于上层土壤的电阻率,这 时是不适合于采用深井式接地极的。再则深井式接地极的施工费 用往往大于水平接地体施工费用的若干倍,就是均匀土壤采用深井 式接地极也是不经济的。对于线路杆塔接地、避雷针接地等以防 雷为主要目的的接地装置就更不宜采用深井式接地极 , 而应以有 效降低冲击接地电阻为主,因为雷电流是高频电流,有很强的趋 肤性,一般沿地表散流,深层土壤散流作用很差,所以深井式接 地极对以防雷为主的接地效果不大。 3、采用降阻剂降阻 降阻剂的降阻效果是不可置疑的 , 因为降阻剂已在实际的接地 工程中得到大量的,长期的应用,并被写进国家标准和相关行业标 准,DL/T621-1997《交流电气装置的接地》所推荐的降阻措施中就 有:“填充电阻率较低的物质或降阻剂”,降阻剂的降阻机理主要 体现在以下几方面: ( 1 )由于降阻剂的扩散和渗透作用,降低接地体周围的土壤电 阻率,关于扩散和渗透作用,一般化学降阻剂强于其他型式的降阻 剂,膨润土类的降阻剂扩散和渗透作用较差,但降阻剂的稳定性和 长效性与扩散和渗透作用是矛盾的。扩散和渗透好的降阻剂其稳定 性和长效性都比较差,因为扩散和渗透性强的降阻剂容易随雨水的 流失而流失。 (2)接地体同周围施加降阻剂后,相当于扩大了接地体的有效 截面,这机理对固体降阻剂和膨润土类降阻剂最为明显,而化学降 阻剂和树指状的降阻剂随着时间的流失有效截面的增大则不太明显, 会越来越小。 (3)消除接触电阻,接地体的接地电阻可以分为两部分,一 是接地体与周围的大地所呈现的电阻Rd;二是接地体与周围土壤 的接触电阻 Rj ,Rj=Rd+Rj ,Rj 的大小与接地极周围的土壤有关, 一般土质越密实,接触电阻越小,土壤越松散,接触电阻越大; 接触电阻还与电极表面状况有关,接地极表面越光滑,接触电阻 越小,接地极表面越粗糙,接触电阻越大。接地极生锈后,接触 电阻会逐渐增大。接地体施加降阻剂后,会减少或消除接触电阻, 但只有某些物理降阻剂和膨润土类降阻剂才具有这方面的功能, 而化学降阻剂和流质降阻剂则不具有这方面的功能,有些降阻剂 由于腐蚀还会使接触电阻变大。 (4)降阻剂的吸水性和保水性改善并保持土壤导电性能,土 壤的导电性能除了与土壤所含金属导电离子的浓度有关外,还与 土壤的含水量有关。某些降阻剂具有较强的吸水性和保水性,如 膨润土类降阻剂,具有较强的吸水性,吸水后体积膨胀并能长期 保持水分成为浆糊状,使接地电阻一直保持稳定不受气候的影响。 但是降阻剂在实际的工程应用中确实也存在有一系列的问题, 比如降阻剂的腐蚀性问题,降阻效果问题,降阻稳定性问题,以 及对地下水资源的污染问题。这主要是前一个时期降阻剂市场混 乱,缺乏监督,一些厂家片面追求短期的降阻效果而忽略了降阻 稳定性,长效性和对钢接地体的腐蚀,有的还对环境构成了污染, 降阻效果也随着时间的推移迅速下降,接地电阻反弹,接地体受 到严重的腐蚀,形成了很大的负面影响,造成一些用户对降阻剂 产生了抵触情绪,有些单位甚至下文规定不准使用降阻剂。这里 大多是由降阻剂的产品质量引起的,但也有一些是由于使用方法 不当造成的。因而有必要在选择和使用降阻剂上下功夫,在选择使 用降阻剂时应注意如下指标: (1)降阻剂的电阻率,要想获得理想的降阻效果,首先降阻 剂本身的电阻率 ρ 值要小。用户在选择降阻剂时首先要考虑的就 是降阻剂自身的标称电阻率 ,一般情况下,降阻剂自身的标称电阻 率越小越好。 ( 2)降阻剂对钢接地体的腐蚀率,降阻剂对钢接地体的腐蚀率 要低,一些降阻剂对钢接地体有腐蚀作用,但也有一些降阻剂对钢 接地体有防腐保护作用。降阻剂是否具有防腐作用,一般要看其对 钢接地体的平均年腐蚀率是否低于当地土壤对钢接地体的腐蚀率, 一般土壤对钢接地体的平均年腐蚀率为:扁钢为 0.05~0.2mm/a;圆 钢为0.07~0.3mm/a。如果降阻剂对钢接地体的腐蚀率低于当地土壤 对钢接地体的腐蚀率就认为降阻剂对钢接地体具有防腐作用 ;否则就 认为具有腐蚀作用。 (3)降阻剂的稳定性和长效性,我们希望接地装置的接地电阻 一直稳定在某个值以下,不希望其经常变化,而某些降阻剂的降阻 效果会随土壤干湿度的变化而变化,特别是一些无机降阻剂,离子 类降阻剂,一旦缺水就会析出颗粒状的晶体,失去导电特性,还有 一些靠非电解质导电粉末的降阻剂,或固体降阻剂,导电水泥等, 其降阻效果受土壤干湿度的影响也较大。另外,有些降阻剂虽然具 有较强的渗透性、护散性,在短期内降阻效果好,但容易随水分而 流失,随着时间的推移逐渐失去其降阻效果,甚至失效,使接地电 阻回升,这是我们特别应该注意的。 (4)对环境有无污染,选择降阻剂时一定要选无污染,无毒 性,使用安全的降阻剂,对降阻剂要看其组分,要查有无环保部 门的检测报告。 (5)使用是否方便,价格是否便宜,降阻剂的使用,特别是 在山区送电线路杆塔接地使用时,应便于操作,方法简单,最后 才是价格问题,要做综合的技术经济分析,即要满足性能上的要 求,又要价格合理,经济。 在降阻剂的使用上要特别注意: (1)小型接地装置,降阻剂用在小型接地装置的降阻效果是 非常有效的,如35kV及以下的变电所接地,送电线路杆塔接地, 避雷针接地和微波信站的接地,使用降阻剂进行降阻是非常有效 的,选用合适的降阻剂后,应严把施工工艺关,关键是要通过合 理的设计,并按要求施工。 (2)大中型接地装置,大、中型接地装置由于其相互屏蔽作 用,在接地网内部施加降阻剂效果并不明显,这时要结合合理的 设计和施工来体现降阻剂的降阻效果,把降阻剂用在接地网四周, 外延接地,及深井式接地。对发电厂、变电站网状接地体可采用 不等量施加降阻剂法.即在地网四周和内部每隔一定的网格加大施 加剂量.这样主要是减少屏蔽、充分发挥降阻剂的降阻效果。 (3)降阻剂的施工工艺问题,关于降阻剂的使用,一定要按 厂家说明书上的方法使用和施工,一般要注意: ①降阻剂要均匀的施加在接地体的周围,不能有脱节现象; ②对施加降阻剂和不施加降阻剂的地方要有过渡措施 ③降阻剂的埋深要足够,回填土要合格。 4、铺设水下地网和利用自然接地体 水电站来说因大都建在山区或山谷中,没有地方铺设接地网,且 大多为山岩,土壤电阻率极高,一般都在2500--5000Ω.m,要把接地电 阻降到合格范围非常困难,但是对大中型水电站来说一般都有较大 的水库。这时可以在水库中铺设水下地网。首先要测出水的电阻 率,计算出水下地网的大小。水下地网的网格可用20m×20m的网 孔,有条件的可把水下地网埋在库底的泥土中 ,这样接地电阻值就 少受水库水位高低的影响。对于河道式水电站可沿河流两边设置 河岸接地装置。对于水电站来说应充分利用水工建筑、厂房管道 等自然接地体来进行降阻。另外对于城市中的小型化变电所 , 降 阻困难时 , 可利用城市的地下供、排水管道和建筑物的基础等自 然接地体进行降阻,但要经认真的计算,严防高电位外引。 5、采用综合降阻措施 对于一个接地工程采用一种降阻措施并不能把接地电阻降到 合格范围,往往需要利用多种降阻措施进行降阻,如采用外延接 地加降阻剂法 ;深井接地加降阻剂法;或外延、深井、降阻剂法。 如我们在浙江、安徽、湖北、江西、广东、云南等地运用外延加 降阻剂法 ; 外延加降阻剂加水下地网法成功地解决了多座变电站 和水电站的降阻难题。采用综合降阻措施时 , 应首先分析计算出 单一的降阻措施的降阻效果,再决定采用的复合补充措施,如采 用外延加降阻剂的方法降阻时 , 要首先计算出仅采用外延时的降 阻效果,与目标值相比较,看还相差多少,再根据降阻剂的特性计算 出使用多少降阻剂。 如GPF—94高效膨润土降阻剂就有降阻系数与施加截面尺寸的计 算公式和计算表 (5-14) R =R k K g2 g1 f p 式中 Rg1-----未施加降阻剂时的工频接地电阻, Ω; Rg2—施加降阻剂以后,接地装置的接地电阻,Ω; Kf—降阻剂的降阻系数,其值与施加降阻剂的截面尺寸有关; Kp--大型地网的屏弊系数,对大型地网kp一般为1.2—1.3。 Kf的值与断面尺寸关系表: 降阻剂施加 0.4×0.3 截面尺寸m2 0.3×0.3 0.3×0.2 0.2×0.2 0.2×0.15 0.15×0.15 降阻系数 每米用量 (kg) 0.25 60 0.35 45 0.4 30 0.5 20 0.6 15 0.68 11 对一个具体的接地工程采何种降阻措施,首先应根据接地短路 电流值和电网的要求计算出接地电阻的目标值 , 再对接地装置所在 现场的地形、地势进行认真的勘探测量 , 特别要测量出土壤电阻率 在水平和垂直两个方向上的分布。看现场有无可以利用的自然接地 体,找出有利于降阻的最佳条件 , 然后经过几种降阻方案的分析、 比较、计算,通过技术经济分析筛选出最佳的降阻方案,在确保安 全的情况下争取用最少的投资来取得最佳的降阻效果。

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