110 kV全户内智能变电站接地网优化设计

2 接地网优化方式研究

全户内变电站上层地网(埋深0.8 m)的布置方式与变电站总平面布置有关，很难在上层水平地网的布置方式上对其进行优化。常用的降阻方式是在水平地网的基础上增加长垂直接地极或深井接地极，而国外常用双层或多层地网进行优化。长垂直接地极和深井接地极可以深入土壤深处帮助散流，且不受气候等条件对表层土壤的影响;二层地网埋深根据变电站底板或配电装置楼的地基高度确定，其布置方式不受变电站总平面布置的限制。

针对不同布置方式的二层地网和深井接地极进行计算，比较其降阻效果和经济性。本文的经济性比较主要是估算静态投资，静态投资包括施工费用和材料费用两项。根据变电站接地网施工报价，接地网建设所需的施工费用如表2所示，材料费用单价：水平地网为52元/m和2.5 m短垂直接地极为56.5元/根。

2.1 二层地网网孔尺寸

在接地网初步设计方案的基础上增加面积相同、网孔尺寸不同的二层地网，网孔尺寸越大则网孔数量越少。网孔尺寸有48 m×18.5 m、24 m×9.25 m、9.6 m×9.25 m和6 m×6.17 m 4种，网孔数分别为1、4、10和24。表3是采用不同网孔尺寸的二层地网时，接地网的特性参数和静态投资比较，其中静态投资仅为二层地网的静态投资。

由表3可知，二层地网的网孔尺寸对接地网的接地电阻影响很小，可忽略不计。仅有一个网孔的二层地网与其他情况相比，接触电位差和跨步电位差差值也分别维持在3.9%~7.8%和1.9%~3.8%。比较仅有外框形式的二层地网(网孔数为1)和网孔数最多的情况(网孔数为24)，后者的最大接触电位差和跨步电位差虽然比前者低大约几十伏，最大GPR比前者低348 V左右，但其施工费用却比前者高约63%。二层地网的网孔尺寸直接决定了工程造价的高低，在均压效果相似的条件下，若采用网孔尺寸较大，即网孔个数较少的二层地网，则更加符合安全性和经济性平衡的设计理念。根据上述结果，在使用双层地网进行优化设计时，二层地网可以采取仅敷设外框的形式。

2.2 二层地网的覆盖面积

目前，在变电站接地网的改造工程中使用的双层地网大体有两种尺寸，一种是二层地网的覆盖面积可达到整个变电站大小，一种是其覆盖面积与配电楼地基相当。在施工时，前者需要在变电站围墙附近开挖独立的沟道以敷设接地网，而后者则可与配电楼地基建设同时进行，前者的施工费用比后者高一倍以上。由于110-A2-X1方案面积小，因此本文只选择二层地网外延大小沿配电楼条基和沿变电站围墙两种具体尺寸的二层地网进行比较。

在接地网初步设计方案的基础上增加上述两种面积的二层地网，为了排除网孔尺寸的不同给计算结果带来的影响，方便比较二层地网的优化效果，两种接地网方案中二层地网均为无网格的框架式结构。表4是对2种接地网接地特性参数的计算结果，其中静态投资仅为二层地网的静态投资。由表4可知，二层地网外延沿变电站围墙时，对接地电阻和跨步电位差降低的效果比较明显，而沿配电楼条基时，对接触电位差降低的效果显著。二者各有优势。建设沿配电楼条基的二层地网只需在开挖地基的基础上进行施工，而沿变电站围墙的二层地网由于需要在围墙附近额外开挖更深的沟道，并且耗费的接地材料较多，其静态投资比前者高约64%。

2.3 深井接地极

为了考察深井接地极的降阻和降压效果，在接地网初步设计方案的基础上增加长度为40 m的深井接地极。表5是增加不同数量的深井接地极时接地网的技术经济比较。由表5可知，与双层接地网相比，深井接地极可以显著降低各个特性参数，但静态投资也远高于双层地网。接地极数量越多，降阻和降压效果越好，但随接地极数量增加会有一定屏蔽作用，由表5可知，接地极数量达到8根之后降阻率上升速率明显下降。

为了使降阻效果较明显，在接地网初步设计方案的基础上增加4根不同长度的深井接地极，表6是深井接地极长度不同时的技术经济比较。由表6可知，接地极长度越长，降阻和降压效果越好。从表5和表6可以看出，深井接地极总长度相同的前提下，当总长度超过一定数值(这里为160 m)时，增加接地极长度比增加接地极数量降阻效果更好。

2.4 小结

全户内智能变电站短路水平高达25.6 kA，接地电阻和GPR等参数难以降低。双层地网对接地电阻的降阻率约为3%左右，而深井接地极在数量较多、长度较长的情况下却可达到40%左右。深井接地极的建设成本远远高于双层地网，但在短路电流水平非常高的全户内智能变电站中，对接地网进行优化设计时，双层地网很难将地网特性参数尤其是GPR降低到安全范围内。然而，双层地网对GPD的降低作用较为显著，降低百分比约为23.96%，这对整个地网的均压较为有利。但全户内智能变电站在占地面积较小，其接地网压差本身就不会过大，在这种情况下，双层地网的应用价值并不高。因此，变电站接地网优化设计时，在综合考虑变电站面积、土壤、短路电流以及设备耐受等情况的前提下，可以使用深井接地极降阻或深井接地极和双层地网组合降阻。