汤福贵 杜梦林
益阳电力建设公司 湖南益阳413002
0 引 言
变电站接地装置是保证人身和设备安全、维护电力系统可靠运行的重要措施。80年代以来，因接地装置故障导致设备损坏、系统停运的事故时有发生。究其原因为接地电阻不合格，特别是地处土壤电阻率较高的变电站。因此如何采取有效措施，并根据实际情况对主地网进行改造，使其达到运行要求，是电力系统的重要课题。
以益阳电业局110 kV变电站主地网改造为实例，介绍深井式垂直伸长接地装置对地网降阻的作用。
1 水平敷设主地网接地电阻实况与计算
1．1 益阳电业局现有大电流接地系统变电站20多座，1998年组织人员对其中16座进行了一次系统的测试（采用交流电流电压法），经测试发现主地网超标者有9座，占总数的56．25％。其中最高的达到1．29Ω，而超标者均为山区丘陵地区的变电站，主地网全部采用水平方式敷设，方孔均压带，主地网面积5 000～6 800 m2，土壤电阻率为200～350Ω·m，其中有2座变电站进行水平扩网改造，新增水平地网面积2 000～3 000m2。后经测试，接地电阻均无明显变化。
1．2 根据水平地网接地电阻计算公式（不考虑220kV、110 kV架空地线的分流效应）
式中 L为接地体的总长度，m；P为土壤电阻率，Ω·m；S为水平地网的面积，m2。
是指面积为S的铁板置于地面的接地电阻。
PL－1是考虑到实际地网不是铁板而引入的修正项，它比前一项小得多。可见，当P一定时，水平地网的接地电阻基本上由地网面积决定，当土壤电阻率较高时，地网接地电阻就很难达到设计要求。要降低地网的接地电阻，采用传统的扩大地网面积的办法，在高土壤电阻率地区是不可取的。因为扩网面积需按土壤电阻率的平方增长。要使接地电阻小于0．5Ω，则水平方式敷设的地网面要大于土壤电阻率的平方。设定土壤电阻率为300Ω·m，水平地网面积要大于90 000 m2，这在实际运用中是极不经济的，也是不可能的。
2 深井式垂直伸长接地装置对地网降阻的作用
2．1 采用深井式垂直伸长接地装置是在水平地网的基础上向大地纵深寻求扩大地网面积。在垂直方向加大地网尺寸，与水平地网相连，形成立体地网。它具有以下几个特点：a．地中深层接地电阻稳定，不受季节变化；b．散流能力强，特别是对高频雷电流作用明显；c．金属材料不易氧化。
2．2 结合土壤分层情况，改善测试方法，找出地下深层土壤电阻率较低的区域，用工程钻探机钻孔敷 35设垂直伸长接地极，开孔径一般可采用100～130 mm、终孔径80 mm。深度结合地质情况，从经济实用的角度出发，一般不穿过未风化的板岩层。孔距不小于水平地网的等值半径，尽可能使地网形成半球状。
2．3 实 例
益阳电业局110 kV长坡岭变电站主地网改造前，主地网占地面积6 525 m2，水平敷设方式，方孔均压带，土壤电阻率为327Ω·m，敷设后接地电阻为1．24Ω。后采用水平扩网延伸到水田，扩网面积2 400 m2，接地电阻为1．1Ω，但效果并不明显。采用深井式垂直伸长接地装置改造，共开钻深井5孔，每孔资料见表1。
注：ZK3砂砾层，含孔隙水，半风化岩层含裂隙水；ZK4砂砾层，含水层；ZK5半风化岩层含裂隙水丰富
接地极采用Ф50钢管，不增加水平扩网。5孔井与原水平扩网相连，经交流电流电压法测试，接地电阻为0．515Ω，取得了投资少、工期短的明显效果。
3 深层土壤电阻率的测试与研判
在改造地网时，首先应对被改造地网所处地域的地质状况进行测试和研判。由于土壤有分层的特性，如果按照传统的均匀土壤考虑，则与实际的土壤特性不符，势必会给地网改造方案带来较大的偏差，故必须要对该区域的土壤分层状况进行测试和分析，测试主要是了解地层电阻率，以求找到地下电阻率较低的位置。
3．1 地层电阻率
不同地层的电阻率差别极大，其中以未风化岩层为最大，砂石层次之。基岩裂隙含水带和石灰岩岩溶含水带为最低。影响地层电阻率的因素很多，如地层所含物质、致密程度和含水程度、水中含盐量及矿化程度。另外，温度对电阻率的影响也是不能忽视的，当温度升高时，电阻率下降，在0℃时土壤由于水分冻结而使电阻率迅速增加。
3．2 电阻率的测试
土壤电阻率测试方法很多，可采用温纳法、接地摇表法和电流电压法。测量时可分别采用前苏联产4103接地电阻测试仪和国产ZC－8接地摇表进行对比测量，相互校核。由于土壤存在分层的情况，因此测量得到的视电阻率并不代表基层土壤的真实电阻率，而是综合各层情况的结果。将测量极间距为a时的视电阻率用Pa表示，测量时通过改变极间距a，用得到的相应电阻值Ra来计算视电阻率，则：Pa＝2πaRa
3．3 电阻率剖面法（见图1）
由2个不对称电极AMN C和CMNB组成，公共极C在无限远处，它布置在垂直测线方向上，一般取10 AO距离以上。工作时，AMNB沿测线起移动，每个测点进行2次Pa观测，它的装置系数可用公式
计算。每个测点可得PAa和PBa，故得出2条曲线，极距AO应根据地层中岩上面的复盖层厚度H来确定。将测量结果绘制成2条曲线。图2即为Pa剖面图。将PAa和PBa点绘在同一图上，PAa和PBa 2曲线交叉。正交点叫低阻点，左侧PAa＞PBa，右侧PBa＞PAa，在曲线下面就为石灰岩区断裂带，并含有低阻物质，所以，剖面法对寻找低电阻率位置反应很明显。
4 经济对比分析
a．长变地网水平改造费用（扩网面积 2 400 m2），直接费用（含其它直接费）10 000元，间接费2 000元，材料费5 000元，合计17 000元。
b．采用传统方式向外延伸水平扩网费用（万元）
按水平地网计算公式，求出总面积，由
求得：S＝106 929 m2
c．将已改造后的接地电阻值代入公式，求出水平扩网所需总面积
d．减去原地网面积，向外延伸扩网面积为100 800－（6 525＋2 400）＝91 875 m2
e．扩网面积为原水平扩网面积的倍率关系为
91 875÷2 400＝38．28（倍）
f．计算出扩网所需的费用为1．7×38．28＝65．08万元
g．采用深井式垂直伸长接地装置发生的费用如下：
钻孔5个，每个单价为1万元，小计5万元其它费用2万元合 计7万元两者比较，可节省费用65．08－7＝58．08万元
从上述数据中可见，经济效益是十分明显的。
5 结 论
深井式垂直接地装置对主地网降阻改造的效果是明显的，符合国内主地网改造的发展趋势。我局先后对3个不合格的主地网进行改造，都起到了很好的作用。也从中积累了一些经验。
5．1 当视土壤电阻率小于300Ω·m时，添加降阻剂并没有明显的效果。
5．2 110 kV变电站由于占地面积不是太大，且从发展的眼光来看，有趋向于小型化，主地网水平均压带无论是新建还是改造宜采用长孔方式，一则可节省费用，二则可防止由于屏蔽效应而浪费钢材。
5．3 垂直伸长接地极尽可能的利用地层中的风化岩层和含水层。
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