1　引言
　　发、变电站接地系统是保证设备与人身安全和电力系统可靠运行的重要措施。资料表明，国内外近年来有不少由于接地不良引起和造成事故扩大，导致系统停运、设备损坏的实例。特别是一些山区的发、变电站所处地域土壤电阻率较高，如何采取有效措施，使高土壤电阻率地区地网的接地电阻达到国家标准，是摆在科技工作者面前的重要课题。
　　根据唐山110 kV古冶变电站的实际情况，采取爆破接地技术^［1］对其接地系统进行了设计及施工，取得了理想的降阻效果，使接地电阻达到规程要求。主要做了以下工作：
　　（1）测量变电站所处地域的视在土壤电阻率随测量极间距变化的规律，并在考虑季节、温度等影响因素后对测量结果进行校正；
　　（2）根据实测的视在土壤电阻率，分析得到该地区土壤电阻率分层情况；
　　（3）在工程初步设计中，利用常规方案对接地电阻值进行估算；
　　（4）根据估算结果，结合以往工程设计与国内外文献资料数据，并结合工程实际情况，经计算提出可达到规程目标的设计方案。

2　基于设计的爆破接地技术
    基于设计的爆破接地技术基本内容包括^［1］：　　

    （1）了解地质结构　通过现场测量变电站视在土壤电阻率随极间距离变化的曲线，得到土壤的分层结构，并推导出视在电阻率的解析表达式，通过优化初值和边界条件，利用非线性优化方法求出土壤分层结构参数。
　　（2）设计　根据土壤分层结构对其电流分布规律进行分析计算，得到垂直接地极的深度和布置位置，再从技术经济角度比较各种设计方案，最终推荐一种经济合理的方案。　　

    （3）采用爆破接地技术进行垂直接地极施工　在选定的垂直接地极位置用钻机钻孔并进行爆破，将岩石爆裂、爆松，然后用压力机将浆状的低电阻率材料压入深孔及爆破产生的缝隙中，通过低电阻率材料将地下大范围内的土壤内部沟通并加强接地电极与岩土的接触，从而较大幅度地降低接地电阻，并在大范围内改善土壤的散流特性，同时有效地利用了地下低电阻率层。垂直接地极可采用一圆柱体接地极来模拟，其直径与地质结构及炸药用量有关。
　　爆破后垂直接地极之间通过填充低电阻率材料的裂隙广泛沟通，形成了由低电阻率材料组成的连接体，并通过填充了低电阻率材料的裂隙向外延伸很远，形成一个内部互联同时向外延伸的三维网状结构。爆破接地技术降低接地电阻的基本原理是^［2～5］：
    （1）利用了地下电阻率较低的土壤层；
    （2）利用地下水层及金属矿物质层来改善散流；

    （3）降低接地极与岩土的接触电阻；
    （4）降低土壤的散流电阻；
　　（5）贯通了岩石的固有裂隙，通向较远的土壤，与土壤中低电阻率区域相联。
　　降低高土壤电阻率地区发变电站接地电阻的爆破接地技术已在15个新旧地网建设改造中采用。我国有很多变电站处于高土壤电阻率地区，接地电阻很高，导致这些变电站接地不良，长期带缺陷运行，成为电力系统的事故隐患。爆破技术能有效地降低高土壤电阻率地区发变电站的接地电阻，解决了电力部门的一大安全难题^［5］，具有广阔的应用前景和巨大的应用市场。
　　在整个接地系统的设计过程中，采用了加拿大SES公司推出的接地系统辅助设计工具CDEGS，它具有包括精确接地系统设计分析、电磁干扰分析、交流信号干扰抑制等一系列功能模块^［6］。

3　土壤地质结构分析
　　唐山古冶变电站拟建场地位于河北省唐山市郊区，根据现场钻探取样，该场地地基除表部有约2．5m的粉质黏土外，中部有约厚2 m左右的碎石混粘性土，以下为灰岩。非常明显，该地区的土壤分层是很明显的，通过地表视有电阻率测量方法得到了具体的土壤分层情况。
　　为了得到该地区的土壤分层情况，采用Wenner四极法对土壤视在电阻率进行了测量，测量示意图
如图1所示。由于土壤分层的存在，导致测量得到的土壤电阻率并非某一层的真实电阻率，而是综合的视在电阻率。

　　将测量极间距为a时的视在电阻率用ρ_a表示，测量时改变a可以得到用电流电压法测得的电压U_a与电流I_a数值，并根据测量结果，利用以下公式计算得到相应的视在电阻率：

ρ_a＝2πaU_a／I_a

　　测量得到唐山古冶变电站视在土壤电阻率随极间距变化曲线如图2所示。

　　根据测量得到的视在电阻率随测量极间距变化的关系，利用建立在电磁场散流理论^［7］基础上的土壤地质结构分析软件进行分析，认为唐山110 kV古冶变电站的土壤结构可分为3层，上层为很薄的低电阻率层，土壤电阻率从上到下逐渐增加，下层土壤电阻率达523Ω·m。土壤分层结果与地质钻探结果十分接近，见表1。
　　

4　接地系统设计
　　根据现场地形条件，初步设计变电站地网主体面积为100 m×100 m，水平接地体间距为10 m，埋设深度为0．8 m，根据土壤的分层结构计算得到接地网的接地电阻为1．62Ω，按一般水平地网设计远远达不到规程要求的0．5Ω，因此考虑同时采用水平接地体结合长垂直接地体及使用钻孔爆破加压灌注低电阻率材料的综合方法来降低接地电阻。布置26根垂直接地体，并在100 m×100 m的水平地网两侧布置2个80 m×80 m的辅助地网。当垂直接地体等效深度大于40 m时，如果垂直接地极爆破后等效直径为2 m，则分析得到的整个接地系统的接地电阻值为0．43Ω。如果采用多次爆破的方法扩大爆破范围，则垂直接地极施工后的等效直径可达5 m左右。当垂直接地极深度达到50 m时，计算得到的接地电阻减小为0．33Ω。接地系统结构示意图如图3所示。接地系统地表面及其附近的电位分布如图4所示。

　　由图可见，在故障电流为10 kA时，地网内部电位虽然很高，但整个地网电位分布却非常均匀；地网以外部分的电位降落则非常快。图5为跨步电压分布三维图。图6为接触电压分布三维图。由图可以看出在水平地网内部接触电压非常低，而在地网
边缘附近，由于电位降落较快，接触电压有较大幅度的抬升，但仍在安全范围之内。
　　

　　经对接地导体上的电流分布分析表明，从26根垂直接地极流散到地中的电流为9．2 kA，流经垂直接地极的接地电流约占总接地电流的90％以上。这就是为什么垂直接地极能够有效地降低接地电阻的根本原因。

5　实施效果
　　垂直接地极施工时采用了多次爆破的方法，施工完成后对接地电阻进行测量，结果为0．3Ω，与设计值0．33Ω的相对误差为9％，设计是比较精确的。　　

    传统的接地系统设计方法是基于土壤等值电阻率的简单方法。这种方法设计的直接结果是经常导致设计值与地网施工完成后的实际值相差甚远，特别是经常出现设计值满足要求的接地网，在施工完成后的测量值却不能满足要求，以致施工完的接地网在投入运行前就要进行改造。随着计算机技术和数值分析技术的发展，接地系统的设计有必要从传统的简单设计转变到采用计算机进行精确设计。地网施工一次达到要求比多次改造要经济得多，也可使接地网投运就具有安全性。

6　结论
　　（1）爆破接地技术能有效地降低高土壤电阻率地区发、变电站接地系统的接地电阻，施工完成后可在很大范围内改变土壤电阻率。
　　（2）采用计算机软件分析古冶变电站的视在土壤电阻率，得到的土壤电阻率从上到下逐渐增大可分成3层。
　　（3）针对唐山110 kV古治变电站具体地质、地形条件，接地系统采用水平适当外延，并结合深井爆破、压灌低电阻率材料等综合方案，大大降低了接地电阻。
　　（4）施工完成后测量得到的接地系统接地电阻与设计值非常接近，表明所采用的设计方法是合理的，所采用的设计工具是有效的。
　　（5）随着计算机技术和数值分析技术的发展，接地系统的设计应从传统的简单设计转变到采用计算机精确设计。

参考文献：

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