低电阻模块在农网中的应用

在电力系统中，为了保证设备和人身的安全及电网的安全运行，需要各种类型的接地。一般情况下，理想的接地效果是通过敷设人工接地装置的方法来实现的。由于接地装置的接地电阻值往往受到地形、地质、材料、敷设等条件的影响或限制，往往达不到设计需要，所以要引起足够的重视。
1传统接地所采用的方式从采用的材料看，一般采用热镀锌钢材（如扁钢、圆钢）、铜材及其他接地材料，也可以借用自然接地体，还可以通过添加粘土、盐或降阻剂的方式来降低接地电阻。埋设方法可采用垂直埋设、水平埋设、深井埋设、深井爆破作业埋设、混合埋设等。在一个接地装置中可以灵活采用多种埋设方法。接地装置的相互连接，大多采用搭接的方式，其焊接长度扁钢不小于宽度的2倍（且至少3个棱焊接），圆钢不小于其直径的6倍。焊接时应采用涂刷沥青漆等方式防腐。在回填时必须要边回填边夯实，细土回填，接地带不得接触硬物。
2低电阻模块接地的特点低电阻接地模块（以下简称模块）其外观见图1，是一种以非金属材料为主的接地体，它由导电性、稳定性较好的非金属矿物质和电解物质组成，内置金属芯，与被保护对象的接地极相连。它增大了接地体本身的散流面积，减小了接地体与土壤层间的接触电阻。具有以下特点：接地电阻低而稳定；无毒、无害、不污染；具有优良的吸湿保湿能力，通过释放电解质改善周围土壤的导电特性，获得低而稳定的接地电阻；抗酸、碱、盐腐蚀，使用寿命长；可用于沙漠、戈壁、盐碱地、高原和常年冻土带等恶劣地质条件的地区。
3传统接地方式与低电阻模块方式接地效果比较3.1从理论计算看模块的降阻效果图1　低电阻模块计算在相同土壤电阻率（100Ωm）条件下，采用单根2.5m等边角钢（∠50×5）和采用单个模块（ZGD-I-2）在垂直敷设条件下的工频接地电阻。垂直接地体工频接地电阻Rj计算公式Rj=ρ/(2πL)×ln(4L/d)式中　ρ——土壤电阻率（Ωm）；　　　L——垂直接地体长度（m）；　　　d——接地体直径（角钢为边宽）（m）。单个模块的接地电阻计算公式Rj=ρ/(2πL)×ln[4L(L 2h)/d(L 4h)]×M0式中　ρ——埋置地层的电阻率（Ωm）；　　　L——Ⅰ型模块的长度（m）；　　　d——Ⅰ型模块的直径（m）；　　　h——接地模块的埋置深度（m）；　　　M0——模块调整系数（ZGD-Ⅰ-2型取0.35）。分别套用上述公式，可以得出∠50×5等边角钢和模块ZGD-I-2垂直敷设的接地电阻。角钢垂直接地体的工频接地电阻为87.10Ω，模块的工频接地电阻为17.75Ω，仅为角钢工频接地电阻的20，参见表1。3.2从实际应用看模块的降阻效果3.2.1变电站主接地装置改造的实例岫岩农电局红旗变电站主接地装置采用混合型接地网（见图1），敷设面积为896m2，接地体总长度146m，埋设深度1.6m，原计算接地电阻3.6Ω，敷设后实测值为4.8Ω。产生误差的主要原因是在敷设前没有细致地测量土壤电阻率，只是通过观察土质的情况，采取了一个经验值。利用实测的接地电阻值和相关数据进行估算，该地的土壤电阻率应为280Ωm（计算步骤略）。其水平接地装置敷设大致处于地表下20cm，接地体周围覆盖20cm厚黄土，然后整体回填砂石料1.4m深，接地体周围土质效果受到影响。垂直接地体采用大锤砸入地下，未采用开挖的方式埋设，接地体入地角度和深度与设计存在差距，这些都会对接地电阻值产生不良影响。
2006年4月，该变电站的主接地装置加装模块20块，采用水平敷设方式，安装地点为水平方格网的交叉点，安装距离4m。使用的模块ZGD-Ⅱ型，水平埋置，单个模块的接地电阻公式Rj=0.22×ρ/(a×b)1/2×M0并联后的总接地电阻公式Rnj=Rj/nη式中　M0——模块调整系数（ZGD-Ⅱ-1型取0.33）；　　　n——接地模块个数；　　　η——模块利用系数，可采用0.55～0.85，计算取折中0.70；　　　a——模块长度，取值0.5m；　　　b——模块宽度，取值0.4m。利用上两个公式可以算出，在水平敷设，土壤电阻率280Ωm的条件下，20块模块并联水平辐射的接地电阻为3.25Ω。由模块组成的水平接地装置与原接地网构成一个整体，并且在模块周围添加了粘土以增加降阻效果，所以其接地电阻值会更低。第二年春季的实测值为2Ω，基本达到预期效果。3.2.2防雷接地网改造的实例2006年，岫岩农电局洋河等四座变电站5处防雷接地装置试验不达标，虽然多数接地装置在敷设时已采取过必要的技术措施，仍达不到规程规定的10Ω以下的标准。其接地装置均存在地形受限制、敷设面积小、土壤电阻率较高、砂石层多的实际情况。如采用传统的接地方式，因无法增加接地体面积，只有通过增加接地材料的规格或者添加降阻剂等措施，难度较大。本次接地装置改造主要依据以下几条原则：在原有接地装置的基础上，采用加装模块的方式降低电阻，根据具体情况一处加装2～4只；采用开挖地槽的方式，水平安装模块，并在模块周围各加20～40km粘土，填实，以改善土质；模块埋设深度不低于1.2m（低于冻层），距离不小于4m；在焊接时，注意搭接长度和多面焊接，焊点采取防腐措施；新的接地装置与原接地装置可靠相连。改造后实测的接地电阻值如表2所示（需要说明的是改造前后均采用同样的测量方法，使用相同的试验仪器，以消除因试验工具、试验方法不同带来的误差），可以看出，通过加装模块后，5处防雷接地置的接地电阻值均明显下降，阻值下降率大约为改前接地电阻值的36.11～53.57，对于不能达到规定10Ω以下的，可以继续进行改造，达到规定值。
4结束语
通过以上分析及应用的实例，可以看到，低电阻模块具有明显的降阻效果，考虑到投资因素，提出以下建议：在通过传统的接地方式敷设接地装置，可以达到规定的接地电阻值范围的，在计算成本适合采用时，不必使用模块。对于地形受限制或土壤电阻率较高的地区，可以考虑采用模块，在普通的钢材水平或垂直接地容易遭到破坏的地段，可以考虑使用模块。由于其具有较好的散流效果，适用于防雷接地装置。应实测当地的土壤电阻率，作为工程设计依据。敷设时，在安装、焊接、回填的各环节，应严格按要求进行施工，最好能依据图纸施工，模块应安装在冻层以下，必要时可以辅助采用其它降阻措施。
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