中国能源培植集团江苏省电力设计院有限公司的研究职员羌丁建、熊静、陈晋，在2018年第5期《电气技能》杂志上撰文，针对民用建筑合建变电站受占地面积小等成分的限定，利用常规接地网设计方案难以知足接地系统的安全性与经济性哀求，提出不等间距接地网结合斜长接地极的接地设计方案。
经CDEGS软件仿真剖析，接地电阻、打仗电势和跨步电压均能知足校验哀求。同时针对民用建筑合建变电站在分流系数、站外安全性等方面的分外问题进行了剖析。
合理的接地系统设计是变电站安全可靠运行的主要保障。接地不良有可能导致或造成事件扩大，从而危及系统运行安全[1-4]。随着经济社会的发展，越来越多变电站深入到城市负荷中央，并与民用建筑合并培植。
民用建筑合建变电站不仅须要考虑变电站接地网的安全性与经济性，也要考虑民用建筑内人员与举动步伐的安全。由于民用建筑合建变电站常日培植面积较为狭小，接地电阻、打仗电势和跨步电压难以知足哀求，如何优化设计接地系统，成为须要重点研究的课题。
本文以某民用建筑合建220kV变电站为例进行优化设计研究，利用CDEGS仿真风雅化设计，提出同时知足安全性和经济性哀求的接地网设计方案，同时针对民用建筑合建变电站接地设计中须要把稳的问题作出简要剖析。
1 工程概况
1.1 工程概述
该220kV变电站位于商业中央，采取全户内支配。地上部分变电站与购物中央为独立建筑形式，地下部分为合建停车库，如图1所示。变电站与购物中央、停车库均为一体化设计、培植。
该220kV变电站的培植规模见表1。
1.2 设计输入条件
1）短路电流
220kV母线最大单相短路电流按47.8kA考虑。
2）土壤模型
按均匀土壤模型考虑，土壤电阻率80•m，土壤具有弱堕落性。
3）分流系数
站外分流系数按0.75考虑。
4）接地网设计
水平主接地网敷设范围为90m×50m，水平接地体埋深为1m、均匀间距约10m。
2 接地材料选择
2.1 性能比较
选择得当的接地材料，是变电站安全可靠运行的关键。工程中常用的接地材料有纯铜、热镀锌钢、铜覆钢等。本文从导电性能、耐堕落性能、热稳定性能和经济性等角度[5]，对接地材料选择进行剖析。
图1 民用建筑合建变电站剖面图
表1 培植规模及设备选型
1）导电性能
考虑接地材料在20℃时的电阻率，纯铜、热镀锌钢和铜覆钢分别为17.24×106•mm、138×106•mm、71.66×106•mm。铜的电阻率是上述材料中最低的，在接地网型式、土壤环境等相同的情形下，铜接地网的接地电阻和网格压差均相对较小。
2）耐堕落性能
铜材的耐堕落性能较热镀锌钢强。当产生堕落时，铜材表面能够产生附着性极强的氧化物，并阻挡进一步堕落。详细工程中，还应根据土壤酸碱性和堕落脾气况，选择适用的材质。
3）热稳定性能
钢的熔点为1510℃，钢接地网连接处最高许可温度为400℃；铜的熔点为1083℃，采取放热焊接时其接头的最高许可温度达到900℃；铜覆钢的熔点为1115℃，其连接接头最高许可温度也可达到450℃。接地体截面相同时，铜材料热稳定性最好。
4）经济性
考虑接地材料经济性时，一样平常结合不同材质接地网的利用年限，进行全寿命周期比较剖析。钢接地网初期投资较低，但因堕落速率较快，后期更新掩护本钱较高。铜和铜覆钢接地网，基本知足全寿命周期免掩护的哀求，总体经济性与钢接地网相称。
本工程220kV变电站与民用建筑合建，坐落于地下停车库上方，其接地网敷设于停车库下方土壤层中，后期掩护困难。综合上述性能与经济性比较剖析，建议优先选择铜接地网。
2.2 截面选择
经打算，接地引下线最小截面为Sg=121mm2。按规程哀求，水平接地体截面按接地引下线截面75%选取，即91mm2。适当考虑堕落成分，接地网选用120mm2铜绞线。
3 接地网支配设计方案
3.1 不等间距接地网支配
本工程220kV变电站与民用建筑合建，其主接地网敷设于变电站建筑投影下方土壤层中。由于接地网敷设可利用面积较小，需通过对接地导体优化支配，使得接地电阻、地表电位分布、打仗电势和跨步电压等安全参数知足哀求[7-8]。
研究表明，按指数规律支配水平接地导体不仅可以降落地表电位梯度，从而很大程度上降落打仗电势和跨步电压，同时也是一种安全、经济的设计方法[9]。
指数规律支配设计方法如下。
表2 不同压缩比对接地网性能的影响
3.2 斜长接地极降阻设计
当接地电阻仍不知足哀求时，可考虑采取降阻方法，紧张有物理降阻和化学降阻两类[10-11]。
1）物理降阻方法紧张有：敷设外引接地体以扩大水平接地体面积、采取深井接地极、充分利用自然接地体接地等。
2）化学降阻方法紧张有：利用化学降阻剂来改进接地体周围土壤的电阻率、采取高导活性离子接地单元加强散流能力等。
本工程220kV变电站与民用建筑合建，位于城市中央，不具备外引接地体的条件，同时化学降阻办法易对城市环境造成污染。
本文提出采取不等间距水平接地网结合斜长接地极的设计方案。斜长接地极一方面能够起到深井接地极的浸染，知足纵深散流哀求；另一方面亦能在不另征地的条件下等效扩大接地网面积；斜长接地极之间的相互屏蔽影响，较同等的垂直接地极小，故降阻效果更佳[1]。
文献[12]研究了斜长接地极的降阻效果，利用CDEGS软件仿真剖析了斜长接地极支配位置、角度、长度、根数等对不同面积接地网的降阻效果和特色，进而确定了斜长接地极的支配型式。
本文引用该文献的研究成果，在不等间距水平主接地网的根本上，终极形成如下设计方案：
1）水平主接地网敷设范围为90m×50m，水平接地体埋深为1m、均匀间距约10m，按照C=0.7的压缩比不等间距支配。
2）在水平接地网外缘，增设16根斜长接地极。
3）斜长接地极单根长度25m，与水平面成20°角。
图2 水平接地网结合斜长接地极设计方案示意图
3.3 接地电阻、打仗电势、跨步电压校验
经CDEGS软件仿真打算，采取不等间距水平接地网结合斜长接地极的设计方案，其接地电阻R=0.43，较水平接地网方案减小24%；打仗电势Ut=699V（不知足296V限值哀求），跨步电压Us= 127V（知足363V限值哀求）。在可触及的设备周围1m范围设置绝缘地坪后，提高打仗电势许可限值，亦能知足哀求。
图3 打仗电势分布图
图4 跨步电压分布图
4 民用建筑合建变电站接地设计其他问题
1）短路电流分流系数
民用建筑合建变电站一样平常均为全电缆出线，220kV及110kV单芯电缆常日为护套双端接地，因此短路故障时，大部分故障电流将通过电缆金属护套回流。与架空出线变电站比较，短路电流分流系数将大大提高。常规接地设计中，为简化打算，分流系数常日按0.5估算。在民用建筑合建变电站中，可考虑适当增大分流系数，以简化接地网设计。
2）站外安全性
根据GB/T 50065—2011《互换电气装置的接地设计规范》定义，最大跨步电位差为接地网外的地面上水平间隔1m处对接地网边缘接地极的最大电位差。民用建筑合建变电站位于中央城区，一样平常毗邻马路，往来职员密集，因此必须将可能存在危险的最大跨步电压差限定在变电站内部。在不影响接地电阻的情形下，宜考虑将接地网边缘（仅考虑水平主接地网）设置在变电站内侧1m旁边。
结论
本文针对民用建筑合建变电站受占地面积小等成分的限定，利用常规接地网设计方案难以知足接地系统的安全性与经济性哀求，提出不等间距接地网结合斜长接地极的接地设计方案。经CDEGS软件仿真剖析，接地电阻、打仗电势和跨步电压均能知足校验哀求。同时针对民用建筑合建变电站在分流系数、站外安全性等方面的分外问题进行了剖析。
