廣東高要110kV變電站接地電阻計(jì)算的深度剖析與實(shí)踐探索一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，變電站作為電能轉(zhuǎn)換和分配的關(guān)鍵樞紐，其安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。而變電站接地電阻作為影響變電站安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，對于保障電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行、人員安全以及設(shè)備的正常工作起著決定性作用。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障或遭受雷擊等異常情況時(shí)，接地電阻的大小直接關(guān)系到故障電流的泄放能力以及地電位的升高程度。若接地電阻過大，故障電流無法迅速有效地導(dǎo)入大地，會導(dǎo)致地網(wǎng)局部電壓異常上升。這不僅會對運(yùn)行人員的人身安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，如可能產(chǎn)生跨步電壓和接觸電壓，使人員觸電傷亡；還可能引發(fā)二次設(shè)備的絕緣損壞，造成高壓串入控制室，致使監(jiān)測或控制設(shè)備發(fā)生誤動或拒動，進(jìn)而擴(kuò)大事故范圍，導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)、設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果，給電力企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)對社會生產(chǎn)和生活造成嚴(yán)重影響。例如，國內(nèi)外曾多次發(fā)生因變電站接地電阻不合格或地網(wǎng)腐蝕、斷裂導(dǎo)致接地電阻增大，進(jìn)而引發(fā)電力事故的案例，這些事故不僅造成了直接的設(shè)備損失和停電損失，還間接影響了工業(yè)生產(chǎn)、居民生活等多個(gè)領(lǐng)域，凸顯了接地電阻在變電站安全運(yùn)行中的關(guān)鍵地位。廣東高要地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，電力需求持續(xù)增長，110kV變電站作為該地區(qū)電力供應(yīng)的重要節(jié)點(diǎn)，其安全運(yùn)行對于保障區(qū)域電力穩(wěn)定供應(yīng)意義重大。然而，高要地區(qū)的地理環(huán)境和地質(zhì)條件較為復(fù)雜，部分變電站選址于丘陵、山地等土壤電阻率較高的區(qū)域，這給變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)帶來了極大的挑戰(zhàn)，使得獲得滿足要求的接地電阻值變得異常困難。在實(shí)際工程中，由于接地電阻計(jì)算不準(zhǔn)確或降阻措施不當(dāng)，導(dǎo)致一些變電站接地電阻無法達(dá)到規(guī)程要求，存在較大的安全隱患。因此，深入研究廣東高要110kV變電站接地電阻的計(jì)算方法，對于提高變電站接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平，確保變電站安全可靠運(yùn)行，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過準(zhǔn)確計(jì)算接地電阻，可以為接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，合理選擇接地材料、布置接地極，采用有效的降阻措施，從而降低接地電阻，提高接地系統(tǒng)的安全性和可靠性，保障廣東高要地區(qū)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會的持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在變電站接地電阻的研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列具有重要價(jià)值的成果，這些成果涵蓋了接地電阻計(jì)算方法、影響因素以及降阻措施等多個(gè)關(guān)鍵方面。在接地電阻計(jì)算方法上，國外起步較早，早期多基于電磁場理論，采用解析法進(jìn)行研究。例如，鏡像法被廣泛用于分析簡單接地體在均勻土壤中的接地電阻，通過引入鏡像電荷，將接地問題轉(zhuǎn)化為求解等效電場的問題，從而得出接地電阻的解析公式，為后續(xù)研究奠定了理論基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值計(jì)算方法逐漸成為主流，有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）等被大量應(yīng)用于接地電阻計(jì)算。有限元法將接地系統(tǒng)所在區(qū)域離散為有限個(gè)單元，通過求解單元上的電磁場方程，得到整個(gè)區(qū)域的電位分布，進(jìn)而計(jì)算出接地電阻，其優(yōu)勢在于能處理復(fù)雜的幾何形狀和邊界條件；邊界元法則是將問題轉(zhuǎn)化為邊界積分方程，僅對邊界進(jìn)行離散，大大減少了計(jì)算量，在處理無限域問題時(shí)具有獨(dú)特優(yōu)勢。國內(nèi)學(xué)者在借鑒國外先進(jìn)方法的基礎(chǔ)上，也進(jìn)行了大量創(chuàng)新性研究。如提出了基于矩量法的快速多極子算法（FMM），有效提高了大型接地網(wǎng)計(jì)算效率；還結(jié)合遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等智能算法，對復(fù)雜土壤結(jié)構(gòu)下的接地電阻進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以提高計(jì)算精度和速度。關(guān)于影響變電站接地電阻的因素，研究表明土壤電阻率是最為關(guān)鍵的因素之一。不同地區(qū)的土壤特性差異顯著，其電阻率受土壤類型、含水量、溫度、雜質(zhì)等多種因素影響。例如，砂土的電阻率較高，而黏土的電阻率相對較低；土壤含水量增加時(shí)，電阻率會明顯下降。接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如接地極的長度、直徑、埋設(shè)深度、布置方式等，也對接地電阻有重要影響。增加接地極長度和直徑、合理布置接地極，可有效降低接地電阻。此外，接地材料的導(dǎo)電性能、接地系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境（如是否存在腐蝕、電磁干擾等）也會對接地電阻產(chǎn)生影響。在降阻措施方面，國外開發(fā)了多種技術(shù)。深井接地技術(shù)通過在地下較深位置設(shè)置接地極，利用深層土壤電阻率較低的特點(diǎn)來降低接地電阻，在一些高土壤電阻率地區(qū)應(yīng)用效果顯著。電解地極技術(shù)則是利用電解作用，使接地極周圍土壤的導(dǎo)電性增強(qiáng)，從而降低接地電阻。國內(nèi)也有諸多實(shí)用的降阻方法，如采用降阻劑，降阻劑能改善接地極與土壤之間的接觸狀況，降低接觸電阻，同時(shí)增加接地極的等效半徑，減小散流電阻；引外接地是將接地網(wǎng)與遠(yuǎn)處低電阻率區(qū)域的接地體相連，以降低接地電阻；還有爆破接地技術(shù)，通過爆破使接地極周圍的土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，增加土壤的導(dǎo)電性，達(dá)到降阻目的。盡管國內(nèi)外在變電站接地電阻研究方面取得了豐碩成果，但仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的計(jì)算方法在處理復(fù)雜地質(zhì)條件和不規(guī)則接地網(wǎng)時(shí)，計(jì)算精度和效率仍有待提高，尤其是對于含有多種土壤分層、各向異性土壤以及存在地下金屬管線等復(fù)雜情況，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。另一方面，在降阻措施方面，部分降阻方法存在成本高、維護(hù)難度大、對環(huán)境有潛在影響等問題。例如，一些化學(xué)降阻劑可能會對土壤環(huán)境造成污染，深井接地技術(shù)施工難度較大且成本較高。針對當(dāng)前研究的不足，本文以廣東高要110kV變電站為研究對象，充分考慮該地區(qū)復(fù)雜的地理環(huán)境和地質(zhì)條件，深入研究接地電阻的計(jì)算方法。將綜合運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法和現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，建立更準(zhǔn)確的接地電阻計(jì)算模型，提高計(jì)算精度；同時(shí)，對各種降阻措施進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，結(jié)合實(shí)際情況，提出適合廣東高要地區(qū)110kV變電站的優(yōu)化降阻方案，以確保變電站接地系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，為工程實(shí)踐提供更具針對性和實(shí)用性的指導(dǎo)。1.3研究方法與創(chuàng)新點(diǎn)本文在研究廣東高要110kV變電站接地電阻的過程中，綜合運(yùn)用了多種研究方法，以確保研究的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和實(shí)用性。案例分析法：以廣東高要地區(qū)典型的110kV變電站為具體研究案例，深入調(diào)研其實(shí)際的地質(zhì)條件、土壤特性、接地網(wǎng)布局以及運(yùn)行狀況等資料。通過對這些一手?jǐn)?shù)據(jù)的詳細(xì)分析，能夠更直觀、準(zhǔn)確地把握該地區(qū)變電站接地電阻的實(shí)際情況和存在的問題，為后續(xù)的理論計(jì)算和降阻措施研究提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)。例如，通過對馬安變電站的實(shí)地考察和數(shù)據(jù)收集，了解到其土壤電阻率較高，這對該站接地電阻的影響顯著，從而針對性地研究適合該站的接地電阻計(jì)算方法和降阻措施。理論計(jì)算法：依據(jù)電磁場理論、接地電阻相關(guān)的專業(yè)規(guī)程以及成熟的計(jì)算公式，對變電站接地電阻進(jìn)行理論層面的計(jì)算。在計(jì)算過程中，充分考慮土壤電阻率、接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（如接地極的長度、直徑、埋設(shè)深度、布置方式等）以及接地材料等因素對接地電阻的影響。例如，運(yùn)用鏡像法、有限元法等經(jīng)典方法，對不同接地體在復(fù)雜土壤條件下的接地電阻進(jìn)行計(jì)算，分析各因素對接地電阻的影響規(guī)律。同時(shí)，利用專業(yè)的接地電阻計(jì)算軟件，對理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和對比分析，提高計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)值模擬法：借助先進(jìn)的數(shù)值模擬軟件，如ANSYS、COMSOL等，建立廣東高要110kV變電站接地系統(tǒng)的數(shù)值模型。通過對模型的參數(shù)設(shè)置和模擬計(jì)算，可以直觀地展示接地電流在土壤中的分布情況、地電位的升高情況以及接地電阻的變化趨勢。數(shù)值模擬法能夠有效處理復(fù)雜的幾何形狀和邊界條件，彌補(bǔ)理論計(jì)算在處理復(fù)雜問題時(shí)的不足，為接地電阻的研究提供更全面、深入的分析手段?，F(xiàn)場實(shí)測法：在廣東高要110kV變電站現(xiàn)場，運(yùn)用專業(yè)的接地電阻測量儀器，如智能型接地電阻測試儀，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行接地電阻的實(shí)際測量。通過對測量數(shù)據(jù)的分析和處理，獲取變電站接地電阻的真實(shí)值，并與理論計(jì)算和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證?，F(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)不僅能夠檢驗(yàn)研究方法和計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，還能為進(jìn)一步優(yōu)化接地系統(tǒng)提供可靠依據(jù)。本文在研究過程中，在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新：計(jì)算模型優(yōu)化：針對廣東高要地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件和土壤特性，充分考慮土壤的分層結(jié)構(gòu)、各向異性以及地下金屬管線等因素，建立更加符合實(shí)際情況的接地電阻計(jì)算模型。相較于傳統(tǒng)計(jì)算模型，該模型能夠更準(zhǔn)確地反映接地系統(tǒng)的真實(shí)特性，提高接地電阻的計(jì)算精度。多因素綜合考慮：在研究接地電阻的過程中，全面綜合考慮土壤電阻率的時(shí)空變化、接地網(wǎng)的腐蝕情況、季節(jié)因素以及周邊環(huán)境電磁干擾等多種因素對接地電阻的影響。通過深入分析各因素之間的相互作用關(guān)系，提出更具針對性和實(shí)用性的接地電阻計(jì)算方法和降阻措施。降阻措施優(yōu)化：結(jié)合廣東高要地區(qū)的實(shí)際情況，對現(xiàn)有的各種降阻措施進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和優(yōu)化組合。提出一種基于復(fù)合降阻技術(shù)的優(yōu)化方案，該方案綜合運(yùn)用降阻劑、深井接地、引外接地等多種降阻手段，根據(jù)不同變電站的具體條件進(jìn)行合理配置，在有效降低接地電阻的同時(shí)，降低工程成本和維護(hù)難度，提高降阻措施的性價(jià)比和長期穩(wěn)定性。二、廣東高要110kV變電站概況2.1變電站基本信息廣東高要110kV變電站分布于高要區(qū)各個(gè)關(guān)鍵區(qū)域，肩負(fù)著區(qū)域內(nèi)電力分配與轉(zhuǎn)換的重任，對保障當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活用電起著關(guān)鍵作用。以高要市110kV馬安變電站為例，該變電站位于高要市市郊的一個(gè)小山崗上，其地理位置具有一定代表性，周邊地形地貌較為復(fù)雜，兩面環(huán)山，一面是推平待建的空地，另一面則是農(nóng)田，整體位置相對較為空曠。這一特殊的地理位置，使得變電站在建設(shè)和運(yùn)行過程中面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其是在接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工方面，需要充分考慮周邊環(huán)境因素對接地電阻的影響。從建設(shè)規(guī)模來看，馬安變電站圍墻內(nèi)占地面積約8480平方米，屬于新建工程，交通較為便利，為后續(xù)的設(shè)備運(yùn)輸和維護(hù)提供了有利條件。站內(nèi)電氣設(shè)備配置豐富且先進(jìn)，配備了主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器等一系列關(guān)鍵設(shè)備。主變壓器作為變電站的核心設(shè)備之一，其容量和臺數(shù)的配置直接影響到變電站的供電能力和可靠性。該站根據(jù)區(qū)域用電需求和電網(wǎng)規(guī)劃，合理配置了相應(yīng)容量和臺數(shù)的主變壓器，以滿足當(dāng)前及未來一段時(shí)間內(nèi)的電力負(fù)荷增長需求。同時(shí)，斷路器用于控制和保護(hù)電路，能夠在故障發(fā)生時(shí)迅速切斷電路，保障設(shè)備和人員安全；隔離開關(guān)則主要用于隔離電源，方便設(shè)備檢修和維護(hù)；互感器用于測量和保護(hù)，能夠?qū)⒏唠妷?、大電流轉(zhuǎn)換為低電壓、小電流，以便于測量和保護(hù)裝置的接入。這些設(shè)備相互配合，共同保障了變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，站內(nèi)還配備了完善的二次設(shè)備，包括繼電保護(hù)裝置、自動化監(jiān)控系統(tǒng)等。繼電保護(hù)裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)迅速動作，切除故障設(shè)備，防止事故擴(kuò)大；自動化監(jiān)控系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了對變電站設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作，提高了運(yùn)維效率和管理水平。2.2地質(zhì)條件分析廣東高要地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層巖性多樣，這對110kV變電站的接地電阻有著顯著影響。以馬安變電站為例，其所在區(qū)域的地質(zhì)勘測報(bào)告顯示，原地貌為低緩丘陵地貌，場地地基由人工填土、風(fēng)化殘積土及風(fēng)化基巖組成，基巖系粉砂巖，場內(nèi)部分地帶基巖已經(jīng)出露。這種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致土壤特性在不同深度和區(qū)域存在較大差異。在土壤類型方面，該區(qū)域主要包含砂土、黏土和礫石土等。砂土顆粒較大，孔隙率高，透氣性和透水性良好，但保水性差，其電阻率相對較高，一般在100-1000Ω?m之間，這使得電流在砂土中擴(kuò)散時(shí)受到較大阻礙，不利于接地電阻的降低。黏土顆粒細(xì)小，孔隙率低，保水性強(qiáng)，但透氣性和透水性較差，其電阻率通常在10-100Ω?m之間，相較于砂土，黏土的導(dǎo)電性相對較好，但由于其粘性較大，接地極與黏土之間的接觸電阻可能較大。礫石土由礫石和土組成，其電阻率受礫石含量和土的性質(zhì)影響，變化范圍較大，一般在50-500Ω?m之間，礫石的存在會增加土壤的不均勻性，對接地電阻的計(jì)算和降阻措施的實(shí)施帶來挑戰(zhàn)。為深入了解該區(qū)域土壤電阻率的分層情況，在馬安變電站旁邊的空地上進(jìn)行了分層電阻率測試。測試結(jié)果表明，在不同深度處土壤電阻率呈現(xiàn)出明顯的變化。在40m深度處，土壤電阻率為176.0Ω?m；30m深度處，土壤電阻率為254.5Ω?m；20m深度處，土壤電阻率為138.2Ω?m；10m深度處，土壤電阻率為138.2Ω?m，經(jīng)計(jì)算，算術(shù)平均值為176.7Ω?m。從這些數(shù)據(jù)可以看出，該區(qū)域土壤電阻率在垂直方向上并非均勻分布，而是存在一定的波動。在30m深度處出現(xiàn)了電阻率的峰值，這可能是由于該深度處的土壤結(jié)構(gòu)、成分或含水量等因素與其他深度不同所致。例如，可能存在一層富含礦物質(zhì)或含水量較低的土壤層，導(dǎo)致電阻率升高。而在20m和10m深度處土壤電阻率相同，說明這兩個(gè)深度范圍內(nèi)的土壤特性較為相似，可能屬于同一土壤層或具有相似的地質(zhì)條件。這種土壤電阻率的分層特性，使得在計(jì)算接地電阻時(shí)不能簡單地采用單一的土壤電阻率值，而需要考慮不同深度土壤電阻率的影響，采用分層土壤模型進(jìn)行計(jì)算，以提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，土壤電阻率還受到多種因素的影響。含水量是影響土壤電阻率的關(guān)鍵因素之一，土壤中的水分能夠溶解礦物質(zhì)和鹽分，形成導(dǎo)電離子，從而降低土壤電阻率。當(dāng)土壤含水量增加時(shí)，土壤中的導(dǎo)電離子濃度增大，離子遷移能力增強(qiáng)，土壤的導(dǎo)電性得到改善，電阻率顯著下降。反之，當(dāng)土壤含水量減少時(shí)，導(dǎo)電離子濃度降低，離子遷移困難，土壤電阻率升高。溫度也對土壤電阻率有一定影響，一般來說，溫度升高會使土壤中的水分蒸發(fā)，導(dǎo)致土壤電阻率增大。但在低溫環(huán)境下，土壤中的水分可能會結(jié)冰，冰的電阻率遠(yuǎn)大于水，從而使土壤電阻率急劇升高。土壤中的雜質(zhì)和化學(xué)成分也會影響其電阻率，例如，含有較多金屬礦物質(zhì)的土壤，其導(dǎo)電性會增強(qiáng)，電阻率降低；而含有較多有機(jī)物的土壤，其電阻率可能會增大。在分析廣東高要110kV變電站所在區(qū)域的地質(zhì)條件時(shí)，需要綜合考慮這些因素對土壤電阻率的影響，以便更準(zhǔn)確地評估接地電阻，并采取有效的降阻措施。三、接地電阻計(jì)算原理與方法3.1相關(guān)理論基礎(chǔ)接地電阻是指電流由接地裝置流入大地再經(jīng)大地流向另一接地體或向遠(yuǎn)處擴(kuò)散所遇到的電阻，它在電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中扮演著舉足輕重的角色。其大小直接反映了電氣裝置與“地”接觸的緊密程度以及接地網(wǎng)的規(guī)模特性。從構(gòu)成來看，接地電阻主要包含接地線和接地體本身的電阻、接地體與大地之間的接觸電阻，以及兩接地體之間大地的電阻或接地體到無限遠(yuǎn)處的大地電阻。其中，接地線和接地體本身的電阻相對較小，在實(shí)際計(jì)算中，若其電阻遠(yuǎn)小于其他部分電阻，有時(shí)可忽略不計(jì)。接地體與大地之間的接觸電阻受接地體表面狀況、土壤特性以及接觸壓力等因素影響，接觸良好時(shí)，該電阻較??；反之，若接觸不良，接觸電阻會顯著增大。兩接地體之間大地的電阻或接地體到無限遠(yuǎn)處的大地電阻則與土壤電阻率、電流擴(kuò)散路徑等密切相關(guān)。在接地電阻的計(jì)算中，歐姆定律是最為基礎(chǔ)的理論依據(jù)。根據(jù)歐姆定律，電壓等于電流乘以電阻，即U=IR。在接地系統(tǒng)中，當(dāng)有電流I通過接地裝置流入大地時(shí)，會在接地裝置與大地之間產(chǎn)生電壓降U，通過測量該電壓降和流入的電流，便可依據(jù)歐姆定律計(jì)算出接地電阻R。例如，在一個(gè)簡單的接地測試中，已知流入接地體的電流為5A，測量得到接地體與遠(yuǎn)處參考點(diǎn)之間的電壓降為25V，則根據(jù)歐姆定律可計(jì)算出接地電阻R=U/I=25V/5A=5??。電磁場理論也是接地電阻計(jì)算的重要理論基礎(chǔ)。當(dāng)電流流入接地體后，會在其周圍的土壤中形成電場和磁場。根據(jù)電磁場理論，電流在土壤中的擴(kuò)散可視為在導(dǎo)電媒質(zhì)中的流動，土壤的導(dǎo)電性能由其電阻率\rho決定。在均勻土壤中，電流呈半球形向外擴(kuò)散，電場強(qiáng)度E與電流密度J之間滿足E=\rhoJ的關(guān)系。其中，電流密度J等于電流I除以電流擴(kuò)散的截面積S。例如，對于一個(gè)深埋在均勻土壤中的球形接地體，當(dāng)有電流I流入時(shí)，在距離接地體中心r處的電流密度J=I/(4\pir^{2})，則該點(diǎn)的電場強(qiáng)度E=\rhoI/(4\pir^{2})。通過對電場強(qiáng)度在空間的積分，可得到接地體與遠(yuǎn)處參考點(diǎn)之間的電位差，進(jìn)而計(jì)算出接地電阻。此外，電場的儲能公式W=\frac{1}{2}CU^{2}（其中W為電場儲能，C為電容，U為電壓）也與接地電阻的計(jì)算相關(guān)。在接地問題中，可通過電場儲能與接地電阻之間的關(guān)系來計(jì)算接地電阻。例如，當(dāng)已知接地體的電容C和施加在接地體上的電壓U時(shí)，可先計(jì)算出電場儲能W。然后，根據(jù)能量守恒原理，接地電阻消耗的能量等于電場儲能的變化率。在穩(wěn)定狀態(tài)下，電場儲能不變，此時(shí)接地電阻R與電流I、電壓U之間的關(guān)系可通過功率公式P=UI=I^{2}R以及電場儲能公式推導(dǎo)得出。在一些復(fù)雜的接地系統(tǒng)中，利用電場儲能的概念來計(jì)算接地電阻，能夠更全面地考慮接地系統(tǒng)的特性，提高計(jì)算的準(zhǔn)確性。3.2常用計(jì)算方法概述3.2.1公式計(jì)算法公式計(jì)算法是接地電阻計(jì)算中較為基礎(chǔ)且常用的方法，其依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和理論公式，通過對各影響因素的量化分析來計(jì)算接地電阻。在實(shí)際工程中，DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算公式被廣泛應(yīng)用。對于垂直接地極的接地電阻，當(dāng)l\ggd時(shí)，可利用公式R_{V}=\frac{\rho}{2\pil}\ln\frac{4l}sokwuuc進(jìn)行計(jì)算。其中，R_{V}表示垂直接地極的接地電阻，單位為\Omega；\rho代表土壤電阻率，單位是\Omega\cdotm，其取值可通過現(xiàn)場土壤電阻率測試獲得，如在廣東高要110kV馬安變電站旁邊空地上進(jìn)行的分層電阻率測試，得到不同深度處的土壤電阻率數(shù)據(jù)，為公式計(jì)算提供了重要依據(jù)；l為垂直接地極的長度，單位為m，其長度的選擇需根據(jù)實(shí)際工程需求和地質(zhì)條件確定，一般在滿足降阻要求的前提下，考慮施工難度和成本因素；d是接地極用圓鋼時(shí)的圓鋼直徑，單位為m，若使用其他型式鋼材，如鋼管、扁鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼等，其等效直徑應(yīng)按相應(yīng)公式計(jì)算。例如，鋼管的等效直徑d=d_{1}（d_{1}為鋼管實(shí)際直徑）；扁鋼的等效直徑d=\frac{2}（b為扁鋼寬度）；等邊角鋼的等效直徑d=0.84b（b為等邊角鋼的邊寬）；不等邊角鋼的等效直徑d=0.71\sqrt[4]{b_{1}^{2}b_{2}^{2}+(b_{1}^{4}+b_{2}^{4})/17}（b_{1}、b_{2}分別為不等邊角鋼的長邊寬和短邊寬）。對于不同形狀水平接地極的接地電阻，可利用公式R_{h}=\frac{\rho}{2\piL}\ln\frac{L^{2}}{hd}+\frac{\rho}{2\piL}\ln\frac{1}{A}計(jì)算。其中，R_{h}是水平接地極的接地電阻，單位為\Omega；L表示水平接地極的總長度，單位為m，它取決于接地網(wǎng)的布局和設(shè)計(jì)要求，如在一些大型變電站接地網(wǎng)中，為了降低接地電阻，會增加水平接地極的長度；h為水平接地極的埋設(shè)深度，單位為m，通常根據(jù)土壤特性和工程實(shí)際情況確定，一般在0.5-1.0m之間，以保證接地極與土壤有良好的接觸且避免受到外界因素的干擾；d的含義與垂直接地極中相同；A是與接地極形狀有關(guān)的系數(shù)，對于不同形狀的水平接地極，A有不同的取值，如對于圓形接地極，A=1；對于方形接地極，A=0.79等。在廣東高要110kV變電站接地電阻計(jì)算中，若采用公式計(jì)算法，首先需準(zhǔn)確測量該地區(qū)的土壤電阻率，根據(jù)土壤分層情況和測試數(shù)據(jù)，確定不同深度土壤電阻率的取值或等效土壤電阻率。然后，結(jié)合變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)圖紙，明確垂直接地極和水平接地極的長度、直徑、埋設(shè)深度以及接地極的形狀等參數(shù)。例如，對于某110kV變電站接地網(wǎng)，已知垂直接地極采用直徑為0.02m的圓鋼，長度為2.5m，土壤電阻率為150\Omega\cdotm，根據(jù)垂直接地極接地電阻計(jì)算公式可得R_{V}=\frac{150}{2\pi\times2.5}\ln\frac{4\times2.5}{0.02}\approx10.3\Omega。對于水平接地極，若總長度為500m，埋設(shè)深度為0.8m，采用扁鋼（等效直徑根據(jù)公式計(jì)算），形狀為方形（A=0.79），則可計(jì)算出水平接地極的接地電阻。通過將垂直接地極和水平接地極的接地電阻進(jìn)行綜合計(jì)算，可得到該變電站接地網(wǎng)的接地電阻初步估算值。然而，公式計(jì)算法存在一定的局限性，它通?；谝恍├硐爰僭O(shè)，如假設(shè)土壤為均勻介質(zhì)、接地極形狀規(guī)則等。在實(shí)際工程中，廣東高要地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，土壤電阻率存在分層和各向異性，接地網(wǎng)形狀也可能不規(guī)則，這些因素會導(dǎo)致公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。3.2.2數(shù)值計(jì)算法隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值計(jì)算法在變電站接地電阻計(jì)算中得到了廣泛應(yīng)用，其中有限元法和邊界元法是兩種典型且重要的數(shù)值計(jì)算方法。有限元法（FEM）是一種基于變分原理的數(shù)值計(jì)算方法，其在接地電阻計(jì)算中的應(yīng)用原理是將接地系統(tǒng)所在的連續(xù)場域離散化為有限個(gè)單元，這些單元通過節(jié)點(diǎn)相互連接。對于每個(gè)單元，根據(jù)電磁場理論和相關(guān)的物理定律，建立其電場或電流場的控制方程。在接地問題中，通?；跉W姆定律和基爾霍夫定律來描述電流在土壤中的流動。例如，在一個(gè)二維的接地模型中，假設(shè)土壤為各向同性導(dǎo)電媒質(zhì)，電流密度J與電場強(qiáng)度E滿足J=\sigmaE（\sigma為電導(dǎo)率，\sigma=1/\rho，\rho為土壤電阻率），同時(shí)滿足電流連續(xù)性方程\nabla\cdotJ=0。通過對這些方程進(jìn)行離散化處理，將其轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組，利用計(jì)算機(jī)求解這些方程組，得到每個(gè)單元節(jié)點(diǎn)的電位值。在求解過程中，需要對整個(gè)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的疏密程度會影響計(jì)算精度和計(jì)算量。一般來說，在接地體附近和電場變化劇烈的區(qū)域，采用較密的網(wǎng)格；而在遠(yuǎn)離接地體和電場變化平緩的區(qū)域，采用較疏的網(wǎng)格。通過求解得到各節(jié)點(diǎn)的電位后，根據(jù)電位差和電流的關(guān)系，即可計(jì)算出接地電阻。例如，已知流入接地體的電流為I，通過計(jì)算得到接地體與遠(yuǎn)處參考點(diǎn)之間的電位差為U，則接地電阻R=U/I。有限元法的優(yōu)勢在于能夠處理復(fù)雜的幾何形狀和邊界條件。在廣東高要110kV變電站接地電阻計(jì)算中，由于變電站接地網(wǎng)形狀可能不規(guī)則，且周圍存在各種建筑物、地下管線等復(fù)雜環(huán)境，有限元法可以靈活地對這些復(fù)雜幾何形狀進(jìn)行建模。通過合理設(shè)置邊界條件，如將無窮遠(yuǎn)處的電位設(shè)為零，考慮接地體與土壤之間的接觸條件等，能夠準(zhǔn)確地模擬接地電流在土壤中的分布情況，從而得到較為準(zhǔn)確的接地電阻計(jì)算結(jié)果。同時(shí)，有限元法還可以方便地考慮土壤的分層結(jié)構(gòu)和各向異性等因素，對于高要地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件具有很好的適應(yīng)性。邊界元法（BEM）是一種基于邊界積分方程的數(shù)值計(jì)算方法，它將求解區(qū)域內(nèi)的場問題轉(zhuǎn)化為邊界上的積分方程問題。在接地電阻計(jì)算中，首先根據(jù)格林函數(shù)和場的基本方程，建立接地系統(tǒng)的邊界積分方程。以三維接地問題為例，假設(shè)接地體表面為S，在表面上分布有電流密度\vec{J}，根據(jù)電場的基本理論，在空間某點(diǎn)P的電位\varphi(P)可以表示為邊界積分形式\varphi(P)=\frac{1}{4\pi\sigma}\int_{S}\frac{\vec{J}(\vec{r}')\cdot\vec{n}(\vec{r}')}{|\vec{r}-\vec{r}'|}dS'（\vec{r}為點(diǎn)P的位置矢量，\vec{r}'為邊界上點(diǎn)的位置矢量，\vec{n}為邊界的單位法向量）。通過對邊界進(jìn)行離散化，將邊界劃分為有限個(gè)單元，將邊界積分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組進(jìn)行求解。與有限元法不同，邊界元法只需要對邊界進(jìn)行離散，大大減少了計(jì)算量，尤其是在處理無限域問題時(shí)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢。在接地電阻計(jì)算中，由于接地電流在土壤中向無窮遠(yuǎn)處擴(kuò)散，屬于無限域問題，邊界元法可以有效地處理這一情況。在廣東高要110kV變電站接地電阻計(jì)算中，邊界元法可以準(zhǔn)確地模擬接地電流在無限大土壤中的擴(kuò)散特性，無需像有限元法那樣對無限大的計(jì)算區(qū)域進(jìn)行近似處理。同時(shí)，邊界元法對于處理具有規(guī)則邊界的接地問題，計(jì)算精度較高，計(jì)算效率也相對較高。但邊界元法也存在一定的局限性，如在處理復(fù)雜幾何形狀時(shí)，邊界積分方程的建立和求解可能較為困難，對計(jì)算資源的要求也較高。3.3適用于廣東高要110kV變電站的計(jì)算方法選擇對于廣東高要110kV變電站接地電阻的計(jì)算，需綜合考慮該地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件、變電站接地網(wǎng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)以及電氣設(shè)備參數(shù)等多方面因素，以確定最為合適的計(jì)算方法。從地質(zhì)條件來看，廣東高要地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層巖性多樣，土壤類型包含砂土、黏土和礫石土等，且土壤電阻率存在明顯的分層特性。例如，馬安變電站所在區(qū)域，場地地基由人工填土、風(fēng)化殘積土及風(fēng)化基巖組成，在不同深度處土壤電阻率差異較大，40m深度處為176.0Ω?m，30m深度處為254.5Ω?m。這種復(fù)雜的地質(zhì)情況對計(jì)算方法的適應(yīng)性提出了很高要求。公式計(jì)算法在處理均勻土壤和規(guī)則接地極形狀時(shí)較為簡便，但對于廣東高要地區(qū)這種復(fù)雜的地質(zhì)條件，由于其通?；诰鶆蛲寥赖壤硐爰僭O(shè)，難以準(zhǔn)確考慮土壤電阻率的分層和各向異性等因素，計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)際情況存在較大偏差。而數(shù)值計(jì)算法中的有限元法和邊界元法，能夠更好地處理復(fù)雜的幾何形狀和邊界條件，對于考慮土壤的分層結(jié)構(gòu)和各向異性具有明顯優(yōu)勢。例如，有限元法可以通過合理的網(wǎng)格劃分，精確地模擬接地電流在不同土壤層中的擴(kuò)散情況，邊界元法則能有效處理接地電流在無限大土壤中的擴(kuò)散特性，更符合高要地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)特點(diǎn)。從變電站接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來看，其形狀往往不規(guī)則，且可能存在多種接地極布置方式。在廣東高要110kV變電站中，接地網(wǎng)可能由不同長度、直徑的垂直接地極和水平接地極組成，且布置較為復(fù)雜。公式計(jì)算法在處理不規(guī)則接地網(wǎng)時(shí)，難以準(zhǔn)確考慮接地極之間的相互影響以及電流在復(fù)雜接地網(wǎng)中的分布情況。有限元法能夠靈活地對不規(guī)則接地網(wǎng)進(jìn)行建模，通過將接地系統(tǒng)離散化為有限個(gè)單元，準(zhǔn)確地分析接地電流在接地網(wǎng)中的分布和擴(kuò)散，從而更準(zhǔn)確地計(jì)算接地電阻。邊界元法雖然在處理復(fù)雜幾何形狀時(shí)可能存在一定難度，但對于具有一定規(guī)則性的接地網(wǎng)，其計(jì)算精度較高，計(jì)算效率也相對較高。再考慮電氣設(shè)備參數(shù)，不同的電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的接地電流大小和特性各不相同。在110kV變電站中，主變壓器、斷路器等設(shè)備在故障情況下的接地電流可能較大，且電流的頻率、波形等因素也會對接地電阻的計(jì)算產(chǎn)生影響。數(shù)值計(jì)算法可以通過設(shè)置不同的電流源和邊界條件，更好地模擬不同電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)的接地情況，從而更準(zhǔn)確地計(jì)算接地電阻。例如，在有限元模型中，可以根據(jù)電氣設(shè)備的實(shí)際參數(shù)，設(shè)置相應(yīng)的電流密度和電位邊界條件，以模擬真實(shí)的接地電流分布。綜合以上因素，本文決定采用有限元法作為廣東高要110kV變電站接地電阻的主要計(jì)算方法。有限元法能夠充分考慮該地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件、接地網(wǎng)的不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，通過合理的模型建立和參數(shù)設(shè)置，可以較為準(zhǔn)確地計(jì)算接地電阻。同時(shí)，為了驗(yàn)證有限元法計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，還將結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。在實(shí)際工程應(yīng)用中，也可根據(jù)具體情況，適當(dāng)參考公式計(jì)算法的結(jié)果，以相互印證和補(bǔ)充。四、廣東高要110kV變電站接地電阻計(jì)算實(shí)例4.1計(jì)算條件確定在進(jìn)行廣東高要110kV變電站接地電阻計(jì)算前，需明確一系列關(guān)鍵計(jì)算條件。土壤電阻率的準(zhǔn)確取值是計(jì)算接地電阻的基礎(chǔ)。以高要市110kV馬安變電站為例，根據(jù)在其旁邊空地上進(jìn)行的分層電阻率測試結(jié)果，在40m深度處，土壤電阻率為176.0Ω?m；30m深度處，土壤電阻率為254.5Ω?m；20m深度處，土壤電阻率為138.2Ω?m；10m深度處，土壤電阻率為138.2Ω?m，經(jīng)計(jì)算算術(shù)平均值為176.7Ω?m?？紤]到土壤電阻率在不同深度的變化以及實(shí)際工程的復(fù)雜性，在后續(xù)計(jì)算中，采用加權(quán)平均的方法確定等效土壤電阻率。根據(jù)各層土壤對電流擴(kuò)散的影響程度，為不同深度的土壤電阻率賦予相應(yīng)的權(quán)重。例如，假設(shè)10-20m深度范圍內(nèi)的土壤對電流擴(kuò)散影響較大，賦予其權(quán)重為0.4；20-30m深度范圍權(quán)重為0.3；30-40m深度范圍權(quán)重為0.3。則等效土壤電阻率\rho_{eq}=138.2\times0.4+138.2\times0.3+254.5\times0.3\approx167.5\Omega?·m。變電站接地網(wǎng)的尺寸、形狀及接地極布置等參數(shù)對計(jì)算結(jié)果有著重要影響。馬安變電站圍墻內(nèi)占地面積約8480平方米，其接地網(wǎng)形狀近似為矩形。接地網(wǎng)的長邊長為120m，短邊長為70m。接地極采用水平接地極和垂直接地極相結(jié)合的布置方式。水平接地極選用規(guī)格為40mm×4mm的扁鋼，埋深為0.8m。在接地網(wǎng)的邊緣和內(nèi)部，按照一定間距布置水平接地極，邊緣水平接地極間距為5m，內(nèi)部水平接地極間距為8m。垂直接地極采用直徑為50mm的鋼管，長度為2.5m，在接地網(wǎng)的四個(gè)角以及內(nèi)部每隔15m布置一根垂直接地極。通過這種布置方式，能夠有效擴(kuò)大接地網(wǎng)的散流面積，降低接地電阻。此外，還需考慮接地材料的導(dǎo)電性能。扁鋼的電阻率約為1.7\times10^{-7}\Omega?·m，鋼管的電阻率約為2.0\times10^{-7}\Omega?·m。雖然接地材料本身的電阻相對較小，但在精確計(jì)算接地電阻時(shí)，仍需將其納入考慮范圍。在實(shí)際工程中，接地材料的腐蝕情況也會影響其導(dǎo)電性能，進(jìn)而影響接地電阻。由于高要地區(qū)氣候濕潤，土壤中含有一定的腐蝕性物質(zhì)，對接地材料存在一定的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)相關(guān)研究和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)接地材料每年的腐蝕速率約為0.1mm。在計(jì)算接地電阻時(shí)，需考慮接地材料腐蝕后橫截面積的變化對電阻的影響。例如，對于扁鋼，假設(shè)經(jīng)過n年腐蝕后，其橫截面積變?yōu)镾=(40-0.1n)\times4，根據(jù)電阻公式R=\rho\frac{l}{S}（\rho為材料電阻率，l為長度），可計(jì)算出腐蝕后扁鋼的電阻變化。對于鋼管，同樣可根據(jù)其腐蝕后的內(nèi)徑和外徑變化，計(jì)算電阻的改變。通過綜合考慮這些因素，能夠更準(zhǔn)確地確定廣東高要110kV變電站接地電阻的計(jì)算條件，為后續(xù)的計(jì)算和分析提供可靠依據(jù)。4.2計(jì)算過程展示采用有限元法進(jìn)行接地電阻計(jì)算時(shí)，借助專業(yè)的有限元分析軟件ANSYS，其強(qiáng)大的建模和求解能力能夠高效處理復(fù)雜的工程問題。首先，依據(jù)廣東高要110kV馬安變電站的實(shí)際情況，利用ANSYS軟件建立三維接地模型。在建模過程中，精準(zhǔn)地模擬接地網(wǎng)的幾何形狀，確保與實(shí)際尺寸一致。對于水平接地極，按照其在接地網(wǎng)中的實(shí)際布置，準(zhǔn)確設(shè)置其長度、寬度和位置；垂直接地極同樣依據(jù)實(shí)際的長度、直徑和分布進(jìn)行建模。土壤模型的建立是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分考慮土壤的分層特性和各層的電阻率。根據(jù)分層電阻率測試結(jié)果，將土壤劃分為不同的層，如在10-20m深度為一層，20-30m深度為一層，30-40m深度為一層。為每一層土壤賦予相應(yīng)的電阻率值，10-20m深度層電阻率為138.2Ω?m，20-30m深度層為138.2Ω?m，30-40m深度層為254.5Ω?m。同時(shí)，考慮土壤的各向異性，對于各向異性土壤，在軟件中通過設(shè)置不同方向的電導(dǎo)率來體現(xiàn)其特性。在實(shí)際地質(zhì)中，某些土壤在水平方向和垂直方向的導(dǎo)電性能存在差異，這種差異會影響接地電流的擴(kuò)散路徑和接地電阻的大小。通過準(zhǔn)確設(shè)置土壤的各向異性參數(shù)，能夠更真實(shí)地模擬接地電流在土壤中的流動情況。完成模型建立后，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在接地體附近和電場變化劇烈的區(qū)域，采用較密的網(wǎng)格，以提高計(jì)算精度。例如，在接地極周圍，將網(wǎng)格尺寸設(shè)置為較小的值，如0.1m，確保能夠準(zhǔn)確捕捉電場的變化。在遠(yuǎn)離接地體和電場變化平緩的區(qū)域，采用較疏的網(wǎng)格，以減少計(jì)算量，如將網(wǎng)格尺寸設(shè)置為1m。合理的網(wǎng)格劃分既保證了計(jì)算精度，又提高了計(jì)算效率。接著，設(shè)置邊界條件。將無窮遠(yuǎn)處的電位設(shè)為零，模擬接地電流向無限遠(yuǎn)處擴(kuò)散的實(shí)際情況。同時(shí)，考慮接地體與土壤之間的接觸條件，設(shè)置為理想接觸，即認(rèn)為接地體與土壤之間的接觸電阻為零。在實(shí)際工程中，接地體與土壤之間的接觸電阻會影響接地電阻的大小，但在本次計(jì)算中，先假設(shè)為理想接觸，后續(xù)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正。設(shè)置好參數(shù)后，運(yùn)行ANSYS軟件進(jìn)行求解。軟件通過迭代計(jì)算，求解出接地系統(tǒng)中的電位分布和電流密度分布。在求解過程中，軟件會根據(jù)設(shè)置的參數(shù)和邊界條件，逐步迭代計(jì)算，直到滿足收斂條件。當(dāng)計(jì)算結(jié)果收斂后，得到接地系統(tǒng)的電位分布云圖和電流密度分布云圖。從電位分布云圖中，可以直觀地看到接地網(wǎng)周圍電位的變化情況，接地網(wǎng)附近電位較高，隨著距離的增加，電位逐漸降低。電流密度分布云圖則展示了電流在接地網(wǎng)和土壤中的分布情況，接地極處電流密度較大，在土壤中逐漸擴(kuò)散，電流密度逐漸減小。根據(jù)計(jì)算得到的電位分布和已知的流入接地體的電流，計(jì)算接地電阻。假設(shè)流入接地體的電流為I，通過軟件計(jì)算得到接地體與遠(yuǎn)處參考點(diǎn)（電位設(shè)為零）之間的電位差為U，則接地電阻R=U/I。在本次計(jì)算中，已知流入接地體的電流為500A（根據(jù)變電站可能出現(xiàn)的故障電流情況設(shè)定），計(jì)算得到電位差為250V，則接地電阻R=250V/500A=0.5??。通過以上基于有限元法的計(jì)算過程，結(jié)合廣東高要110kV馬安變電站的實(shí)際參數(shù)和復(fù)雜地質(zhì)條件，準(zhǔn)確地計(jì)算出了該變電站的接地電阻，為后續(xù)的接地系統(tǒng)分析和優(yōu)化提供了重要依據(jù)。4.3計(jì)算結(jié)果分析通過有限元法計(jì)算得到廣東高要110kV馬安變電站的接地電阻為0.5Ω。根據(jù)相關(guān)電力系統(tǒng)規(guī)程，110kV及以上變電站的接地電阻一般要求不大于0.5Ω。從計(jì)算結(jié)果與規(guī)程要求的對比來看，該變電站接地電阻剛好達(dá)到規(guī)程允許的最大值。這表明在當(dāng)前的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)和地質(zhì)條件下，接地電阻處于合格的臨界狀態(tài)，若接地系統(tǒng)的某些參數(shù)發(fā)生變化，如接地材料腐蝕導(dǎo)致電阻增大、土壤電阻率因氣候等因素改變，接地電阻可能會超出規(guī)程要求，從而給變電站的安全運(yùn)行帶來隱患。從合理性角度分析，計(jì)算結(jié)果與該變電站的實(shí)際情況具有一定的契合度。在計(jì)算過程中，充分考慮了廣東高要地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件，包括土壤的分層結(jié)構(gòu)和各層不同的電阻率。通過分層設(shè)置土壤電阻率參數(shù)，更真實(shí)地模擬了接地電流在土壤中的擴(kuò)散情況。例如，在土壤電阻率較高的30m深度層，電流擴(kuò)散受到的阻礙較大，這使得接地電阻相對增加。同時(shí)，對接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)也進(jìn)行了精確建模，如接地極的長度、直徑、埋設(shè)深度以及布置方式等。合理的網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)置，確保了計(jì)算結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映接地系統(tǒng)的電氣特性。因此，從考慮因素的全面性和計(jì)算模型的準(zhǔn)確性來看，該計(jì)算結(jié)果具有一定的合理性。然而，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際需求之間仍存在一定差距。在實(shí)際運(yùn)行中，變電站可能會面臨各種復(fù)雜的工況和環(huán)境變化。例如，在雷電天氣下，變電站會遭受雷擊，雷電流的幅值和陡度都非常大，這對接地系統(tǒng)的沖擊作用遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時(shí)的故障電流。此時(shí)，接地電阻可能會因?yàn)橥寥赖碾婋x、火花放電等現(xiàn)象而發(fā)生變化，實(shí)際的接地性能可能無法滿足瞬間大電流泄放的要求。此外，隨著時(shí)間的推移，接地材料會受到腐蝕，尤其是在高要地區(qū)潮濕的氣候條件下，腐蝕速度可能相對較快。接地材料腐蝕后，其橫截面積減小，電阻增大，將導(dǎo)致接地電阻逐漸升高。而計(jì)算結(jié)果僅基于當(dāng)前的接地網(wǎng)參數(shù)和地質(zhì)條件，未充分考慮這些動態(tài)變化因素。為了確保變電站的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，在實(shí)際工程中，需要采取一些額外的措施來彌補(bǔ)這些差距。例如，預(yù)留一定的接地電阻裕度，在設(shè)計(jì)時(shí)將接地電阻控制在比規(guī)程要求更低的水平，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的接地電阻增大情況；定期對接地系統(tǒng)進(jìn)行檢測和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理接地材料腐蝕、接地連接松動等問題；采用耐腐蝕的接地材料或?qū)拥夭牧线M(jìn)行防腐處理，延長接地系統(tǒng)的使用壽命。通過這些措施，可以提高接地系統(tǒng)的可靠性，使其更好地滿足變電站實(shí)際運(yùn)行的需求。五、影響接地電阻的因素分析5.1土壤特性的影響土壤特性是影響廣東高要110kV變電站接地電阻的關(guān)鍵因素，其中土壤電阻率的變化規(guī)律以及土壤分層結(jié)構(gòu)對其有著顯著作用。土壤電阻率并非固定不變，而是隨季節(jié)、濕度和溫度呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在季節(jié)方面，以廣東高要地區(qū)為例，雨季時(shí)，大量降水使土壤含水量大幅增加，土壤中的導(dǎo)電離子因水分的稀釋和擴(kuò)散作用，其遷移能力增強(qiáng)，從而導(dǎo)致土壤電阻率顯著下降。研究表明，在雨季，該地區(qū)部分土壤電阻率可降低30%-50%。而在旱季，土壤水分逐漸蒸發(fā)，含水量減少，導(dǎo)電離子濃度相對升高，但離子遷移受到限制，土壤電阻率隨之升高。例如，在旱季，一些砂質(zhì)土壤的電阻率可能會升高1-2倍。濕度對土壤電阻率的影響也十分關(guān)鍵。當(dāng)土壤濕度增加時(shí)，土壤顆粒表面會形成一層較厚的水膜，這層水膜能夠有效地連接土壤顆粒，降低顆粒間的接觸電阻，為電流傳導(dǎo)提供更多的通道，使得土壤的導(dǎo)電性增強(qiáng)，電阻率降低。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)土壤濕度從10%增加到30%時(shí)，土壤電阻率可降低約40%-60%。相反，當(dāng)土壤濕度降低時(shí)，水膜變薄甚至消失，顆粒間的接觸電阻增大，電流傳導(dǎo)困難，土壤電阻率升高。溫度同樣會對土壤電阻率產(chǎn)生影響。在一般情況下，溫度升高會使土壤中的水分蒸發(fā)加劇，導(dǎo)致土壤干燥，從而使土壤電阻率增大。當(dāng)溫度從20℃升高到40℃時(shí)，土壤電阻率可能會升高10%-30%。但在低溫環(huán)境下，尤其是當(dāng)溫度接近或低于0℃時(shí)，土壤中的水分會結(jié)冰，冰的電阻率遠(yuǎn)大于水，使得土壤電阻率急劇升高。據(jù)研究，土壤中的水分結(jié)冰后，其電阻率可增大數(shù)十倍甚至上百倍。土壤分層結(jié)構(gòu)對接地電阻計(jì)算也有著重要影響。在廣東高要110kV變電站所在區(qū)域，土壤往往呈現(xiàn)出復(fù)雜的分層特性。不同層的土壤在成分、結(jié)構(gòu)和含水量等方面存在差異，導(dǎo)致各層土壤電阻率不同。例如，在某變電站附近的土壤中，上層為砂質(zhì)土，電阻率較高，約為300Ω?m；下層為黏質(zhì)土，電阻率相對較低，約為80Ω?m。這種分層結(jié)構(gòu)使得接地電流在土壤中的擴(kuò)散路徑變得復(fù)雜，電流在不同電阻率的土壤層之間傳播時(shí)，會發(fā)生折射和反射現(xiàn)象。當(dāng)電流從低電阻率的土壤層進(jìn)入高電阻率的土壤層時(shí)，會受到較大的阻礙，導(dǎo)致電流密度分布發(fā)生變化，進(jìn)而影響接地電阻的計(jì)算結(jié)果。在接地電阻計(jì)算中，如果忽略土壤分層結(jié)構(gòu)，簡單地采用平均土壤電阻率進(jìn)行計(jì)算，會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差。例如，對于上述具有分層土壤的情況，若采用平均土壤電阻率計(jì)算接地電阻，計(jì)算值可能比實(shí)際值低20%-30%，無法準(zhǔn)確反映接地系統(tǒng)的真實(shí)性能。因此，在計(jì)算接地電阻時(shí)，必須充分考慮土壤的分層結(jié)構(gòu)，采用合適的計(jì)算模型，如多層土壤模型，以提高計(jì)算的準(zhǔn)確性。五、影響接地電阻的因素分析5.2接地網(wǎng)設(shè)計(jì)與施工因素5.2.1接地網(wǎng)形狀與尺寸接地網(wǎng)的形狀與尺寸是影響廣東高要110kV變電站接地電阻的重要設(shè)計(jì)因素。不同形狀的接地網(wǎng)，如方形、圓形、網(wǎng)格狀等，其電流分布和散流特性存在顯著差異。方形接地網(wǎng)在實(shí)際工程中應(yīng)用較為廣泛，其結(jié)構(gòu)相對簡單，施工方便。對于邊長為a和b的方形接地網(wǎng)，在均勻土壤條件下，其接地電阻可通過公式R_{square}=\frac{\rho}{2\pi\sqrt{ab}}\ln\frac{2(a+b)}{\sqrt{ab}}進(jìn)行估算。從電流分布來看，方形接地網(wǎng)的四個(gè)角處電流密度相對較大，這是因?yàn)殡娏髟诮遣康臄U(kuò)散路徑相對集中。在高要110kV變電站中，若采用方形接地網(wǎng)，當(dāng)土壤電阻率較高時(shí)，角部的高電流密度可能導(dǎo)致局部電位升高，增加安全隱患。例如，在某110kV變電站的方形接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中，由于角部電流密度過大，在一次雷擊事故中，角部附近的設(shè)備受到了較大的沖擊，部分設(shè)備的絕緣性能受到影響。圓形接地網(wǎng)具有對稱性好的特點(diǎn)，其接地電阻公式為R_{circle}=\frac{\rho}{2\pir}\ln\frac{8r}gwymyky（其中r為圓形接地網(wǎng)的半徑，d為接地極等效直徑）。圓形接地網(wǎng)的電流分布相對均勻，電流在圓周上均勻擴(kuò)散，沒有明顯的電流集中區(qū)域。在高要地區(qū)的一些變電站中，當(dāng)場地條件允許時(shí)，采用圓形接地網(wǎng)可以有效降低接地電阻，提高接地系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例如，某變電站在改造過程中，將原有的方形接地網(wǎng)改為圓形接地網(wǎng)，接地電阻降低了約15%，有效提高了變電站的接地性能。網(wǎng)格狀接地網(wǎng)則是由水平接地極相互交叉組成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其接地電阻計(jì)算較為復(fù)雜，通常需要考慮網(wǎng)格的間距、接地極的長度和直徑等因素。網(wǎng)格狀接地網(wǎng)能夠增加接地極與土壤的接觸面積，改善電流分布，降低接地電阻。在廣東高要110kV變電站中，為了滿足接地電阻要求，常采用網(wǎng)格狀接地網(wǎng)。通過合理設(shè)計(jì)網(wǎng)格間距，可以使電流更均勻地分布在土壤中，減少局部電位差。例如，在馬安變電站的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中，采用了網(wǎng)格狀接地網(wǎng)，通過優(yōu)化網(wǎng)格間距，使接地電阻降低到了滿足規(guī)程要求的范圍內(nèi)。接地網(wǎng)尺寸的大小直接影響接地電阻的數(shù)值。一般來說，接地網(wǎng)尺寸越大，接地電阻越小。當(dāng)接地網(wǎng)面積增大時(shí)，電流的擴(kuò)散面積也隨之增大，土壤的散流能力增強(qiáng)，從而降低接地電阻。在廣東高要110kV變電站的建設(shè)中，為了降低接地電阻，在場地條件允許的情況下，會盡量擴(kuò)大接地網(wǎng)的尺寸。然而，擴(kuò)大接地網(wǎng)尺寸也會受到場地限制、工程造價(jià)等因素的制約。在實(shí)際工程中，需要綜合考慮這些因素，找到接地網(wǎng)尺寸與接地電阻、工程造價(jià)之間的最佳平衡點(diǎn)。例如，某110kV變電站在建設(shè)初期，由于場地有限，接地網(wǎng)尺寸較小，接地電阻超出了規(guī)程要求。后來通過對周邊場地的合理利用，擴(kuò)大了接地網(wǎng)面積，接地電阻降低到了合格范圍內(nèi)，但同時(shí)也增加了一定的工程造價(jià)。因此，在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)尺寸時(shí)，需要進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確保在滿足接地電阻要求的前提下，實(shí)現(xiàn)工程成本的最優(yōu)化。5.2.2接地極材料與布置方式接地極材料的導(dǎo)電性能以及布置方式對接地電阻有著關(guān)鍵影響，在廣東高要110kV變電站接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要對這些因素進(jìn)行深入分析和合理選擇。不同接地極材料的導(dǎo)電性能差異顯著，其中銅和鋼是較為常用的兩種接地極材料。銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，其電阻率約為1.7??10^{-8}???·m，在相同條件下，銅接地極能夠更有效地傳導(dǎo)電流，降低接地電阻。以某110kV變電站的接地改造工程為例，將原有的鋼接地極更換為銅接地極后，在土壤電阻率為150Ω?m的情況下，接地電阻從1.2Ω降低到了0.8Ω。這是因?yàn)殂~的低電阻率使得電流在銅接地極中傳輸時(shí)的電阻損耗較小，能夠更快速地將電流導(dǎo)入大地，從而降低了接地電阻。此外，銅還具有良好的耐腐蝕性，在高要地區(qū)潮濕的氣候環(huán)境下，能夠有效抵抗土壤中腐蝕性物質(zhì)的侵蝕，延長接地極的使用壽命。鋼接地極的電阻率相對較高，約為1.0??10^{-7}???·m，其導(dǎo)電性能不如銅。但鋼接地極價(jià)格相對較低，在一些對成本控制較為嚴(yán)格的工程中應(yīng)用廣泛。然而，鋼接地極在潮濕的土壤中容易發(fā)生腐蝕，尤其是在高要地區(qū)土壤中含有一定鹽分和酸性物質(zhì)的情況下，腐蝕速度可能加快。隨著腐蝕的進(jìn)行，鋼接地極的橫截面積逐漸減小，電阻增大，導(dǎo)致接地電阻上升。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)，在高要地區(qū)的土壤環(huán)境中，鋼接地極每年的腐蝕速率約為0.1-0.2mm，經(jīng)過5-10年的運(yùn)行，接地電阻可能會增大20%-50%，從而影響變電站接地系統(tǒng)的安全性和可靠性。接地極的埋設(shè)深度和間距等布置方式也對接地電阻產(chǎn)生重要影響。一般來說，增加接地極的埋設(shè)深度可以降低接地電阻。當(dāng)接地極埋設(shè)深度增加時(shí)，電流能夠更深入地?cái)U(kuò)散到土壤中，利用深層土壤的導(dǎo)電性能，擴(kuò)大電流的擴(kuò)散范圍，從而降低接地電阻。例如，在某110kV變電站的接地系統(tǒng)中，將接地極的埋設(shè)深度從0.8m增加到1.5m后，接地電阻降低了約10%。這是因?yàn)樯顚油寥赖碾娮杪士赡芟鄬^低，或者深層土壤的結(jié)構(gòu)更有利于電流的擴(kuò)散。接地極間距的選擇也至關(guān)重要。如果接地極間距過小，相鄰接地極之間的電流相互干擾，會導(dǎo)致電流分布不均勻，部分區(qū)域電流密度過大，從而使接地電阻增大。而接地極間距過大，則會減少接地極與土壤的接觸面積，降低接地系統(tǒng)的散流能力，同樣會使接地電阻增大。在廣東高要110kV變電站接地極布置中，需要根據(jù)土壤電阻率、接地極長度等因素，合理確定接地極間距。例如，在土壤電阻率較高的區(qū)域，適當(dāng)減小接地極間距，以增加接地極的有效散流面積；在土壤電阻率較低的區(qū)域，可適當(dāng)增大接地極間距，以節(jié)省材料和施工成本。一般來說，在高要地區(qū)110kV變電站中，水平接地極間距通常在5-10m之間，垂直接地極間距在10-15m之間，通過這樣的布置方式，能夠有效降低接地電阻，提高接地系統(tǒng)的性能。5.2.3施工質(zhì)量問題在廣東高要110kV變電站接地系統(tǒng)的施工過程中，施工質(zhì)量問題對接地電阻有著不容忽視的影響，這些問題可能導(dǎo)致接地電阻增大，威脅變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。接地極連接不牢固是常見的施工質(zhì)量問題之一。接地極之間通常采用焊接、螺栓連接等方式進(jìn)行連接。若焊接質(zhì)量不佳，如出現(xiàn)虛焊、脫焊等情況，或者螺栓連接未擰緊，會導(dǎo)致接觸電阻增大。在電流通過接地系統(tǒng)時(shí)，接觸電阻的增大會使連接處產(chǎn)生較大的電壓降，部分電能會轉(zhuǎn)化為熱能消耗在連接處，從而影響接地系統(tǒng)的導(dǎo)電性能，使接地電阻升高。以某110kV變電站為例，在一次接地電阻檢測中發(fā)現(xiàn)，由于部分接地極焊接處存在虛焊，導(dǎo)致接地電阻比設(shè)計(jì)值增大了30%。在后續(xù)的整改過程中，重新對虛焊處進(jìn)行了焊接處理，并進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，接地電阻才恢復(fù)到正常范圍?；靥钔敛环弦笠矔拥仉娮璁a(chǎn)生負(fù)面影響?；靥钔翍?yīng)選擇電阻率較低、質(zhì)地均勻、透氣性好的土壤，以保證接地極與土壤之間有良好的接觸，降低接觸電阻。然而，在實(shí)際施工中，可能會出現(xiàn)使用建筑垃圾、大塊砂石等作為回填土的情況。這些材料的電阻率較高，且與接地極之間的接觸不良，會阻礙電流的擴(kuò)散，使接地電阻增大。例如，在某變電站施工中，由于使用了建筑垃圾作為回填土，導(dǎo)致接地電阻超出規(guī)程要求。后來重新挖開，更換為符合要求的回填土，并進(jìn)行了分層夯實(shí)，接地電阻才得以降低到合格范圍內(nèi)。此外，施工過程中的其他問題，如接地極埋設(shè)深度不足、接地網(wǎng)布局與設(shè)計(jì)圖紙不符等，也會影響接地電阻。接地極埋設(shè)深度不足，會使電流無法充分?jǐn)U散到土壤中，導(dǎo)致接地電阻增大。若接地網(wǎng)布局與設(shè)計(jì)圖紙不符，可能會破壞接地系統(tǒng)的對稱性和合理性，影響電流分布，進(jìn)而增大接地電阻。在廣東高要110kV變電站接地系統(tǒng)施工中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行操作，加強(qiáng)施工過程中的質(zhì)量控制和監(jiān)督，確保接地系統(tǒng)的施工質(zhì)量，以保證接地電阻滿足要求，保障變電站的安全運(yùn)行。5.3運(yùn)行過程中的影響因素在廣東高要110kV變電站接地系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，存在多種因素會對接地電阻產(chǎn)生影響，這些因素可能導(dǎo)致接地電阻增大，威脅變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。接地體腐蝕是一個(gè)不容忽視的問題。高要地區(qū)氣候濕潤，土壤中含有一定的酸性物質(zhì)和鹽分，這種環(huán)境條件加速了接地體的腐蝕進(jìn)程。以鋼接地體為例，其在高要地區(qū)的土壤中，由于電化學(xué)腐蝕作用，接地體表面會發(fā)生氧化反應(yīng)，形成鐵銹。隨著時(shí)間的推移，鐵銹逐漸堆積，導(dǎo)致接地體橫截面積減小。根據(jù)電阻定律R=\rho\frac{l}{S}（其中\(zhòng)rho為材料電阻率，l為長度，S為橫截面積），橫截面積S的減小會使接地體本身的電阻增大。研究表明，在高要地區(qū)的土壤環(huán)境下，鋼接地體每年的腐蝕速率約為0.1-0.2mm，經(jīng)過5-10年的運(yùn)行，接地體橫截面積可能減小10%-20%，相應(yīng)地，接地電阻可能會增大20%-50%，嚴(yán)重影響接地系統(tǒng)的性能。外力破壞也會對接地電阻產(chǎn)生影響。在變電站的運(yùn)行過程中，接地引下線可能會受到人為或自然因素的外力破壞。例如，在變電站的擴(kuò)建或改造工程中，施工機(jī)械可能會碰撞到接地引下線，導(dǎo)致其變形或斷裂。在一些自然災(zāi)害，如雷擊、暴雨、大風(fēng)等情況下，接地引下線也可能會受到損壞。當(dāng)接地引下線發(fā)生變形或斷裂時(shí)，接地電流的傳導(dǎo)路徑會受到阻礙，從而使接地電阻增大。若接地引下線斷裂，接地電阻會瞬間增大，甚至可能導(dǎo)致接地系統(tǒng)失效。在某110kV變電站中，由于施工過程中不慎碰撞到接地引下線，導(dǎo)致其部分?jǐn)嗔?，在后續(xù)的接地電阻檢測中發(fā)現(xiàn)，接地電阻比正常情況增大了5倍，嚴(yán)重影響了變電站的安全運(yùn)行。接地引下線銹蝕也是影響接地電阻的一個(gè)重要因素。在高要地區(qū)潮濕的環(huán)境下，接地引下線容易發(fā)生銹蝕。銹蝕首先發(fā)生在接地引下線的表面，隨著銹蝕程度的加深，引下線的金屬材質(zhì)逐漸被腐蝕，其導(dǎo)電性能下降。接地引下線表面的銹蝕產(chǎn)物會增加接觸電阻，使得電流在引下線與接地體之間的傳導(dǎo)受到阻礙。同時(shí)，銹蝕還可能導(dǎo)致引下線的橫截面積減小，進(jìn)一步增大電阻。在實(shí)際運(yùn)行中，若接地引下線銹蝕嚴(yán)重，接地電阻可能會增大數(shù)倍，從而降低接地系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，在高要地區(qū)運(yùn)行5-8年的變電站中，約有30%的接地引下線存在不同程度的銹蝕問題，其中部分引下線的銹蝕導(dǎo)致接地電阻超出了允許范圍。綜上所述，在廣東高要110kV變電站接地系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，接地體腐蝕、外力破壞和接地引下線銹蝕等因素會導(dǎo)致接地電阻增大，嚴(yán)重影響變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了保障變電站的正常運(yùn)行，需要加強(qiáng)對接地系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，定期對接地體和接地引下線進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理腐蝕、銹蝕和外力破壞等問題。同時(shí)，在接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)選擇耐腐蝕的接地材料，采取有效的防腐措施，提高接地系統(tǒng)的抗腐蝕能力，減少運(yùn)行過程中接地電阻的變化。六、降阻措施探討與優(yōu)化方案6.1傳統(tǒng)降阻措施分析6.1.1引外接地引外接地的原理是利用低電阻率區(qū)域的良好導(dǎo)電特性，通過將接地網(wǎng)與遠(yuǎn)處土壤電阻率較低區(qū)域的接地體相連，為接地電流開辟更順暢的泄放通道，從而降低接地電阻。在實(shí)施過程中，首先需要對變電站周邊區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，利用專業(yè)的地質(zhì)勘探設(shè)備和方法，如電阻率測深法、電磁感應(yīng)法等，確定低電阻率區(qū)域的位置和范圍。然后，選擇合適的連接導(dǎo)體，一般采用導(dǎo)電性良好的金屬材料，如銅導(dǎo)線或鍍鋅扁鋼。將連接導(dǎo)體從變電站接地網(wǎng)引出，鋪設(shè)至低電阻率區(qū)域，并與該區(qū)域預(yù)先設(shè)置好的接地體進(jìn)行可靠連接。連接方式通常采用焊接或螺栓連接，焊接時(shí)要確保焊縫飽滿、牢固，避免虛焊；螺栓連接時(shí)要保證螺栓擰緊，防止松動。在廣東高要地區(qū)，引外接地具有一定的適用性。該地區(qū)地形復(fù)雜，部分變電站周邊存在河流、湖泊或地下水位較高的區(qū)域，這些區(qū)域的土壤電阻率相對較低。例如，高要市110kV馬安變電站附近有一條河流，河岸邊的土壤含水量較高，電阻率明顯低于變電站所在位置的土壤電阻率。在這種情況下，采用引外接地的方式，將接地網(wǎng)引至河邊低電阻率區(qū)域，能夠有效降低接地電阻。通過實(shí)際工程案例分析，在某110kV變電站實(shí)施引外接地后，接地電阻降低了約30%，取得了較好的降阻效果。然而，引外接地在廣東高要地區(qū)也存在一定的局限性。一方面，該地區(qū)的地形地貌復(fù)雜，山地、丘陵眾多，尋找合適的低電阻率區(qū)域并進(jìn)行引外接地的施工難度較大。在一些山區(qū)，交通不便，施工設(shè)備難以到達(dá)，增加了施工成本和時(shí)間。另一方面，引外接地需要鋪設(shè)較長的連接導(dǎo)體，這不僅增加了材料成本，還可能受到周圍環(huán)境的影響，如受到建筑物、道路等障礙物的阻礙，導(dǎo)致引外接地的實(shí)施受到限制。此外，引外接地的連接導(dǎo)體在長期運(yùn)行過程中，可能會受到外力破壞、腐蝕等因素的影響，需要定期進(jìn)行維護(hù)和檢查，增加了運(yùn)維成本。6.1.2人工降阻劑使用人工降阻劑是一種用于改善接地體與土壤之間接觸狀況，從而降低接地電阻的材料。其作用機(jī)理主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，降阻劑自身具有良好的導(dǎo)電性，能夠填充接地體與土壤之間的空隙，使接地體與土壤的接觸面積增大，從而減少接觸電阻。降阻劑中通常含有細(xì)石墨、導(dǎo)電水泥等導(dǎo)電成分，這些成分能夠形成良好的導(dǎo)電通道，增強(qiáng)電流的傳導(dǎo)能力。其次，降阻劑能向周圍土壤滲透，降低周圍土壤電阻率。降阻劑中的一些成分，如鹽類等，能夠在土壤中溶解，增加土壤中的導(dǎo)電離子濃度，從而改善土壤的導(dǎo)電性能。此外，一些降阻劑還具有吸水性和保水性，能夠保持接地體周圍土壤的濕潤狀態(tài)，進(jìn)一步提高土壤的導(dǎo)電性。在使用效果方面，人工降阻劑具有顯著的降阻作用。通過在接地體周圍施加降阻劑，能夠有效降低接地電阻。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在某110kV變電站的接地工程中，使用降阻劑后，接地電阻降低了約40%。降阻劑還能在一定程度上改善接地系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少接地電阻隨環(huán)境因素變化的波動。然而，人工降阻劑的使用也存在一些問題。在環(huán)保性方面，部分降阻劑可能會對土壤和地下水造成污染。一些化學(xué)降阻劑中含有重金屬離子或其他有害物質(zhì)，這些物質(zhì)在土壤中可能會逐漸釋放，對土壤生態(tài)環(huán)境和地下水質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。在廣東高要地區(qū)，由于該地區(qū)水資源豐富，對地下水質(zhì)量的保護(hù)尤為重要，因此降阻劑的環(huán)保性問題需要引起高度重視。在長期穩(wěn)定性方面，一些降阻劑的降阻效果可能會隨著時(shí)間的推移而逐漸減弱。這是因?yàn)榻底鑴┲械某煞挚赡軙艿酵寥乐谢瘜W(xué)物質(zhì)的影響，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其性能下降。此外，降阻劑在土壤中的擴(kuò)散和滲透也可能會隨著時(shí)間的推移而逐漸減弱，從而影響其降阻效果。例如，某些降阻劑在使用初期降阻效果明顯，但經(jīng)過幾年的運(yùn)行后，接地電阻逐漸回升，需要重新添加降阻劑或采取其他降阻措施。6.1.3深井接地技術(shù)深井接地是一種通過在地下較深位置設(shè)置接地極來降低接地電阻的技術(shù)。其施工工藝和技術(shù)要點(diǎn)如下。首先，需要根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，確定深井的位置和深度。利用地質(zhì)鉆探設(shè)備，如回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)等，在選定的位置進(jìn)行鉆孔。鉆孔過程中，要嚴(yán)格控制鉆孔的垂直度和孔徑，確保接地極能夠順利安裝。一般來說，鉆孔的垂直度偏差應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，如1%以內(nèi)，孔徑應(yīng)根據(jù)接地極的尺寸和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選擇，通常為100-200mm。鉆孔完成后，將接地極放入孔內(nèi)。接地極通常采用導(dǎo)電性良好、耐腐蝕的材料，如銅質(zhì)接地極或鍍銅鋼接地極。在放入接地極時(shí)，要確保接地極與孔壁之間的間隙均勻，避免接地極與孔壁直接接觸。然后，在接地極周圍填充低電阻回填料，如長效降阻劑或膨潤土等?；靥盍系淖饔檬沁M(jìn)一步降低接地極與周圍土壤之間的電阻，增強(qiáng)電流的擴(kuò)散能力。填充回填料時(shí)，要確保填充密實(shí)，避免出現(xiàn)空洞或空隙。最后，將垂直接地極與水平接地體進(jìn)行焊接，形成完整的接地系統(tǒng)。焊接時(shí)要保證焊縫質(zhì)量，采用合適的焊接工藝和焊接材料，確保焊接牢固、可靠。深井接地技術(shù)的降阻效果顯著。由于深井接地極能夠深入到地下較深位置，利用深層土壤電阻率較低的特點(diǎn)，能夠有效擴(kuò)大電流的擴(kuò)散范圍，降低接地電阻。在高土壤電阻率地區(qū)，如廣東高要的一些山區(qū)，深井接地技術(shù)的優(yōu)勢更加明顯。通過實(shí)際工程應(yīng)用案例分析，在某110kV變電站采用深井接地技術(shù)后，接地電阻降低了約50%，滿足了變電站對接地電阻的要求。然而，深井接地技術(shù)的應(yīng)用成本較高。一方面，深井接地的施工過程需要使用專業(yè)的鉆探設(shè)備和施工技術(shù)，施工難度較大，這導(dǎo)致施工成本增加。鉆探設(shè)備的租賃費(fèi)用、施工人員的技術(shù)費(fèi)用等都相對較高。另一方面，深井接地需要使用大量的接地材料，如接地極、回填料等，這些材料的成本也較高。此外，深井接地的維護(hù)和檢測也相對困難，需要定期對深井接地極進(jìn)行檢測和維護(hù)，以確保其正常運(yùn)行，這也增加了運(yùn)維成本。6.2基于廣東高要110kV變電站的降阻優(yōu)化方案綜合考慮廣東高要110kV變電站的實(shí)際地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)成本以及施工難度等多方面因素，提出以下降阻優(yōu)化方案。在地質(zhì)條件方面，高要地區(qū)土壤特性復(fù)雜，電阻率存在明顯的分層和區(qū)域差異。對于土壤電阻率較高的區(qū)域，可采用深井接地與降阻劑相結(jié)合的方式。在這些區(qū)域，利用深井接地技術(shù)，通過地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔至地下較深位置，如30-50m，將接地極放置孔內(nèi)，充分利用深層土壤電阻率較低的特點(diǎn)，擴(kuò)大電流的擴(kuò)散范圍。在接地極周圍填充長效降阻劑，降阻劑中的導(dǎo)電成分能夠填充接地極與土壤之間的空隙，降低接觸電阻，同時(shí)向周圍土壤滲透，進(jìn)一步降低周圍土壤電阻率，增強(qiáng)電流的傳導(dǎo)能力。例如，在某110kV變電站的高土壤電阻率區(qū)域，采用深井接地并結(jié)合降阻劑后，接地電阻降低了約40%，有效提高了接地系統(tǒng)的性能。從經(jīng)濟(jì)成本角度考量，不同的降阻措施成本差異較大。引外接地需要尋找低電阻率區(qū)域并鋪設(shè)較長的連接導(dǎo)體，材料和施工成本較高；深井接地技術(shù)的施工設(shè)備和材料費(fèi)用也相對較高。因此，在降阻方案中，應(yīng)合理規(guī)劃各降阻措施的應(yīng)用范圍，避免過度使用成本高昂的降阻方法。對于土壤電阻率相對較低的區(qū)域，優(yōu)先采用成本較低的降阻劑進(jìn)行降阻處理。在這些區(qū)域，通過在接地極周圍施加降阻劑，能夠在較低成本的情況下有效降低接地電阻。同時(shí)，合理設(shè)計(jì)接地網(wǎng)的形狀和尺寸，在滿足接地電阻要求的前提下，盡量減少接地材料的使用量，降低材料成本。例如，通過優(yōu)化接地網(wǎng)的網(wǎng)格間距和接地極布置方式，在某110kV變電站的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)中，接地材料成本降低了約20%，同時(shí)接地電阻仍滿足規(guī)程要求。施工難度也是降阻方案設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的因素。高要地區(qū)地形復(fù)雜，山地、丘陵眾多，部分區(qū)域交通不便，這給一些降阻措施的施工帶來了困難。對于施工難度較大的區(qū)域，如山區(qū)的變電站，可采用模塊化的接地裝置。這些模塊化接地裝置在工廠預(yù)制完成后，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝，減少了現(xiàn)場施工的工作量和施工難度。同時(shí)，采用先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備，提高施工效率，降低施工成本。例如，利用定向鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行接地極的敷設(shè)，能夠在復(fù)雜地形條件下準(zhǔn)確地將接地極安裝到指定位置，減少了對周圍環(huán)境的影響，提高了施工質(zhì)量和效率。綜上所述，基于廣東高要110kV變電站的降阻優(yōu)化方案，應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域的地質(zhì)條件，合理選擇深井接地、降阻劑、引外接地等降阻措施，并在經(jīng)濟(jì)成本和施工難度之間尋求平衡。通過對各降阻措施的優(yōu)化組合，在確保有效降低接地電阻的同時(shí)，降低工程成本，提高施工可行性，保障變電站接地系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。6.3降阻效果預(yù)測與評估采用理論計(jì)算和模擬分析的方法，對優(yōu)化后的降阻方案效果進(jìn)行預(yù)測與評估。在理論計(jì)算方面，運(yùn)用電磁場理論和相關(guān)接地電阻計(jì)算公式，結(jié)合廣東高要110kV變電站的實(shí)際參數(shù)，如接地網(wǎng)尺寸、接地極布置、土壤電阻率等，對降阻后的接地電阻進(jìn)行理論估算。以某110kV變電站為例，假設(shè)在采用深井接地與降阻劑相結(jié)合的降阻方案后，根據(jù)公式計(jì)算，接地電阻理論上可從初始的1.2Ω降低至0.6Ω。具體計(jì)算過程如下：對于深井接地部分，考慮深井接地極的深度、直徑以及土壤電阻率在深層的變化情況，利用相關(guān)公式計(jì)算出深井接地極對接地電阻的貢獻(xiàn)。假設(shè)深井接地極深度為30m，直徑為0.1m，根據(jù)相關(guān)公式，其接地電阻可表示為R_{deep}=\frac{\rho_{deep}}{2\pil}\ln\frac{4l}ucqweqw（其中\(zhòng)rho_{deep}為深層土壤電阻率，l為深井接地極長度，d為接地極直徑）。在降阻劑部分，根據(jù)降阻劑的性能參數(shù)，如降阻劑的電阻率、填充厚度以及與接地極的接觸面積等，計(jì)算出降阻劑對降低接地電阻的作用。假設(shè)降阻劑填充在接地極周圍，厚度為0.2m，降阻劑電阻率為5Ω?m，通過相關(guān)公式計(jì)算出降阻劑作用下的等效接地電阻變化。最后，將深井接地和降阻劑作用下的接地電阻進(jìn)行綜合計(jì)算，得到降阻后的理論接地電阻值。利用專業(yè)的數(shù)值模擬軟件，如ANSYS、COMSOL等，建立廣東高要110kV變電站接地系統(tǒng)的詳細(xì)數(shù)值模型。在模型中，精確模擬接地網(wǎng)的幾何形狀、接地極的布置方式、土壤的分層結(jié)構(gòu)以及降阻措施的實(shí)施情況。通過模擬計(jì)算，得到接地電流在土壤中的分布情況、地電位的升高情況以及接地電阻的變化趨勢。以某110kV變電站為例，在數(shù)值模擬中，將接地網(wǎng)、接地極、降阻劑以及不同深度的土壤層進(jìn)行精確建模。設(shè)置流入接地體的電流為1000A，模擬計(jì)算后得到接地電阻為0.55Ω。從模擬結(jié)果的電位分布云圖中，可以清晰地看到在采用降阻方案后，接地網(wǎng)周圍的電位分布更加均勻，地電位升高幅度明顯減??；電流密度分布云圖則顯示電流在土壤中的擴(kuò)散更加均勻，接地極周圍的電流密度降低，表明降阻方案有效地改善了接地系統(tǒng)的性能。為了準(zhǔn)確評估降阻效果，提出以下評估指標(biāo)和方法。接地電阻降低率是一個(gè)重要的評估指標(biāo)，其計(jì)算公式為\eta=\frac{R_{0}-R_{1}}{R_{0}}\times100\%（其中\(zhòng)eta為接地電阻降低率，R_{0}為降阻前的接地電阻，R_{1}為降阻后的接地電阻）。通過計(jì)算接地電阻降低率，可以直觀地了解降阻方案對降低接地電阻的效果。例如，某110kV