三维方式设计变电厂的接地内阻
陈光辉1江建武2
（1上海书记科防雷技术有限公司，北京）
（2北京供电局变电部，北京）
【摘要】用三维方式设计变电厂的接地阻值，可使接地内阻比传统设计愈发确切,结合现有国外外接地新材料.新技术,新
工艺,可使变电厂接地网接地内阻达到最佳疗效
【关键词】三维地网设计、新材料,新工艺施工。
序言
目前，因为征地等诱因，变电所的占地面积越来越小，有的GIS室外型110kV变电厂占地面积仅有，
且大部份建在山上，那些地方常常内阻率很高，欲在这样的地方不扩网、不外引，在原地使其工频接地内阻达到
规程要求标准，用常规方式很难实现。我公司在实践过程中，采用三维方式设计，即A-T-N方案，成功解决了
底泥内阻率300Ωm，占地面积为情况下的接地内阻R≤0.5Ω的国家规定标准。
1A方案
用常规的方式实现工频接接地内阻RA，主要是用于解决地网的电位分布均匀,均衡最大值下的冲击电流，以
及增加水平网的工频接地内阻，它可以借助工地的自然接地体，如建筑物、自来水管等来完成网格式接地网的接
地内阻,它是在不扩网、不外引、不使用任何降阻剂的情况下估算出的工频接地阻抗值,估算公式采用部颁《交流
电气装置的接地》[1]有关规定的公式进行。
aeRaR1=（1）
13ln00.2
La?
=?（2）
hd
Re5
ln
0.213(1)
π
ρρ
（3）
14.6
=（4）
式中：Ra—任意形状边沿闭合接地网的接地内阻（Ω）；
Re—等值（即等面积、等水平接地极总宽度）圆形接地网的接地内阻（Ω）；
S—接地网的总面积（m2）；
d—水平接地极的半径或等效半径（m）；
h—水平接地极的敷设深度（m）；
LO—-接地网的边沿边线总宽度（m）；
L—水平接地极的总宽度（m）。
简化后的估算方式：
Ra′=0.5ρ（5）
式中：ρ—土壤内阻率（Ωm）；
S—地网面积（m2）。
上式公式中，aR和底泥内阻率ρ成反比电阻并联计算公式，和地网占地面积S成正比。假如取p=300Ωm，欲达到R=0.5Ω面
积S则必须达到。
在正方型接地网中,当网格数超过16个时，基本（1）式=（5）式；当网格数多于16个时，aR＞R′a。
台湾川漱太朗公式为：
′
=1112
2K
KL
lL
Rπn
ρ
（6）
式中：L—水平接地极总宽度（m）；
a'=2rt；
r—接地体的直径（m）；
t—埋设深度（m）；
A—接地网总面积（m2）；
K1、K2—系数，见图1。
图1K1、K2系数
A:t≈0时；B：t≈
10
时；C：t≈
时
举例说明：ρ=100Ωm，接地线直径r=0.0035m，敷设深度h=0.5m。
参数：网状电极周长a=b=150m，网状间隔m=30m，网格孔数n=25，L全长1800m,面积A=。估算
数值见表1。
表1我国公式与美国公式估算结果
公式我国公式Ra台湾公式Ra
结果0.33598Ω0.Ω
我国公式比美国公式估算下来偏小，二者偏差在14%，实际上，测出的接地内阻可能大些，由于该公式不考
虑接触系数，设计时，应减去接触系数K。
垂直接地体的作用：在网状接地体打上好多2.5m深的型钢,降阻疗效很不显著,在电力接地系统接地技术一文
中，用（7）式估算短接地体的降阻疗效:
ba
ba
RR22
3412sin
π
（7）
式中：b—园盘的直径（m）；
a—园盘的长度(m)。
按照估算,在大小型地网中,垂直接地体对减少接地内阻所起的作用很小，只有2%～8%，见表2。
表2大小型地网中2.5m长的垂直接地体对减少接地内阻所起的作用
接地网面积m2102500900
中国公式估算2.8%3%3.2%5.7%8%
实际试验3%
可见，2.5m长的垂直接地体对整个地网增加作用很小,但对于小的地网还是有些疗效。(实际试验是在高明
禄堂变电厂的现场试验结果)
2T方案
T方案包括以下三种形式:
扩网、外引接地网及埋设降阻剂等方式来实现工频接地内阻TR。
此文对扩网和外引接地网增加工频接地内阻方式暂不表述。只谈用降阻剂的方式来增加接地内阻。
目前我国生产的降阻剂品种好多,但基本上分为两种类型。物理型降阻剂和化学型降阻剂。
2.1物理降阻剂
它是慢渗透型、强渗透型离子流降阻剂。前一时期多采用精盐、木炭、近年来采用氧化钠、硫酸镁、硫酸铜、
溴化镁、氯化钙、硫酸铵、硫酸钾等导电材料，加上硅酸盐水泥、生石灰等无机物和沥青材料，铬木制素等有机
物，在引起剂的作用下发生聚合反应，生成具有网状分子结构的高分子络合物，它靠包围于高分子网路中的电解
质导电。其主要降阻作用是改善接地体周围的底泥条件,增加底泥内阻率。
2.2化学性降阻剂
他包含澎润土降阻剂，导电混凝土、石墨模块等，受气候诱因影响小,不分解于水,不与金属生成化合物,性能
稳定,有效期40年以上。主要用扩大接地体半径和降低接触内阻来实现降阻的目地,主要产品有以下几种:
（1）膨润土降阻剂。它是以膨润土为基料，加入一定比列的添加剂，对金属有保护和防腐功能，是目前最
流行的常用固体降阻剂。
（2）导电水泥。导电水泥以水泥为基料，加入导电无机脂类，或非电解质的固体粉末为导电材料，对接地
体无腐蚀。
（3）降阻模块。它是一种以石墨为导电材料加上其它无机材料用水调制后土体而成的固体导电物质。
这种降阻剂的疗效不尽相同，但都能起到一定疗效。有些厂家只注重商业效应，使产品质量下滑，造成降阻
剂疗效随时间大跌，甚至污染环境，使地网严重腐蚀。使用不到3年地网就磨损破裂，有一些施工队则不按要求
施工,使降阻剂疗效不理想等。各类厂家出于商业广告的诱因,把降阻剂说得神乎其神,有的说可达到（0.1～0.2）
AR，当底泥内阻率低于600Ωm时，说能达到（0.08～0.1）AR，实际上很难实现，理论上固体降阻剂增加接地
内阻的百分率为:(按水平埋设接地极估算)
12
ln2
ln
dd
（8）
式中L—水平接地宽度（m）；
1d—圆钢加埋设降阻剂后的半径（m）；
2d—圆钢半径（m）。
像大洲变电厂地网水平接地体总宽度为1500m左右,腹面宽度为280m,在腹面上每米埋设10～15kg降阻剂,
使等效半径1d=0.1m，则增加内阻的百分率为：
20
1ln208.1017.7458
ln228018.4
0.10.016
u0000
这是按理论估算下来的数值，实际上通常的固体降阻剂对于GIS站等地网，因为施工条件等诱因,增长30%～
40%就很不错。
离子型降阻剂可以减少的比较多,它是一种慢渗透型物理降阻剂，降阻疗效能达到(0.3～0.4)R1，但受气侯因
素影响很大,易溶化于水产生离子,(如K+、Na+、C1-等)，易流失，易与金属生成化合物（易腐蚀金属，生成FeC1、
CnC1、ZnC1等,性能不稳定,有效期仅有几年，能不用的尽量不用，在铁塔、微波塔远离建筑物的地方电阻并联计算公式，因为入
地工作电压不大可以使用。
各类降阻剂的实际试验疗效见表3。
表3各类降阻剂的实际降阻疗效
序号降阻剂名称
接地极水平埋
设厚度(m)
接地内阻
值（Ω）
增加百分
数%
备注
1JFC-1型长效防腐接地降阻剂933443天后测试
2HK化学型接地降阻剂93540
3天后测试
3CJ-I稀土降阻剂93
4423天后测试
4LRCP液体降阻剂9236011天
5原土95803天后测试
通常来说，T方案减少的系数K2应在0.4左右较为合适。
3N方式
当用T方案后仍不能达到指标要求，再使用N方案，N方案就是用深井法形创立体接地网。深井法是我公司熟悉且比较有效的方式,理论上实践上都已否认。如北京大浪、新田。广州的高明5个变电
站、清远的升平、广东省13个市、辽宁、吉林、黑龙江等小型变电厂接地内阻用该方式都已改建成功。
理论根据和估算方式不再深究。
总而言之，该方式能减少RT的50%就是目的，其中增加系数K2是深井的增加接地系数，大量的理论和实践
证明，K2最大可以达到0.5。
我们把T的系数K1取0.4，N的系数K2取0.5，则总的增加系数最大值为0.2,则（3）式经三维估算后改为
K=K1?K2
=0.5?=0.5×0.2
Rρρ
（9）
4实例估算
我公司在广州节电力局博罗供电公司大洲变电厂进行了设计并施工,其参数如下:
（1）自然情况。110kV大洲变电厂系博罗供电公司一座新建变电厂,坐落博罗市北郊,征地面积为,原
图设计方案,介绍底泥内阻率为400Ωm，地面深度5.5m以上均为粉质黏土，含少量砂砾和卵石，5.5～23.6m为粉
土，再下为碳烧统灰岩，在这样的地质条件和不扩网条件下，欲达到接地内阻R≤0.5Ω的国家规定标准，是非常
困难的。
（2）实现目标：
1）在原地网面积内实现工频接地阻抗R≤0.5Ω；
2）迈步电流VC≤270伏（接地漏电时间≤1s，人站在水泥地上），
接触电流VJ≤345伏（和上式相同）；
3）地网寿命≥20年。
（3）设计思路。由于本地网内阻率较高，用常规的方式很难实现工频接地阻抗的指标,即R≤0.5Ω，所以采
用我公司研究的三维方式来解决。三维立体方案即目前国际上最先进的设计方案通称A?T?N方案,采用三步骤
来达到减少接地内阻的目地。
该地网参数如下：地网面积A=4800m2，地网边沿宽度L0=280m，地网全长L=1500m，埋深
h=0.8m，接地极半径d=0.016m，底泥内阻率ρ=233Ωm(实测值)。
（4）A方案估算：按（5）式估算Ra的内阻为
0.50.52331.68
4800aR
ρ×
===Ω
其实，接地内阻不合格，离接地内阻标准R≤0.5Ω相差太远，故必须采用其它降阻举措。（5）T方案估算：我公司采用固化了的液体降阻剂，尽管没有ALG离子接地棒那样好的降阻疗效，并且它
无污染、无腐蚀，是经国家有关部门检验合格的产品，造价比ALG离子接地棒略高。
我们首先采用更换导电土，之后再使用固体和固化后的液体降阻剂，严格按新施工方式施工,做完后的增加
系数为56%，按此估算该大洲变电厂接地内阻为：
10.561.680.934TAR=KR=×=Ω
中国防雷信息网《中国雷电与防护》网络版2007No.1,
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实际测试为0.94Ω。
此数值离接地内阻R≤0.5Ω还有差别，故继续采用N方案解决。
（6）N方案：在该变电厂周围共打6口深井,单口深井100m,孔径0.1m,每井中的接地内阻为3Ω左右,井距为
75m,井并联地网部份的接地内阻为1.59Ω,结果深井法可以使RT的增加系数为50%,最终该地网的接地内阻为:
RN=K2?RT=0.5×0.94=0.47Ω
（7）试验初验：完工后,用部颁标准进行初验，电压线按5倍对角线放线,放线宽度为500m,电流线300m,无
论是大电压、异频方式测试接地内阻都是0.47Ω,达到了国家规定的标准值。
5注意事项
三维方式施工,必须严格按A-T-N三个步骤进行，A达到预定目标，能够做T，T达到目标再做N，如那种
环节出现问题，应及时查出缘由，达不到目标,不要向前进行。
6推论
（1）用三维法可使地网底泥内阻率在300Ωm，地网面积在的情况下不扩网、不外引，可使工频接
地阻抗减小到0.5Ω以下；
（2）地网寿命可达到20年。
