电力系统中电气工程接地技术的改进与安全保障

引言

随着我国电力系统的发展，特高压电网已经投入运行，新能源发电（风电、光伏）接入和城市配电网的智能化改造等，使得电力系统运行环境复杂程度提高，对接地技术也由“满足基本的接地电阻”向“高可靠性、抗干扰性、长寿命”等方向提出新的要求。

一、电力系统电气工程接地技术的改进路径

1. 接地材料的革新

（1）铜包钢复合接地体

铜包钢接地体采用“低碳钢 + 紫铜”的接地极结构，钢的强度高，铜导电性好、耐腐蚀性强。导电率是热镀锌钢的 3 倍以上，耐腐蚀性是热镀锌钢的5~8 倍，在沿海地区使用寿命达30 年以上。铜包钢接地体水平敷设或垂直打入，接地施工难度与热镀锌钢相同，仅为纯铜接地体的 60% ，现已在 220kV 以上的变电站使用较广。

（2）石墨烯复合接地材料

石墨烯复合接地体是石墨烯导电填料和环氧树脂、碳纤维构成，具有“电阻小、耐腐蚀、柔软”的复合接地体材料，其电阻率小于 5×10^-4Ω⋅cm ，在土壤中形成的导电通路稳定，降阻效果稳定；耐酸碱腐蚀，在 pH 值 2-12 的土壤中性能稳定，适用于化工、沿海等恶劣环境。某化工园区 110kV 园区发电，接入石墨烯复合接地体，其接地电阻率从 8Ω 降为 0.4Ω ，无腐蚀，运行 3 年无腐蚀。

（3）柔性石墨接地体

柔性石墨接地体是由膨胀石墨和金属网芯组成，可以任意弯曲，用于较复杂的山区地形的变电站，其具有：在施工过程中不用挖深沟，可以敷设在地形上，对生态环境的影响较小，导电性好可以将雷电流快速地分流，降低接地电阻等优点。

2. 接地网结构的优化

（1） 特高压变电站：“同心圆 + 辐射状” 接地网

而对于暂态电流较大的特高压变电所，采用“同心圆主接地网 + 辐射状延伸接地极”的方案，即主接地网采用铜包钢构同心圆，消除或减小电流的集肤效应；由主接地网辐射状延伸至接地极，接地极延伸长度根据土壤电阻率而异（一般 50-200m ），增加电流的散流能力。

（2）新能源发电场：“联合接地网”

风电场、光伏电站可与设备基础进行联合接地。风电场可将风机基础、箱变基础与地网进行联接，利用混凝基础中的钢筋做为辅助接地极，光伏电站可将光伏阵列支架、逆变器基础进行联接，与地网相连，形成“多点接地，联合散流”网，节省接地体数量，降低了工程费用，提高了可靠性。

（3）城市配电网：“电缆沟 + 接地极” 一体化接地

在城市配电网接地网敷设地下管线的空间有限的情况下，可采用“电缆沟+ 接地极”的技术，铜包钢接地面沿电缆沟的侧壁敷设与电缆支架、接地引出线可靠地敷设相连接，每 50m 垂直接接地极与水平接地敷设相连接，无须再单独挖地沟，节省了接地空间，提高了配电网的接地质量。

3. 降阻技术的升级

（1）深井接地技术

深井接地，土壤电阻率随深度的增加而减小的地区，采用开凿（ 50-200m ）深井将垂直接地极（铜包钢棒）埋藏于地下水位以下的低电阻地层，通过地下水来增加散流能力，比利用垂直接地极大 3-5 倍，目前我国华北地区某 500kV 变压器采用的是深井接地，其接地电阻从 10Ω 降低到 0.45Ω ，运行 5 年至今未上移。

（2） 电解离子接地技术

电解离子接地法即在接地体内部装填电解离子填充物，利用土壤中的湿度，使其缓慢地释放出导电离子，在接地极周围形成一个极小的电阻值的接地极，可以在干燥地带及高阻值地带降阻，免维护。

（3） 新型环保降阻剂

传统型降阻剂易腐蚀，易板结，新型环保型降阻剂以膨润土、石墨为主，

加入缓蚀剂、稳定剂后具有“无腐蚀、长效化、环保无污染”的特点， pH=7～8 ，对接地体的腐蚀 <0.02mm/a ，吸水性好，常湿不干，降阻效果长期保持。

4. 智能化监测技术的应用

（1） 接地电阻在线监测

利用高频电流注入法或零序电流法，将高频电流注入接地网中，根据电压、电流计算得出接地电阻值，数据获取频率达到 1 次 /min_⨀ 。检测仪器受电网谐波、杂流等干扰小，检测精度误差小于 5% 。某特高压变电站接地电阻在线监测平台投入后，成功捕捉到由于接地网局部腐蚀导致接地电阻增大的情况，提前半年发现接地网缺陷。

（2） 接地体腐蚀状态监测

通过将腐蚀传感器在接地体重点部位 ( 接口、地垂直接地极 ) 进行安装，将数据通过无线形式传输到后台，以接地体电阻、厚度变化间接显示腐蚀状况，超过一定数值时( 如 0.1mm ／a) 发出警报。某沿海 220kV 变电所通过腐蚀监测传感器的运用，及时发现 2 夹接地体接口腐蚀，避免造成接地网断开。

（3） 地电位在线监测

变电站主控室、高压场、二次设备间等处设置地电位计，实时监测地电位，在出现短路、雷电故障情况下记录下地电位幅值及持续时间，为开展接地网优化提供数据。某 500kV 电站通过地电位监测，发现出现故障时主变场地电位差1.8kV ，接地网优化后地电位差 0.8kV_⨀ 。

二、电力系统电气工程接地技术的安全保障体系构建

1. 制定差异化设计标准

针对不同土质、不同电压等级、不同环境，确定不同接地接地标准：在土壤电阻率地区尽可能采用深井接地、电解离子接地等接地材料；在沿海地区采用耐腐蚀材料如铜包钢、石墨烯等；特高压变电站，主要考虑暂态过电压，合理调整母线布置。同时，接地设计方案应进行 EMC 仿真分析，对地电位差进行校核是否满足设备要求。

2. 规范施工工艺

编制接地工程施工工艺标准，对重点工序进行质量标准：接地体焊接放热焊接，焊点搭接线不小于 100mm ，焊点防腐处理；降阻剂均匀铺设在接地体上，厚度不小于 50mm ，不得存在空隙；接地网敷设完成后，导通测试检查接地体接地是否可靠。

3. 推行状态检修模式

按照智能监控平台数据，用“状态检修”替代“定期检修”：当接地电阻上升、锈蚀速度加剧或地电位过高时即进行检修；对运行良好的接地装置，尽可能推迟其检修时间，节省了检修时间、检修经费。

结语

未来，电力系统的碳中和对接地技术提出了更多挑战。因此，对接地技术的改进不仅要加强跨学科研究，研究更加适用于新型电力系统接地的新技术；安全保障体系也要配合数字孪生、区块链等技术，对新型电力系统的接地系统进行全生命周期的数字化管理。

参考文献：

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[2] 刘欢 . 电气工程中防雷接地技术的改进与提升研究 [J]. 中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 , 2024(003):000.

[3] 李树峰 . 电力系统中电气设备接地技术分析 [J]. 电力系统装备 , 2019,000(003):145-146.