220kV 升压站主接地网采取的降阻技术措施

引言

在电力系统中，220kV 升压站起着提升电压、实现电力高效传输的关键作用（如图 1）。主接地网作为升压站的重要组成部分，其接地电阻的大小直接关系到升压站的安全运行。当系统发生接地故障时，接地电阻过大可能导致地电位异常升高，对站内设备和人员安全构成严重威胁。因此，采取有效的降阻技术措施，降低主接地网电阻，对于保障220kV 升压站可靠运行至关重要。随着电力技术的发展和对升压站安全性要求的提高，深入研究和应用降阻技术具有重要的现实意义。

图1 220kv 升压站及主接地网工程

1.220kV 升压站主接地网的重要性

1.1 降阻技术措施对设备安全的重要性

1.1.1 防止设备绝缘损坏

当系统发生接地故障时，如果接地电阻过大，地电位的升高会使得设备外壳与大地之间产生较高的电位差，这可能导致设备绝缘受到过电压的冲击。长期处于这种过电压环境下，设备绝缘容易老化、损坏，缩短设备的使用寿命。而通过采取降阻技术措施，降低接地电阻，能有效减小设备外壳与大地之间的电位差，避免设备绝缘因过电压而受损，从而延长设备的正常运行时间，减少设备维修和更换成本。

1.1.2 保护电气设备免受雷击影响

220kV 升压站易遭受雷击，雷击产生的瞬间高电压可能通过线路传导至站内设备。良好的主接地网和较低的接地电阻能够迅速将雷击电流引入大地，避免雷击电流在设备上产生过高的电压，从而保护电气设备免受雷击损坏。例如，在雷击时，接地电阻较小的主接地网可以使雷击电流快速分散，降低设备各部位的电位升高，保护设备的绝缘和内部元件不受损坏，保障电力设备的可靠运行。

1.2 降阻技术措施对人员安全的重要性

1.2.1 降低跨步电压危害

在升压站发生接地故障时，接地电流会在地面形成电位分布，当人员在接地网附近行走时，两脚之间会产生跨步电压。如果接地电阻过大，跨步电压可能达到危险水平，对人员造成电击伤害。采用降阻技术措施降低接地电阻，可以使地面电位分布更加均匀，减小跨步电压的大小，从而降低人员遭受跨步电压电击的风险，保障人员在站内行走的安全。

1.2.2 减少接触电压威胁

接触电压是指人体接触到因接地故障而带电的设备外壳时，人体与大地之间的电位差。接地电阻过高会导致设备外壳电位升高，从而增大接触电压。降阻技术措施能有效降低接地电阻，减小设备外壳的电位升高幅度，进而减少接触电压对人员的威胁。这对于在升压站内进行设备维护、检修等工作的人员来说，提供了重要的安全保障，避免因接触电压而发生触电事故（如图2）。

图2 220kV 升压站主接地网采取的降阻技术

1.2.3 提高应急处理安全性

在升压站发生突发故障或事故时，需要工作人员迅速进行应急处理。此时，良好的接地系统和较低的接地电阻能够为应急处理人员提供安全的工作环境。在紧急情况下，人员可能无法对现场电位分布进行详细检测，而低接地电阻能够最大程度地减少因接地故障导致的危险电位，保障应急处理人员在紧张工作状态下的人身安全，确保应急处理工作能够顺利进行。

2.220kV 升压站主接地网常见降阻技术分析

2.1 扩大接地网面积

•原理：依据接地电阻计算公式，接地电阻与接地网面积的平方根成反比。扩大接地网面积，能增大电流在土壤中的扩散范围，降低电流密度，从而减小接地电阻。

•应用场景：适用于场地开阔、有充足空间扩展接地网的升压站。比如新建升压站规划时，若周边土地资源丰富，可预先规划较大面积接地网；已建成升压站若周边有可利用空地，也可考虑适当扩展。

•优势：该方法原理简单，实施相对容易，能在一定程度上明显降低接地电阻，且扩大后的接地网稳定性好，对环境变化适应性强。

•局限：受场地限制大，城市或地形复杂区域可能无法获取足够土地。并且随着接地网面积增大，降阻效果提升渐弱，建设成本大幅增加，包括土地购置、施工材料及人工等费用。

2.2 增加接地极数量与深度

•原理：增加接地极数量可增多电流入地通道，使电流更均匀分散于土壤，降低接地电阻。增加接地极深度，能使电流流入深层土壤，利用深层土壤较低电阻率改善接地效果。

•应用场景：在土壤电阻率高或接地网面积扩展受限区域适用。例如山区升压站，地表岩石多、土壤电阻率高，可增加接地极深度，穿透高电阻率表层土壤，到达深层低电阻率土壤层。

•优势：可在不显著增加占地面积情况下降低接地电阻，尤其适用于深层土壤电阻率低的地区。同时，增加接地极数量能增强接地系统冗余性，提高接地网可靠性。

•局限：增加接地极数量会增加施工成本，且过多接地极可能产生屏蔽效应，使电流分布不均，削弱降阻效果。增加接地极深度需专业钻孔设备，施工难度大，技术要求高，同时增加施工风险和成本。

2.3 换土法

•原理：把接地网周围高电阻率土壤替换为低电阻率土壤，如黏土、黑土或人工改良土壤，直接改变接地网周边土壤导电性能，降低接地电阻。

•应用场景：适用于接地网局部土壤电阻率极高，其他降阻方法难以实施的情况。例如一些地区存在岩石层或沙质土壤，电阻率远高于正常土壤，可通过换土法改善接地条件。

•优势：降阻效果显著，能快速降低接地电阻，针对局部高电阻率土壤问题，具有较强针对性。

•局限：换土工程量大，需挖掘大量原土壤并运输、填充新土，成本高。此外，换土后土壤稳定性和长期导电性需关注，若出现流失、变质等情况，可能影响降阻效果持久性。换土施工还可能对周边环境造成一定影响，如破坏地表植被。

2.4 采用降阻剂

•原理：降阻剂是导电性能良好的物质，包裹在接地极周围，能降低接地极与土壤接触电阻，改善土壤导电性能。降阻剂中的电解质成分与土壤水分结合形成导电通道，使电流更顺畅流入大地。

•应用场景：适用于各类土壤条件，尤其在土壤电阻率高且其他方式难以大幅降低接地电阻的区域。如沙漠或岩石较多的山区，降阻剂可有效改善接地效果。

•优势：降阻效果明显，使用方便，施工简单，无需大规模挖掘或复杂设备。降阻剂有吸水性和保湿性，能维持接地极周围土壤湿度，保证导电性能稳定。

•局限：部分降阻剂可能污染环境，一些化学合成降阻剂长期使用可能污染土壤和地下水。而且降阻剂耐久性需关注，随时间推移性能可能下降，需定期检测和补充。另外，市场上降阻剂产品质量不一，选择不当可能无法达到预期降阻效果。

2.5 深井接地技术

•原理：在接地网设置深井接地极，将接地极深入地下深层低电阻率土壤，扩大电流扩散范围，利用深层土壤低电阻率降低接地电阻。深井接地极一般用钢管或角钢等材料，垂直打入地下数十米甚至更深。

•应用场景：适用于土壤电阻率随深度变化大，且深层有低电阻率土壤层的地区。例如某些地区地表土壤受气候、地质影响电阻率高，但地下一定深度有含水层或低电

阻率岩石层，可采用深井接地技术。

•优势：能有效利用深层低电阻率土壤资源，解决地表土壤电阻率高导致的接地电阻过大问题，且深井接地极占用地面空间少，不影响升压站其他设施布局和运行。

•局限：施工难度大，需专业钻探设备和技术人员，成本高。深井接地极维护和检测困难，出现问题修复成本高。此外，深井接地技术对地质条件要求苛刻，若深层土壤电阻率不理想或地质结构复杂，可能达不到预期降阻效果。

2.6 采用新型接地材料

•原理：新型接地材料相比传统材料（如扁钢、角钢），具有更好导电和耐腐蚀性能。如铜覆钢材质接地材料，结合铜的良好导电性与钢的高强度，可降低接地电阻，延长接地材料使用寿命。

•应用场景：适用于对接地系统性能要求高，传统接地材料难以满足需求的升压站。新建 220kV 升压站或接地网升级改造时可考虑采用。

•优势：从根本上改善接地系统导电性能，降低接地电阻。新型接地材料耐腐蚀性能可减少接地网因腐蚀导致的接地电阻增大问题，提高接地系统可靠性和稳定性，降低维护成本。

•局限：新型接地材料价格较高，增加建设成本。部分新型接地材料应用经验少，长期性能和适用性需进一步验证。与传统接地材料连接时，可能需特殊连接工艺，增加施工难度和复杂性。

2.7 优化接地网布局

•原理：通过合理设计接地网布局，如调整接地体间距、排列方式等，优化电流在接地网中的分布，降低接地电阻。例如采用不等间距布置接地体，在接地网边缘适当加密，使电流更均匀扩散到土壤。

•应用场景：适用于各类 220kV 升压站，新建或已建升压站改造均可。新建升压站设计阶段可充分考虑优化布局，已建升压站通过检测分析，找出接地电阻大的区域，针对性优化。

•优势：无需大量额外材料或复杂施工，合理规划就能在一定程度上降低接地电阻。优化后的接地网布局可提高接地系统均衡性，减少局部电位过高问题。

•局限：降阻效果相对有限，单独优化布局可能无法将接地电阻降至理想水平，常需与其他降阻技术配合。且接地网布局优化需精确计算和分析，对设计人员专业水平要求高。

3.220kV 升压站主接地网降阻技术措施存在的问题

3.1 技术与环境适配性欠佳

不同降阻技术适用于不同地质和土壤条件，但实际工程中，对当地地质和土壤的前期勘察常不够全面细致。比如，在土壤电阻率分层复杂区域，若单纯使用扩大接地网面积的常规方法，可能无法充分利用深层低电阻率土壤，致使降阻效果不理想。再如，选择降阻剂时，若未充分考虑土壤酸碱度、含水量等因素，可能导致降阻剂与土壤不匹配，不仅不能降阻，还可能腐蚀接地极，增加接地电阻。

3.2 施工工艺影响降阻效果

降阻技术的施工工艺对最终降阻成效影响很大。在扩大接地网面积施工时，如果接地体连接不牢固，焊接工艺不符合标准，会使接触电阻增大，影响电流传导，降低降阻效果。增加接地极数量和深度时，若接地极间距设置不合理，过小会产生屏蔽效应，使电流分布不均，削弱降阻作用；过大则无法充分发挥接地极作用。换土法施工时，若换土区域与原接地网衔接处理不当，可能形成高电阻区域，阻碍电流扩散。采用降阻剂施工时，若降阻剂涂抹或灌注不均匀，会造成局部导电性能不一致，影响整体降阻效果。

3.3 长期稳定性与维护难题

不少降阻技术初期降阻效果良好，但随着时间推移，受环境因素影响，性能可能逐渐下降。例如，降阻剂可能因水分流失、土壤化学物质侵蚀等，导致导电性能降低，接地电阻回升。接地极长期处于地下复杂环境，易被腐蚀，尤其在酸性或高湿度土壤中，接地极腐蚀速度加快，接地电阻增大。而且，一些深井接地技术和新型接地材料，由于缺乏完善维护标准和检测手段，出现问题难以及时发现和修复，影响降阻措施长期有效性。

4.220kV 升压站主接地网降阻技术措施的优化策略

4.1 精准匹配技术与环境

项目规划前期，要加强对升压站所在地地质和土壤条件的详细勘查。运用先进地球物理勘探技术，如高密度电阻率法、地质雷达等，精准获取土壤电阻率分布、分层及地下地质结构信息。依据勘查结果，综合考虑技术可行性、经济性和降阻效果，挑选最合适的降阻技术。对于土壤电阻率随深度变化明显的区域，可优先考虑深井接地技术或分层接地方式；在土壤腐蚀性强的地区，应选用耐腐蚀接地材料，并采取合适防腐措施。

4.2 规范与改进施工工艺

制定严格施工规范和操作流程，保障降阻技术施工质量。接地体连接要采用符合标准的焊接工艺，保证焊缝饱满牢固，必要时进行防腐处理，如涂防腐漆或热镀锌，降低接触电阻。接地极间距设置要通过理论计算结合现场试验确定最佳值，避免屏蔽效应，充分发挥接地极效能。换土法施工时，要保证换土区域与原接地网紧密衔接，可在衔接处铺设导电过渡材料，如细沙、石墨粉等，优化电流扩散路径。采用降阻剂施工时，要用专业设备确保降阻剂均匀涂抹或灌注在接地极周围，形成良好导电层。同时，加强施工质量监督，严格把控关键施工环节，保证降阻技术按规范实施。

4.3 加强长期维护与监测

建立完善的降阻措施长期维护和监测体系很关键。定期用高精度接地电阻测试仪测量接地电阻，及时掌握其变化。对于降阻剂，定期检测导电性能、含水量等关键指标，根据结果适时补充或更换。针对接地极腐蚀问题，可采用牺牲阳极法或外加电流法进行阴极保护，延长接地极寿命。同时，运用智能监测技术，如在接地极安装腐蚀监测传感器、温度传感器等，实时监测接地极运行状态。对于深井接地技术和新型接地材料，制定专门维护手册和检测标准，明确维护周期和检测方法。随着升压站发展变化，建立动态评估机制，及时调整降阻措施，确保长期有效。

5 降阻技术措施应用效果的数据对比

5.1 不同降阻技术措施对电阻降低幅度的影

为了直观地比较不同降阻技术措施的效果，我们进行了相关实验，并将数据整理如下表1 所示。