异质土壤对地网接地电阻的影响

赵玺 张剑鹏 曾宬 陈德凯 李有为

云南电网有限责任公司昆明供电局 云南昆明 650000

【摘要】接地系统设置过程中首要考虑的是土壤问题，土壤的类型一定程度上会决定接地系统设计结果的准确性，本文对异质土壤的模型建立进行有关探析，综合考虑到异质土壤电阻率会比周边土壤电阻率高或低于周边土壤电阻率的问题。

【关键词】接地网；土壤结构；接地电阻；影响；土壤模型

0、前言

变电站、换流站以及输电系统中电线杆塔等安装处理直接关系到输电系统中电气设备运行的安全可靠性，严重甚至会威胁人们的生命财产安全，所以输电系统中接地系统的十分关键，而土壤模型的构建对其有非常直接的影响。过去一般建立土壤模型都使用均匀或水平、垂直分层的构建土壤模型的方式，但就异质土壤而言，使用这种方式构建土壤模型会带来非常大的误差，进而影响到接地系统设计的准确性。异质土壤主要是指土壤中少数几块土壤的电阻率较之周围地区会比较高，一般对小型电网，资质土壤的影响会比较小，基本上可以忽略不计，使用分层的土壤模型进行接地系统的设计。但大型地网，资质土壤的影响非常明显，绝不能忽视，一旦受异质土壤的影响，会产生非常大的误差，进而导致接机系统设计安全性受影响。本文就不同环境下异质土壤对低网接地电阻的影响进行了有关的分析。

1、异质土壤对接地电阻的影响的研究分析

在接地系统设计过程中，土壤模型选择是否正确，一定程度上会影响到接地系统设计结果的准确性。在过去一段时间内，我国专家学者对不均匀土壤中接地系统的设计展开了相关的研究分析，对不均匀土壤中接地系统的分析方法取得了很大的进步，而且研究发展愈来愈成熟。在接地系统设计过程中，要设计出非常准确的变电站接地系统，必须综合接地系统设计所在地区的土壤情况建立符合需求的土壤模型，比如需要按照规范找到均匀的土壤模型、两层土壤模型、三层土壤模型等，但就接地系统设计发展实际而言，其除了受土壤因素的影响，还会受其它一些因素的制约及影响，比如在大面积具备高土壤电阻率的土壤中，其会更容易受到影响，但是在大面积低电阻率的土壤中，也可能存在小路、岩石层等电阻率非常高的土壤区域，所以接地系统的设计安装必须综合考虑到异质土壤因素的影响。

1.1周围土壤电阻率不同时异质土壤对接地电阻的影响分析

在研究设计过程中选取接地网大小为100×100㎡，网孔格设置为100，而且选取的接地网要考虑到接地网的埋深控制，一般控制0.8m左右，而导体等有效直径需要控制在0.02m左右，在异质土壤影响因素的研究过程中，异质土壤块最好使用边长为10m的正方体作为土样采集模型，而且要将其放置在接地网系统的正中间位置。其中异质土壤电阻率的变化范围在10-3500Ω·m，而本土壤电阻率变化范围为100-1000Ω·m，通过对数据的研究分析，精准找出异质土壤块对接地电阻的影响。具体如下表1。

表1周围土壤电阻率不同时的异质土壤电阻率与接地电阻值关系表

ρ（Ω·m）	R（ρn=100Ω·m）	R（ρn=200Ω·m）	R（ρn=300Ω·m）	R（ρn=500Ω·m）	Rρn=1000Ω·m 9）
10	0.45366	0.90234	1.3569	2.2636	4.5253
30	0.45444	0.90326	1.3577	2.2638	4.5256
50	0.45637	0.90532	1.3578	2.2639	405257
70	0.46532	0.90543	1.3596	2.2641	4.5259
100	0.47634	0.90672	1.3623	2.2643	4.5261
200	0.47536	0.91235	1.3624	2.2645	4.5263
300	0.48632	0.91256	1.3628	2.2646	4.5266
500	0.48532	0.91267	1.3629	2.2646	4.5267
1000	0.48634	0.91289	1.4213	2.2646	4.5269

要考虑到异质土壤电阻率因素的影响，在异质土壤电阻率不低于接地系统设置所在地土壤电阻率会出现两种不同情况，当异质土壤电阻率高于接地土壤电阻时，接地电阻的上升率为正，反之亦然，当异质土壤电阻率低于接地土壤电阻率时，则接地电阻的上升率则为负。

表1抑制土壤电阻率不低于周围土壤电阻率的情况。通过对表格的研究分析，可以知道周围土壤电阻率越大，则接地系统中的电阻出现上升的概率越小，研究表明异质土壤对接地系统中的接地电阻有很大的负面影响。

1.2异质土壤位置对接地电阻的影响分析

1.2.1异质块土壤电阻率比周围土壤电阻率更高

异质土壤会对接地系统中的电阻产生非常大的干扰，但是当异质土壤的电阻远远超过1000Ω·m时，接地电阻的上升率反而越来越慢，因此异质土壤电阻率比较高，而且远远超过1000Ω·m时，其对输电系统中接地系统设计的影响微乎其微，可以直接忽视。

1.2.2异质土壤电阻率比周围土壤电阻率更低

当异质土壤电阻率远远低于周边地区土壤的电阻率时，则周边地区土壤电阻率与接地电阻下降的速度呈正比关系，接地电阻下降速度会随着周边地区土壤电阻率的升高而增快，这就是异质土壤对整体接地电阻影响非常大的原因，在一定条件下，接地系统的设计过程中必须要考虑到异质土壤位置的影响，尤其是在要求非常严格的电力系统接地系统的设计中，异质土壤位置影响因素的考虑必不可少。科学合理的设计接地网系统，而且这对接地系统之后的降阻也有一定的指导性作用。不管是异质土壤电阻率比接地系统建设所在地土壤电阻率高，还是比接地系统电阻率低，若异质土壤所在位置不合理，会对接地系统的接地电阻有极为不利的影响，但是当其处于中心位置时，则产生的不良影响小很多，异质土壤的位置的规划设计非常重要。

1.3异质土壤深度对接地电阻的影响分析

1.3.1异质土壤电阻率比周围土壤电阻率更高时

假设周围土壤电阻率为100Ω·m时，异质土壤水平，横截面积为10×10㎡，一支土壤电阻率为100~3500Ω·m时，本次研究中深度依次取1m、5m、50m时，通过接地分析软件CDEGS进行计算，计算结果如下表2。

表2异质土壤深度不同时异质土壤电阻率与接地电阻值关系表

ρ（Ω·m）	R（h=1m）	R（h=10m）	R（h=50m）
100	0.45484	0.45476	045464
200	0.45521	0.45523	0.45862
300	0.5512	0.45567	0.45562
500	0.5516	0.45668	0.45563
1000	0.5518	0.45684	0.45558

通过研究分析发现在一定的异质土壤电阻条件下，对接电阻的影响会随着异质土壤深度加深而更加明显，这表明异质土壤电阻与接地电阻的变化呈反比关系，接地电阻变化会随着异质土壤电阻率的增加而降低，但这也表明在异质土壤到达一定深度后，异质土壤电阻率对接地系统中接地电阻的影响非常微小，几乎可以忽视。

1.3.2当异质土壤电阻率比周围土壤电阻率更低时

假设周围土壤电阻率为1000Ω·m，抑制土壤电阻率为10~1000Ω·m，水平横截面积为10×10㎡，异质土壤深度依次取1米、10米、50米，再通过接地分析软件CDEGS进行计算，计算结果如下表3。

表3异质土壤深度不同时异质土壤电阻率与接地电阻值关系表

ρ（Ω·m）	R（h=1m）	R（h=10m）	R（h=50m）
10	4.5433	4.5253	4.3621
50	4.5452	4.5256	4.3623
70	4.5456	4.5258	4.3854
100	4.5458	4.5259	4.3965
200	4.5459	4.5321	4.4213

由表格分析可知，当异质土壤电阻率1000Ω·m不断下降时，抑制土壤的深度不同，对接地电阻的影响也存在一定的差异，其中在1米深度这条曲线上对应的接地电阻影响会最小，10米、50米这两天曲线对接地电阻的影响会不断增大，这是由于接地网在进行散流时，不但会向周围地区扩散，还有可能会向下扩散，所以异质土壤的深度不断增加的情况下，对接地系统中的接地电阻影响会越表越大。

2、结论

（1）当异质土壤在接地系统的正中间位置时，总体面积较之接地系统比较小，则虽然其电阻率比周围地区土壤电阻率更高，但对接地网电阻的产生的影响比较小，所以可以忽略不计。

（2）当异质土壤深度越深，其对地网接地电阻的影响会越来越明显，但当其达到一定深度时，随着电阻率的不断增加，对地网接地电阻的影响会不断减小。而当异质土壤电阻率达到一定时，当其深度增加，对地网接地电阻的影响会减小。

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