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摘要：随着我国经济发展和人民生活水平的不断提高，电力系统的容量也在不断的增大，现代电网也逐渐的向超高压、远距离的方向发展，这对电力系统的安全运行带来了调整。为了确保电网的安全有效运行，提高电网的稳定和可靠性，必须采取相应的安全保护措施。变电站的接地网是电网系统中的重要组成部分，对于电力系统的安全运行具有重要的影响。近两来我国已经发生了由于接地网设计不合理而引发的安全事故，这些事故不仅造成人员的伤亡，同时也带来了巨大的经济损失，产生了不好的社会影响，因此加强对接地网的优化设计具有重要的现实意义。
关键词：变电站;接地网;优化设计
1 变电站接地网设计的必要性
接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高;如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。
2 变电站接地网设计原则
由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施;考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏，应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。变电站接地网设计时应遵循以下原则：①尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地作为接地网。②尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形。③应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。
3 接地网设计的要点
3.1 接地网的接地电阻主要与接地网的面积有关。加在地网上的2～3m的垂直接地极，对减小接地电阻的作用不大，一般仅在避雷器、避雷针（线）等处作加强集中接地散泄雷电流用或为稳定地网在中间或外缘增设几个。
3.2 接地网孔大于16个（均压要求除外），接地电阻减小很慢，对大型接地网，网孔个数也不宜大于32个。过分增加均压带根数并不能无限制的减小最大接触系数，实验研究最大接触系数最多只能减小到0.1～0.15。 3.3 接地网埋深达一定时，接地电阻减小很慢，一般取0.6～0.8m。
3.4 在小面积地网内，采用置换或化学方法改善接地体附近的高土壤电阻率，对减小接触电阻有效果，对减小接地电阻作用不大。
3.5 接地网的四角做成圆弧形可以显著改善接地网外直角處的跨步电势。
4 变电站接地网的优化设计方法
4.1 基于电磁场和电路相结合的节点电压优化法 在我国变电站接地网设计中，大多使用钢材作为原材料，相较于金属铜，钢材的相对磁导率是相当大的，由于此种原因，接地网实现故障电流导入大地所产生的电位分布不均问题更加严重。所以，结合此种现象提出了基于电磁场和电路相结合的节点电压优化接地网设计方法，利用此方法求出最大接触电势，进一步
来探讨接地网设计是否符合安全要求，该种方法的另一大优点是不受接地网分层问题局限，从而使接地网设计更加发挥安全作用。
其设计原理是采用在规定范围内的最大接触电势，改变接地网接收的故障电流密度分布情况和地表产生的电位分布情况。求取接地网的最大接触电势要使用基于电磁场和电路相结合理论以及遗传算法，其中的遗传算法采用以群体共同搜索为起点，实现了从任何一个点都能获得极值的优点，避免了局部最优状况的发生。最终实现变电站接地网的优化设计，消除或减少安全隐患。
4.2 接地网不等间距布置优化法 一般的接地网都是等间距布置的，但是此种布置方法存在较大弊端，等间距布置的变电站接地网地表电位梯度很大，导致接地故障发生时流入地网的电流导入大地之后呈现出电位分布不均匀的现象。而采用不等间距布置（即从接地网边缘到中心，均压导体间距按负指数规律增加）能明显的改善这种情况，使土壤层的电位分布均匀化，降低了安全隐患，减少了钢材和运行费用。
具体方法是在设计之初先尝试确定接地网布置的长和宽方向上的导体根数，分别用m1和m2来表示，按照以往经验一般接地网使用的均压导体间隔为10m，
假如系统的接触电势符合需要，设计人员需要进行相关经济技术比对之后再决定是否要改变导体的根数。当我们根据尝试法把m1和m2都确定之后就可以把接地网长宽方向将要布置的分段数定下来。具体长宽方向分段数的计算方法为：长方n1= m2-1， n2= m1-1，其中n1， n2分别代表长宽方向的分段数。 一旦我们知道了m1和m2，不管什么样的矩形地网，都可以由n1= m2-1， n2= m1-1算出导体间布置的间距。
4.3 降低接地阻抗方法 在建造变电站时所设计的建地面积是一定的，不同地区的土壤情况是不同的。在故障电流一定的条件下，接地网的接地电阻主要与土壤情况与接地网的尺寸大小相关，一般要是该地区土壤的电阻率偏低并且所铺设的接地网面积非常广，就可以降低接地电阻，可是如果接地网装置发生故障，仍然会在地表出现较高的电位值，给人们的生命安全带来危害。
在现实情况中，设计人员在变电站接地网设计时通常会考虑到当地的土壤电阻率是否比较低，然后计算所需接地网面积参数，降低接地阻抗，在此基础上优化接地网装置，使接地网设计更加合理化。
对于土壤电阻率比较高的地区可以采用局部换土的方法达到降低土壤电阻率的目的，
5 结语
接地网作为变电站交、直流电气设备接地以及防雷保护接地的重要组成部分，对变电系统的安全运行起着重要的作用。接地网作为隐性工程，被埋于地下，很容易被人忽视，往往只注重接地电阻的测量结果。随着电力系统输送容量的增加及电压等级的提高，接地不良引起事故的现象屡有发生。因此，接地作为保障操作人员与设备安全的重要措施，越来越受到重视。变电站接地网在安全中具有重要地位，同时具有一次性建设、维护困难等特点，在工程建设中不容忽视。
参考文献：
[1] 张立雄.变电站降低接地装置接地电阻浅析[J]. 中国城市经济. 2010（11）
[2] 梁祺. 变电站接地降阻设计中存在的问题与对策分析[J]. 中国城市经济. 2011（08）
[3] 叶云琴. 浅谈变电站接地网设计[J]. 沿海企业与科技. 2008（10）
[4] 樊利平. 变配电所接地网的设计与安装[J]. 科技风. 2011（04）
关键词：变电站;接地网;优化设计
1 变电站接地网设计的必要性
接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高;如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。
2 变电站接地网设计原则
由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施;考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏，应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。变电站接地网设计时应遵循以下原则：①尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地作为接地网。②尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形。③应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。
3 接地网设计的要点
3.1 接地网的接地电阻主要与接地网的面积有关。加在地网上的2～3m的垂直接地极，对减小接地电阻的作用不大，一般仅在避雷器、避雷针（线）等处作加强集中接地散泄雷电流用或为稳定地网在中间或外缘增设几个。
3.2 接地网孔大于16个（均压要求除外），接地电阻减小很慢，对大型接地网，网孔个数也不宜大于32个。过分增加均压带根数并不能无限制的减小最大接触系数，实验研究最大接触系数最多只能减小到0.1～0.15。 3.3 接地网埋深达一定时，接地电阻减小很慢，一般取0.6～0.8m。
3.4 在小面积地网内，采用置换或化学方法改善接地体附近的高土壤电阻率，对减小接触电阻有效果，对减小接地电阻作用不大。
3.5 接地网的四角做成圆弧形可以显著改善接地网外直角處的跨步电势。
4 变电站接地网的优化设计方法
4.1 基于电磁场和电路相结合的节点电压优化法 在我国变电站接地网设计中，大多使用钢材作为原材料，相较于金属铜，钢材的相对磁导率是相当大的，由于此种原因，接地网实现故障电流导入大地所产生的电位分布不均问题更加严重。所以，结合此种现象提出了基于电磁场和电路相结合的节点电压优化接地网设计方法，利用此方法求出最大接触电势，进一步
来探讨接地网设计是否符合安全要求，该种方法的另一大优点是不受接地网分层问题局限，从而使接地网设计更加发挥安全作用。
其设计原理是采用在规定范围内的最大接触电势，改变接地网接收的故障电流密度分布情况和地表产生的电位分布情况。求取接地网的最大接触电势要使用基于电磁场和电路相结合理论以及遗传算法，其中的遗传算法采用以群体共同搜索为起点，实现了从任何一个点都能获得极值的优点，避免了局部最优状况的发生。最终实现变电站接地网的优化设计，消除或减少安全隐患。
4.2 接地网不等间距布置优化法 一般的接地网都是等间距布置的，但是此种布置方法存在较大弊端，等间距布置的变电站接地网地表电位梯度很大，导致接地故障发生时流入地网的电流导入大地之后呈现出电位分布不均匀的现象。而采用不等间距布置（即从接地网边缘到中心，均压导体间距按负指数规律增加）能明显的改善这种情况，使土壤层的电位分布均匀化，降低了安全隐患，减少了钢材和运行费用。
具体方法是在设计之初先尝试确定接地网布置的长和宽方向上的导体根数，分别用m1和m2来表示，按照以往经验一般接地网使用的均压导体间隔为10m，
假如系统的接触电势符合需要，设计人员需要进行相关经济技术比对之后再决定是否要改变导体的根数。当我们根据尝试法把m1和m2都确定之后就可以把接地网长宽方向将要布置的分段数定下来。具体长宽方向分段数的计算方法为：长方n1= m2-1， n2= m1-1，其中n1， n2分别代表长宽方向的分段数。 一旦我们知道了m1和m2，不管什么样的矩形地网，都可以由n1= m2-1， n2= m1-1算出导体间布置的间距。
4.3 降低接地阻抗方法 在建造变电站时所设计的建地面积是一定的，不同地区的土壤情况是不同的。在故障电流一定的条件下，接地网的接地电阻主要与土壤情况与接地网的尺寸大小相关，一般要是该地区土壤的电阻率偏低并且所铺设的接地网面积非常广，就可以降低接地电阻，可是如果接地网装置发生故障，仍然会在地表出现较高的电位值，给人们的生命安全带来危害。
在现实情况中，设计人员在变电站接地网设计时通常会考虑到当地的土壤电阻率是否比较低，然后计算所需接地网面积参数，降低接地阻抗，在此基础上优化接地网装置，使接地网设计更加合理化。
对于土壤电阻率比较高的地区可以采用局部换土的方法达到降低土壤电阻率的目的，
5 结语
接地网作为变电站交、直流电气设备接地以及防雷保护接地的重要组成部分，对变电系统的安全运行起着重要的作用。接地网作为隐性工程，被埋于地下，很容易被人忽视，往往只注重接地电阻的测量结果。随着电力系统输送容量的增加及电压等级的提高，接地不良引起事故的现象屡有发生。因此，接地作为保障操作人员与设备安全的重要措施，越来越受到重视。变电站接地网在安全中具有重要地位，同时具有一次性建设、维护困难等特点，在工程建设中不容忽视。
参考文献：
[1] 张立雄.变电站降低接地装置接地电阻浅析[J]. 中国城市经济. 2010（11）
[2] 梁祺. 变电站接地降阻设计中存在的问题与对策分析[J]. 中国城市经济. 2011（08）
[3] 叶云琴. 浅谈变电站接地网设计[J]. 沿海企业与科技. 2008（10）
[4] 樊利平. 变配电所接地网的设计与安装[J]. 科技风. 2011（04）