变电站接地系统是保证电网安全运行及站内电力设备安全的重要设施,其土壤电阻率的季节性变化将对运行人员安全、站内设备的耐受能力等方面带来一定的威胁。因此,本文针对季节性冻土地区接地系统的安全性展开研究,对确保冬季中的变电站安全运行具有关键的意义。本文通过电力接地系统分析软件CDEGS结合MATLAB编程对存在季节性冻土的北方某110kV变电站接地网的安全性进行了分析与研究,计算了土壤冻结形成的高电阻率地区在发生短路故障后的地网的工频接地电阻、二次电缆芯皮电位差以及跨步、接触电压等安全参数的变化规律,旨在明确处于冰冻土壤中的变电站接地系统安全性及其改进优化方案。
研究和测试表明，土壤凝结成冻土时，其电阻率可增加5～1000倍。在冬季，土壤由浅入深逐步形成冻土高阻层，直到最大冻结深度；在春季反之，冻土高阻层由表入里的消散。在这个周期变化的过程中，冻土深度内的土壤电阻率产生剧烈变化，对变电站接地网的性能产生动态、显著的不利影响，提高了GPR和降低了接触电压允许值。当前，在变电站接地的工程设计中，对此鲜有相关的研究和应用。廊坊柳林220 kV变电站作为重点工程，采用分层土壤模型等效实际冻土条件，首次对接地网的性能进行了工程量化的评估和校验。测试结果表明，采用分层土壤模型等效的方式是可行的，冻土校验和评估涉及安全性评估，是必要的。
在季节性冻土地区,地面冻土层的土壤电阻率随季节性因素变化很大,将严重影响接地网的安全性能,此时采用参数合适的复合接地网将比水平接地网具有更好的降阻效果及安全性能。以哈牡铁路亚沟牵引变电所为例,采用CDEGS软件进行仿真计算的方法,分析在季节性冻土地区影响接地网安全性能的四个因素(水平均压带网格大小;垂直接地极数量、长度及位置),得出采用水平均压带与垂直接地极相结合的复合接地网方案为工程最佳方案。
土壤电阻率是影响变电所接地网设计的重要因素,冻土地区随季节的变化地表土壤电阻率将会发生较大变化。以长春南500 kV变电所田家油坊站址为例,研究了冻土地区变电所深埋水平接地网、双层接地网、水平接地网与垂直接地极相结合三种不同类型的接地方案,比较与分析了三种接地方案的接地性能,得出水平接地网与垂直接地极相结合的接地方案的接地性能最优的结论。同时,对垂直接地极进行了优化分析,结果表明10 m+5 m垂直接地极方案及稀疏10 m垂直接地极方案同为最佳方案。