基于水电站接地设计的研究.doc

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1、基于水电站接地设计的研究【摘 要】 接地装置是水电站防雷的主要措施，是确保人身和设备安全的关键，因此，做好水电站接地设计工作意义重大。本文针对水电站的实际特点，对电站接地设计进行了阐述，为水电站的安全运行保驾护航。、【关键词】 水电站 接地装置 设计随着我国电力系统电压水平的不断提高和系统容量的不断增大，接地故障电流和发电站、高压配电装置接地网的面积亦不断增大。接地装置是电站或变电站电气设备中重要的部分，也是设计工作中的一个重要内容。为了保障人员的人身安全，确保设备的安全稳定运行，避免和减小雷击的损害，在水电站接地设计中，要采取经济、可行、合理的接地方案使整个地网的接地电阻满足要求，将水电站内

2、外的接触电势、跨步电势和转移电势限制在安全值内，使电站接地装置构成均衡电位接地系统。1 接地电阻确定传统设计一般认为，大接地短路电流系统的接地电阻R0.5，小接地短路电流系统和低压系统接地电阻R4则满足接地电阻要求，而忽视短路电流的大小对接地电阻的影响，这是不恰当的。如，在大接地短路电流系统中，若强硬规定接地电阻达到0.5则满足接地要求，当电网的接地故障电流I4000A时，接地电阻按R2000/I计算就会小于0.5，此时接地电阻就达不到系统接地要求，短路故障情况下就可能会直接危及人员或设备安全；或当接地故障电流I4000A，接地电阻就会大于0.5，此时接地安全性能提高，但可能会因此增加了接地装

3、置的耗材和接地的难度，接地投资提高。因此入地短路电流计算是设计接地网的基础，在设计接地网之前，需按设计水平年确定电网在非对称故障情况下最大入地电流值I，采用公式R2000/I（大接地短路电流系统）和R120/I（小接地短路电流系统）计算对应接地系统的接地电阻。2 接地网型式水电站的接地网一般由水工建筑物、通航建筑物、电站厂房建筑物、变电站等处的自然接地网和人工接地网组成，各个自然接地网和人工接地网至少用两根接地干线连接，构成全厂的总接地系统。自然接地体主要由泄洪闸坝、船闸、拦污栅、排沙洞、主副厂房等部位的钢筋网、闸门槽、压力钢管、尾水管金属里衬等钢构件组成，对水工结构中的接地钢筋网需进行焊接，

4、以保证电气的连通。当利用自然接地体接地，接地电阻不满足要求时和在高压配电装置的场地应设置人工接地网。人工接地网以水平接地体为主，垂直接地体为辅敷设，设计应尽量降低网内的接触电位差和跨步电压差。人工接地网外缘闭合，外缘各角做成圆弧形，圆弧半径不宜小于均压带间距的一半，接地网内敷设有水平均压带，埋深不小于0.6m。接地网型式有有长孔和方孔两种，如图1所示。长孔布置与方孔布置方式相比，存在以下问题：（1）长孔地网某一条均压线断开时，均压带的分流作用明显降低。方孔地网纵、横向均压带相互交错，当某条均压线断开时，对分流效果影响不大，优于长孔地网。（2）长孔地网均压线距离较长，发生接地故障时，沿均压线电压

5、降较大，易造成二次控制电缆和设备损坏。而方孔网均压效果较好且可靠性高。因此，在接地网设计时，条件允许时采用方孔均压网设计更为可靠，利于提高接地安全性，应优先并着重予以考虑。3 接地材料的选择接地材料一般选用结构钢制成，选用时必须对材料进行检查，材料不应存在严重的锈蚀、厚薄或粗细不均匀等现象。接地材料的直径或截面，应符合载流量、短路时自动切除故障段时间以及热稳定与均压的要求，且不应小于表1所列规格。垂直接地体通常采用角钢或钢管制成，虽然角钢制成的接地体在散流效果方面比钢管差一点，但施工难度小、成本低，所以现场安装一般采用角钢。规范中要求的比较理想的为50mm50mm5mm的镀锌角钢，但从防腐角度

6、和增加使用年限考虑，逐渐改用63mm63mm6mm的镀锌角钢，实践中也证明其防腐效果较好，镀锌角钢或扁钢宜采用热镀锌材料。4 防腐措施接地体的腐蚀是一个普遍存在的问题，由于腐蚀，接地线不能满足接地短路电流热稳定的要求，或者形成电气上的开路，使设备失去接地。接地体的腐蚀速度与该接地体所处地区土质、气候和周围环境等诸多因素有关，设计应根据当地实际情况确定，可采取增大接地体截面和厚度，或采用防腐材料。一般，人工接地网较容易发生腐蚀，如变电站设备构架接地引下线离地约30cm段，电缆沟内的接地线、各接地线之间的焊接头等。4.1 主接地网的防腐措施（1）对接地体涂防锈漆或镀锌。（2）采用降阻防腐剂。降阻防

7、腐剂为弱碱性，pH值为10，而大多土壤为弱酸性，pH值为6，故可减弱对铁元素的腐蚀作用。（3）因地制宜选择抗腐蚀性能好的材料，使设计更合理、经济。如腐蚀较严重的变电站选取热镀锌钢、铜包钢或防腐导电材料，腐蚀轻微的变电站选用热镀锌钢或增大接地材料的截面或厚度。（4）采用无腐蚀性或腐蚀性小的土壤回填接地体，并避免施工残物回填，尽量减小导致腐蚀的因素。4.2 接地引下线的防腐措施采用特殊防腐措施。在接地体周围，尤其在拐弯处加适当的石灰，提高pH值；或在其周围包上碳素粉加热后形成复合钢体。另外，在接地引下线地下近地面1030cm处套一段绝缘，如塑料管等，以防腐蚀。5 降阻措施5.1 充分利用自然接地体

8、降阻大多数水电站建设在山区、河流的峡谷地区，位于坚固的岩石基础上。接地一方面受到地形的限制，另一方面由于地电阻率极高，造成接地相当的困难。所以在接地设计中，首先要充分利用自然接地体，如混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结构物以及水上、水下金属管道等自然接地体。如某水电站，厂房和闸坝周围所处均为岩石基础，但变电站离厂房较远，基础为沉积的河滩，且有高达八米的电阻率较低的回填土，同时每一设备构架都有一个深达十米以上的桩基础。该电站在设计时将设备构架桩基础内的环形钢筋网每隔5米距离焊接起来，引上变电站的人工接地网，并在不同的地方用接地干线引至厂房的主接地网。通过这样，总接地网的接地电阻降低较明显，达到了接

9、地要求。 此外，在人工接地网的设计中，为了充分发挥自然接地体的降阻作用，应尽量减少人工接地体对自然接地体的屏蔽作用。5.2 多支外引式接地装置不少电站接地装置附近有导电良好及不冻的河流湖泊、水井、泉眼、水库、大树下等土壤电阻率较低的地方，此时可利用该处进行人工接地网的敷设；又或者在水库、宽阔的尾水渠和和下游河道、施工后遗留的导流洞等静水区敷设水下接地网，以降低接地电阻。在设计时，考虑到连接接地极主干线自身电阻所带来的影响和效果，外引式接地极长度不宜超过100m。另外，连接线和外引接地装置的截面还应满足要求，并做好防腐处理。如用1个外引接地装置不能把接地电阻降到合格范围，可根据现场实际情况，设置

10、34个外引接地装置。5.3 深井式接地在不能用增大接地网水平尺寸的方法来降低流散电阻的情况下，如果周围土壤电阻率不均匀，地下深处的土壤或水的电阻率较低时，可采取深埋接地极来降低接地电阻值。水电站一般位于山区，土壤为不均匀土壤，若下层的土壤电阻率高于上层的土壤电阻率，此时深井法打井的费用要比水平接地体高许多倍，且降阻效果还没有水平接地体的效果好，应采用外延扩网的办法降阻。5.4 利用接地电阻降阻剂在不可能采用深井接地和引外接地地方，当地网面积不太大，可因地制宜采用降阻剂和低电阻率材料置换的人工降阻措施。如某水电站的室外开关站基础是岩石，电阻率极高，计算得出该开关站的人工接地网接地电阻远远超出接地

11、要求。附近也没有可外引接地网的适合地方。后经过研究计算，在站内地网每条水平接地体敷设的地方开挖一条80160130cm（下底上底高）的梯形人工接地沟，沟内回填低电阻粘土并分层捣实，接地体埋深70cm。施工完毕，实测接地电阻已符合要求。最后开关站的人工接地网还引出三条接地干线与厂房的主地网连接。人工降阻剂的在接地极周围敷设后，可以增大接地极外形尺寸，降低接触电阻，对减小集中接地体的工频接地电阻效果明显。但需注意接地体的布置方式和选择电阻率低、性能稳定、无腐蚀、使用周期长的降阻材料。6 结语防雷接地工程是水电站一项重要的防御保护工程，对于保障水电站设施设备正常工作及人身生命安全是至关重要的。因此，在进行接地设计时，应本着科学、认真的精神，结合现场情况做详细的分析，不断完善接地设计，以期达到良好的防雷接地保护效果。参考文献：1李祖杰.贵州省乌图河一级水电站接地设计方案J.山西水利科技，2009年02期.2李东海，唐燕斌.变电所接地网防腐措施J.农村电工，2011年第05期.7