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R≤0.5Ω，小接地短路电流系统和低压系统接地电阻R≤4Ω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0.5Ω则满足接地要求，当电网的接地故障电流I>4000A时，接地电阻按R≤2000/I计算就会小于0.5Ω，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I<4000A，接地电阻就会大于0.5Ω，此时接地安全性能提高，但可能会因此增加了接地装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R≤2000/I（大接地短路电流系统）和R≤120/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，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&nb1000sp;

　　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50mm×50mm×5mm的镀锌角钢，但从防腐角度和增加使用年限考虑，逐渐改用63mm×63mm×6mm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10～30cm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3～4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80×160×130cm（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3cc9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.