貴州省烏圖河一級(jí)水電站接地設(shè)計(jì)方案.doc

1、貴州省烏圖河一級(jí)水電站接地設(shè)計(jì)方案李祖杰（水利部山西水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原030024)摘 要：針對(duì)烏圖河一級(jí)水電站的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)存在土壤電阻率高,可用場(chǎng)地小,地勢(shì)險(xiǎn)峻、地形復(fù)雜等因難因素的現(xiàn)狀，結(jié)合其它山區(qū)水電站的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)烏圖河一級(jí)水電站接地工程進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，提出沿河道設(shè)置地網(wǎng)和在適當(dāng)?shù)貐^(qū)設(shè)置外延接地降阻并配合降阻劑降阻的方案。關(guān)鍵詞：水電站 接地裝置 接地電阻 降阻措施中圖分類(lèi)號(hào):TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B1 工程概況烏圖河一級(jí)水電站位于貴州省水城縣花嘎鄉(xiāng)境內(nèi)的烏圖河瓦房寨附近，供電范圍為花嘎、順場(chǎng)、野鐘鄉(xiāng)等缺電突出地區(qū).水電站樞紐工程由混凝土拱壩和引水發(fā)電系統(tǒng)

2、組成，其中引水發(fā)電系統(tǒng)將河水由樞紐引水閘經(jīng)引水發(fā)電洞，引至電站.電站為地面式廠(chǎng)房，總裝機(jī)2×12 500kW,多年平均發(fā)電量10 988萬(wàn)kW·h。2 接地設(shè)計(jì)的必要性 近年來(lái)，因?yàn)榻拥夭涣籍a(chǎn)生的雷電擊壞主設(shè)備、擊壞微機(jī)保護(hù)等控制設(shè)備的事故在中小型水電站時(shí)有發(fā)生,因而應(yīng)對(duì)中小型水電站的接地問(wèn)題引起充分的重視，作為接地工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)的合理性尤其重要。只有通過(guò)認(rèn)真的研究和探討，找到有效降低中小型水電站接地裝置接地電阻的措施,做好水電站接地的降阻工作， 才能保證水電站安全運(yùn)行.3 接地電阻偏高的原因分析接地電阻偏高的原因主要是以下原因造成的：（1）土壤電阻較高。山區(qū)的土

3、壤電阻率一般都偏高，特別是南方山區(qū)水電站的土壤電阻率一般都在2 0003 000.m，嚴(yán)重的甚至高達(dá)5 000.m。因接地裝置的接地電阻與土壤電阻率成正比，接地裝置面積一定時(shí),土壤電阻率愈高,接地裝置的接地電阻也就愈高,降阻難度也就愈大。（2）土層薄，地質(zhì)條件差。山區(qū)水電站處的土質(zhì)一般為風(fēng)化石土壤,或碎石土壤，土層薄，一般不足30cm,大多地方為巖石沒(méi)有土層，由于土層薄,就影響水平接地體和垂直接地體的埋深。經(jīng)檢查,山區(qū)水電站接地裝置的水平接地體的埋深一般都不到30cm,有的敷在地表；由于土層薄,垂直接地體打不下去，其深度一般都達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。由于接地體敷在地表，一方面由于上層土壤土質(zhì)松散，接地

4、體不能與大地緊密接觸，造成接觸電阻大，且因土壤干濕度易變化，易造成接地體的接地電阻不穩(wěn)定。另一方面由于上層土壤含氧量高,接地體易發(fā)生吸氧腐蝕，而使接地體與周?chē)寥乐g的接觸電阻增大。同時(shí)，由于腐蝕還會(huì)造成接地網(wǎng)裂解使部分設(shè)備失去接地作用.（3）場(chǎng)地狹小，使接地網(wǎng)面積偏小.一般山區(qū)水電站都在山谷中，場(chǎng)地狹小，這就使水電站的接地網(wǎng)嚴(yán)重偏小。有的甚至沒(méi)有地方建接地網(wǎng)，這就給接地降阻帶來(lái)非常大的難題。山區(qū)水電站由于土壤電阻率高，土質(zhì)差,土層薄，接地體埋深不夠，接地網(wǎng)面積小，這就是造成接地電阻偏高的主要原因。4降低接地電阻的一般措施(1）利用降阻劑進(jìn)行降阻，特別是對(duì)外延接地可施加降阻劑進(jìn)行降阻,但在降阻

5、劑的使用時(shí)一定要選擇降阻性能好,無(wú)腐蝕,性能穩(wěn)定的降阻劑進(jìn)行降阻。另外，對(duì)一些電氣設(shè)備的基礎(chǔ)和與變電所聯(lián)接的道路，或變電所硬化部分的底部可以采用導(dǎo)電水泥進(jìn)行降阻，道路表面為了提高跨步電壓允許值，可用普通水泥，或者鋪瀝清進(jìn)行處理.（2)改進(jìn)接地材料，垂直接地極采用電解離子接地系統(tǒng)。這是因?yàn)?，與傳統(tǒng)的接地方式相比較，電解離子接地系統(tǒng)能使雷電沖擊電流及故障電流更快地?cái)U(kuò)散于土壤中，因此，在惡劣的土壤條件下,接地效果尤為顯著。離子接地系統(tǒng)包含的回填材料具有非常好的膨脹性、吸水性及離子滲透性,通過(guò)毛細(xì)原理實(shí)現(xiàn)水分保留。(3)采取綜合降阻措施 山區(qū)水電站由于其接地電阻偏高,采取單一的降阻措施往往難以達(dá)到預(yù)期

6、的降阻目標(biāo),這時(shí)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形、地勢(shì)及土壤電阻率等現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行綜合分析,采取綜合的降阻措施，以達(dá)到有效的,大幅度的降低接地電阻的目的。5土壤電阻率及接地電阻的確定受土壤的成分、層次、含水量等因素的影響，接地設(shè)計(jì)所使用的土壤電阻率很難確定。根據(jù)烏圖河土壤電阻率初步實(shí)測(cè)資料，烏圖河一級(jí)水電站尾水處河水電阻率為60.m,因季節(jié)因素影響不大，所以不考慮季節(jié)調(diào)整系數(shù)。水電站站房處土壤電阻率的平均值為1 500.m，由于水平接地體埋深設(shè)計(jì)為0。9m，季節(jié)調(diào)整系數(shù)取1.36,實(shí)際計(jì)算水平接地體土壤電阻率取值為1 500.m × 1.36=2 040。m。依據(jù)小型水電站設(shè)計(jì)規(guī)范，要求中小型水電站的接

7、地電阻最大允許值均為1。6接地設(shè)計(jì)方案一個(gè)良好在接地系統(tǒng)應(yīng)首先考慮充分利用自然接地體，比如廠(chǎng)房主鋼筋網(wǎng)、引水管等，把這些自然接地體連接為一可靠的整體，可以有效地降低接地電阻。但是在本站中,設(shè)計(jì)最大接地電阻允許值為1,僅依靠自然接地體很難達(dá)到要求，所有本接地方案以人工接地網(wǎng)為主，將自然接地體對(duì)接地電阻的影響作為設(shè)計(jì)裕量。根據(jù)烏圖河一級(jí)水電站所處地理位置，本次人工接地網(wǎng)設(shè)計(jì)采用在電站站房周?chē)笤O(shè)外延接地網(wǎng)及下游河道敷設(shè)接地網(wǎng)兩種方案進(jìn)行比較。(1）在電站站房周?chē)笤O(shè)外延接地網(wǎng)方案在合適的地方設(shè)置外延接地,首先在水電站附近認(rèn)真進(jìn)行勘探、測(cè)量土壤電阻率,找土壤電阻率較低的地方做外延接地.根據(jù)交流電氣裝

8、置接地中人工接地極的工頻接地電阻的估算公式：: 式中:R接地裝置的工頻接地電阻,1;-土壤電阻率, 2 040.m； s地網(wǎng)面積,m2。計(jì)算得S106m2由于電站位于山谷，場(chǎng)地狹小，沒(méi)有大面積的場(chǎng)地作外延接地網(wǎng)，故本方案不適用。（2）下游河道敷設(shè)接地網(wǎng)方案烏圖河一級(jí)水電站為引水式水電站，由于沒(méi)有大的水域設(shè)置水下地網(wǎng)，但可以沿河道向上、下游在河道的兩邊設(shè)置河岸接地網(wǎng)。河岸接地網(wǎng)因?yàn)楹恿鞒Ｄ隄穸容^大,土壤電阻率一般較低，對(duì)降接地電阻非常有效,河岸接地網(wǎng)一般應(yīng)在2030m設(shè)置一道跨河橫線(xiàn)同時(shí)起到水下地網(wǎng)的作用。在河岸每6m設(shè)置垂直接地極進(jìn)行固定。a)依據(jù)水力發(fā)電廠(chǎng)接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則垂直接地體接地電阻公

9、式：式中： 土壤電阻率，60。m；L垂直接地體的長(zhǎng)度，取3m；d接地體直徑,53 mm;計(jì)算得出Rd=16.29.其并聯(lián)后接地電阻為： 式中: n垂直接地體根數(shù)，16根；利用系數(shù)，取0.8;計(jì)算得出 R1=1.27。b）依據(jù)水力發(fā)電廠(chǎng)接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則水平接地體接地電阻公式: 式中:土壤電阻率,60.m；L水平接地體的長(zhǎng)度,取100m;h水平接地體的埋設(shè)深度，取0。9m；d接地體直徑,取40 mm；A水平接地體的形狀系數(shù)，取1；計(jì)算得出RP=1。293。c）接地網(wǎng)總接地電阻1/R1/ R1+1/Rp R=0.64<1由上的結(jié)果可知，在不計(jì)自然接地體接地電阻的情況下,只要在河道兩側(cè)敷設(shè)100

10、m的水平接地網(wǎng)及16根垂直接地極即可實(shí)現(xiàn)規(guī)范要求,故推薦本方案。通過(guò)上述兩方案比較我們對(duì)山區(qū)水電站接地網(wǎng)進(jìn)行分析,山區(qū)水電站接地網(wǎng)應(yīng)盡量打在低電阻率（如河道、大壩等)的地方，如果附近沒(méi)有合適的位置或接地電阻不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)附以其它的降阻措施。7接觸電壓、跨步電壓處理措施針對(duì)接觸電壓、跨步電壓不能滿(mǎn)足要求時(shí)應(yīng)采取以下措施：（1)在人員經(jīng)常走動(dòng)的道路等地的四周應(yīng)鋪設(shè)電阻率較高的卵石、水泥、礫石、或?yàn)r青混凝土等,從而提高允許接觸電壓和跨步接觸電壓（2）在各建筑物出入口、接地網(wǎng)邊緣經(jīng)常有人出入的道路處鋪設(shè)礫石、瀝青路面或在地下裝設(shè)兩條與接地網(wǎng)相連的"帽檐式”均壓帶。8結(jié)束語(yǔ)通過(guò)以上對(duì)烏圖

11、河一級(jí)水電站的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)分析，并結(jié)合其它山區(qū)水電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，接地電阻偏高的主要原因是土壤電阻率高，土質(zhì)差，土層薄，接地體埋深不夠，地網(wǎng)面積小。因而進(jìn)行山區(qū)水電站的接地設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形、地勢(shì)及土壤電阻率等現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行綜合分析，通過(guò)認(rèn)真的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,對(duì)水電站的接地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件因地制宜地確定有針對(duì)性的接地網(wǎng)型式、確定采取的降阻措施，諸如水下地網(wǎng)、河岸地網(wǎng)、外延接地網(wǎng)和降阻劑等多種降阻措施進(jìn),也可采取復(fù)合降阻措施進(jìn)行降阻。對(duì)廠(chǎng)內(nèi)地網(wǎng)要改善其地電位分布，防止地電位干擾，以保證水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行.作者簡(jiǎn)介：李祖杰，男，1975年生，1998年畢業(yè)于太原重型機(jī)械學(xué)院電氣工

12、程系電氣技術(shù)專(zhuān)業(yè)，工程師。收稿日期:2008-1002 修回日期：200812-12The Grounding Design Plan of the First Wutu River Hydropower Station of Guizhou ProvinceLI ZujieAbstract ：Aiming at the existing problems such as： high soil resistivity, narrow usable place， rugged terrain and complex topography， which are encountered during

13、 the design of grounding net, and referring to the grounding net design and operating experience of other hydropower stations located in mountain areas， the grounding engineering of the first Wutu river hydropower station are analyzed and designed。 After that， the plan of setting grounding net along river and using the method of extending groundi