贵州省乌图河一级水电站接地设计方案概要

贵州省乌图河一级水电站接地设计方案李祖杰（水利部山西水利水电勘测设计研究院，山西 太原）摘 要：针对乌图河一级水电站的接地网设计存在土壤电阻率高，可用场地小，地势险峻、地形复杂等因难因素的现状，结合其它山区水电站的接地网设计、运行经验，对乌图河一级水电站接地工程进行了设计分析，提出沿河道设置地网和在适当地区设置外延接地降阻并配合降阻剂降阻的方案。关键词：水电站 接地装置 接地电阻 降阻措施中图分类号：TV734 文献标识码：B1 工程概况乌图河一级水电站位于贵州省水城县花嘎乡境内的乌图河瓦房寨附近，供电范围为花嘎、顺场、野钟乡等缺电突出地区。水电站枢纽工程由混凝土拱坝和引水发电系统组成，其中引水发电系统将河水由枢纽引水闸经引水发电洞，引至电站。电站为地面式厂房，总装机212 500kW，多年平均发电量10 988万kWh。2 接地设计的必要性 近年来，因为接地不良产生的雷电击坏主设备、击坏微机保护等控制设备的事故在中小型水电站时有发生,因而应对中小型水电站的接地问题引起充分的重视，作为接地工程质量的关键环节，设计的合理性尤其重要。只有通过认真的研究和探讨,找到有效降低中小型水电站接地装置接地电阻的措施,做好水电站接地的降阻工作, 才能保证水电站安全运行。3 接地电阻偏高的原因分析接地电阻偏高的原因主要是以下原因造成的:（1）土壤电阻较高。山区的土壤电阻率一般都偏高,特别是南方山区水电站的土壤电阻率一般都在2 0003 000.m,严重的甚至高达5 000.m。因接地装置的接地电阻与土壤电阻率成正比,接地装置面积一定时,土壤电阻率愈高,接地装置的接地电阻也就愈高,降阻难度也就愈大。（2）土层薄,地质条件差。山区水电站处的土质一般为风化石土壤,或碎石土壤,土层薄,一般不足30cm,大多地方为岩石沒有土层,由于土层薄,就影响水平接地体和垂直接地体的埋深。经检查，山区水电站接地装置的水平接地体的埋深一般都不到30cm,有的敷在地表;由于土层薄,垂直接地体打不下去，其深度一般都达不到设计要求。由于接地体敷在地表,一方面由于上层土壤土质松散,接地体不能与大地紧密接触,造成接触电阻大,且因土壤干湿度易变化,易造成接地体的接地电阻不稳定。另一方面由于上层土壤含氧量高,接地体易发生吸氧腐蚀,而使接地体与周围土壤之间的接触电阻增大。同时,由于腐蚀还会造成接地网裂解使部分设备失去接地作用。（3）场地狭小,使接地网面积偏小。一般山区水电站都在山谷中,场地狭小,这就使水电站的接地网严重偏小。有的甚至沒有地方建接地网,这就给接地降阻带来非常大的难题。山区水电站由于土壤电阻率高，土质差,土层薄,接地体埋深不够，接地网面积小,这就是造成接地电阻偏高的主要原因。4降低接地电阻的一般措施（1）利用降阻剂进行降阻,特别是对外延接地可施加降阻剂进行降阻,但在降阻剂的使用时一定要选择降阻性能好,无腐蚀,性能稳定的降阻剂进行降阻。另外,对一些电气设备的基础和与变电所联接的道路,或变电所硬化部分的底部可以采用导电水泥进行降阻,道路表面为了提高跨步电压允许值,可用普通水泥,或者铺沥清进行处理。（2）改进接地材料，垂直接地极采用电解离子接地系统。这是因为，与传统的接地方式相比较，电解离子接地系统能使雷电冲击电流及故障电流更快地扩散于土壤中，因此，在恶劣的土壤条件下，接地效果尤为显著。离子接地系统包含的回填材料具有非常好的膨胀性、吸水性及离子渗透性，通过毛细原理实现水分保留。（3）采取综合降阻措施 山区水电站由于其接地电阻偏高,采取单一的降阻措施往往难以达到预期的降阻目标,这时需要对现场地形、地势及土壤电阻率等现场条件进行综合分析,采取综合的降阻措施,以达到有效的,大幅度的降低接地电阻的目的。5土壤电阻率及接地电阻的确定受土壤的成分、层次、含水量等因素的影响，接地设计所使用的土壤电阻率很难确定。根据乌图河土壤电阻率初步实测资料，乌图河一级水电站尾水处河水电阻率为60.m，因季节因素影响不大，所以不考虑季节调整系数。水电站站房处土壤电阻率的平均值为1 500.m，由于水平接地体埋深设计为0.9m，季节调整系数取1.36，实际计算水平接地体土壤电阻率取值为1 500.m 1.36=2 040.m。依据小型水电站设计规范，要求中小型水电站的接地电阻最大允许值均为1。6接地设计方案一个良好在接地系统应首先考虑充分利用自然接地体，比如厂房主钢筋网、引水管等，把这些自然接地体连接为一可靠的整体，可以有效地降低接地电阻。但是在本站中，设计最大接地电阻允许值为1，仅依靠自然接地体很难达到要求，所有本接地方案以人工接地网为主，将自然接地体对接地电阻的影响作为设计裕量。根据乌图河一级水电站所处地理位置，本次人工接地网设计采用在电站站房周围敷设外延接地网及下游河道敷设接地网两种方案进行比较。（1）在电站站房周围敷设外延接地网方案在合适的地方设置外延接地,首先在水电站附近认真进行勘探、测量土壤电阻率,找土壤电阻率较低的地方做外延接地。根据交流电气装置接地中人工接地极的工频接地电阻的估算公式：: 式中:R接地装置的工频接地电阻,1;土壤电阻率, 2 040.m; s地网面积,m2。计算得S106m2由于电站位于山谷，场地狭小，没有大面积的场地作外延接地网，故本方案不适用。（2）下游河道敷设接地网方案乌图河一级水电站为引水式水电站,由于沒有大的水域设置水下地网,但可以沿河道向上、下游在河道的两边设置河岸接地网。河岸接地网因为河流常年湿度较大，土壤电阻率一般较低,对降接地电阻非常有效，河岸接地网一般应在2030m设置一道跨河横线同时起到水下地网的作用。在河岸每6m设置垂直接地极进行固定。a）依据水力发电厂接地设计技术导则垂直接地体接地电阻公式：式中： 土壤电阻率，60.m；L垂直接地体的长度，取3m；d接地体直径，53 mm；计算得出Rd=16.29。其并联后接地电阻为： 式中： n垂直接地体根数，16根；利用系数，取0.8；计算得出 R1=1.27。b）依据水力发电厂接地设计技术导则水平接地体接地电阻公式： 式中：土壤电阻率，60.m；L水平接地体的长度，取100m；h水平接地体的埋设深度，取0.9m；d接地体直径，取40 mm；A水平接地体的形状系数，取1；计算得出RP=1.293。c）接地网总接地电阻1/R1/ R1+1/Rp R=0.641由上的结果可知，在不计自然接地体接地电阻的情况下，只要在河道两侧敷设100m的水平接地网及16根垂直接地极即可实现规范要求，故推荐本方案。通过上述两方案比较我们对山区水电站接地网进行分析，山区水电站接地网应尽量打在低电阻率（如河道、大坝等）的地方，如果附近没有合适的位置或接地电阻不能达到设计要求，应附以其它的降阻措施。7接触电压、跨步电压处理措施针对接触电压、跨步电压不能满足要求时应采取以下措施：（1）在人员经常走动的道路等地的四周应铺设电阻率较高的卵石、水泥、砾石、或沥青混凝土等，从而提高允许接触电压和跨步接触电压（2）在各建筑物出入口、接地网边缘经常有人出入的道路处铺设砾石、沥青路面或在地下装设两条与接地网相连的帽檐式均压带。8结束语通过以上对乌图河一级水电站的接地网设计分析，并结合其它山区水电站接地网设计和实施经验，接地电阻偏高的主要原因是土壤电阻率高,土质差,土层薄,接地体埋深不够,地网面积小。因而进行山区水电站的接地设计时要对现场地形、地势及土壤电阻率等现场条件进行综合分析,通过认真的技术经济分析,对水电站的接地进行优化设计，根据现场实际条件因地制宜地确定有针对性的接地网型式、确定采取的降阻措施，诸如水下地网、河岸地网、外延接地网和降阻剂等多种降阻措施进，也可采取复合降阻措施进行降阻。对厂内地网要改善其地电位分布，防止地电位干扰，以保证水电站的安全稳定运行。作者简介：李祖杰，男，1975年生，1998年毕业于太原重型机械学院电气工程系电气技术专业，工程师。收稿日期：2008-10-02 修回日期：2008-12-12The Grounding Design Plan of the First Wutu River Hydropower Station of Guizhou ProvinceLI Zu-jieAbstract :Aiming at the existing problems such as: high soil resistivity, narrow usable place, rugged terrain and complex topography, which are encountered during 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