高电阻率地区水电站接地系统改造浅论郑 贤 宇 (成都鸿策工程咨询有限公司，四川 成都 610072) 摘 要：为了确保人身及设备在正常和事故情况下的安全，电气设备需要进行保护接地和工作接地，此外还要为导泄雷电流应装设过电压保护接地。不同短路电流系统对接地电阻有着不同的要求，但往往高电阻率地区早期投运的电站由于接地系统的老化，实测电阻率不能达到要求，是否对接地系统进行改造？要根据具体情况而定。随着水电站“无人值班”少人值守运行模式的普及，甚至是远程控制的实施，对水电站运行的安全性也提出了更高的要求。 关键词：水电站；接地系统；高电阻率；误区；改造 0 引 言水电站多建在高山峡谷之间，有的电站厂址位于岩石地基之上，电阻率较高达到5 000～20 000Ω.m。接地效果较差，工程设计大多采用接地电阻剂降低接地电阻值，或是采用引外接地方式，实测电阻勉强达到要求，电站投入运行。但随着电站运行时间加长，一些上个世纪八、九十年代甚至更早的电站接地系统老化、腐蚀接地电阻值增加，影响到电站安全可靠的运行，对电站接地系统是否应进行改造，实测电阻值下能否安全可靠运行应进行全面的论证和研究，不能盲目的投资改造，造成资金浪费。 1 水电站接地系统的基本要求水电站的接地装置应安全可靠，经济合理。为此，一般规定有如下几点要求： (1)为保证人身和设备的安全，电力设备宜接地或接零。交流电力设备的接地，应充分利用自然接地体。水电站自然接地体的接地电阻符合要求时，可只敷设以水平接地体为主的人工均压接地网。 (2)不同用途和不用电压的电力设备，除另有规定者和独立避雷针、避雷线外，应使用一个总的接地体，接地电阻应符合其中最小值的要求。接地电阻，应考虑土壤干燥或冻结等季节变化的影响，一年四季中均应符合要求，但防雷装置的接地电阻可只考虑在雷季中土壤的干燥状态的影响。 (3)水电站通信设备的接地，应和电力设备的接地使用一个总的接地体。 (4)在水电站接地网内的中性点直接接地的低压电力网中，低压电力设备的机座或是金属外壳与接地网可靠连接后，允许不按接零保护的要求作短路验算。 (5)水电站接地装置应构成均衡电位接地系统。在大接地短路电流系统中，当电网发生单相接地或同点两相接地故障时，产生的接触电位差和跨步电势差不应超过下列数值：  小接地短路电流系统中，在发生接地短路时，如果不是立即切除故障，其接触电势和跨步电势不应超过下列数值： Ej=50+0.05ρb Ek =50+0.2ρb (6)现大多数电站保护接地和工作接地共用一个系统，大接地短路电流系统一般电阻率地区要求接地电阻 2 早期投运水电站接地系统现状大多数水电站建设在山区河流的峡谷地区，位处坚固的岩石基础上。接地一方面受到地形的限制，另一方面由于地电阻率极高，因而造成了相当大的困难，加之早期投运水电站接地大多采用40×5截面较小的镀锌扁钢，经过长期运行，锈蚀、腐蚀严重，有的已经断裂，影响整体接地效果。尤其是在旱季土壤干燥，电阻率增高，导致接地电阻值增大，影响全厂接地效果，对设备和人身的安全造成威胁。 3 高电阻率接地系统改造的误区鉴于部分高电阻率早期建设水电站接地系统面临的现状，业主大多请设计单位对接地系统的现状进行专项研究，论证接地系统改造的必要性。笔者经过调查研究发现，一些设计人员存在着盲目地以实测接地电阻值与规程规范要求的接地电阻允许值进行比较来作为接地系统能否保证设备及人身安全运行的标准，而忽略了高土壤地区在对可能将接地网的高电位引向厂、所外，或将低电位引向厂、所内的设施，应采取隔离接地电位措施。考虑短路电流非周期分量的影响，并且当接地网电位升高时，在发电厂、变电所内的3～10 kV阀型避雷器不应动作的情况下，经过验算接触电势和跨步电势如果能达到要求可暂不改造，为项目业主节约资金。下面以华能太平驿电站接地系统为实例进行具体论述。 4 太平驿水电站接地系统改造复核方案太平驿电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内的长江一级支流岷江干流上，电站采用低闸引水式开发，主要任务为发电。电站装机260 MW， 1991年7月1日，电站主体工程开工，至1996年3月，电站全部竣工投产发电。“5·12”地震后，电站受到一定影响，通过局部修复处理后，目前电站处于正常运行状态。 该电站为地下厂房，厂区的岩石电阻率非常高，且为大接地短路电流系统，电站的保护接地和工作接地共用一套接地系统，因厂区和坝区距离较远，故厂区和坝区分为两个独立的接地系统。电站原接地系统在主厂房、主变压器洞、10 kV配电装置洞、尾水洞、排风洞、220 kV和110 kV开关站辅设人工接地网以及在河滩布置引外垂直接地井，主网采用40×5镀锌扁钢。全厂接地系统经过20多年的运行，锈蚀、腐蚀严重，加之 “5·12”地震的破坏，整个接地系统效果受到影响，通过检测测得接地电阻R=0.918 Ω，未满足R≤0.5 Ω的要求。根据收资和现场调查，该电站将接地网的高电位引向厂、所外，或将低电位引向厂、所内的设施，采取隔离接地电位措施，但考虑短路电流非周期分量的影响，并且当接地网电位升高时，发电厂、变电所内的3～10 kV阀型避雷器不应动作，满足要求。鉴于此种情况，接地系统是否需要改造，应结合新的电力系统参数计算短路电流后，复核接触电势和跨步电势是否满足要求，并校核接地装置的热稳定容量。 4.1 接触电势的校核 4.1.1 接触电位差允许值 在大接地短路电流系统中，当电网发生单相接地或同点两相接地故障时，产生的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值：  根据实测加权平均电阻率ρb为620 Ωm，t为主保护动作时间加相应的断路器全分闸时间0.085 s。  t为主保护动作时间加相应的断路器全分闸时间对220 kV母差保护动作t1=7 ms，线路保护动作t1=26 ms，主变压器差动t1=60 ms；分闸t2=20 ms，保护出口继电器t3=5 ms，取大者故总t=t1+t2+t3=60+20+5=85 ms。 4.1.2 接触电位差计算值 在发生接地短路时，接地网地表面的最大接触电位差Ejm=KjEw 当均压带为不等间距离布置时，Kj= Kjh Kjn Kjd KjsKjmKjL Kj= KjhKjnKjdKjsKjmKjL=0.05 EW=IR 计算用入地短路电流取当在厂、所内或外发生单相接地短路时的较大电流值I=3 472 A，太平驿电站测得开关站接地阻抗R=0.918 Ω。 Ejm=KjEw= KjIR=159.36(V) 由以上计算结果159.36 V<958.33>V，故接触电势满足要求。 4.2 跨步电势的校核 4.2.1 跨步电位差允许值 t为主保护动作时间加相应的断路器全分闸时间为0.085 s。  4.2.2 跨步电位差计算值 在发生接地短路时，接地网外地表面的最大跨步电位差Ekm=KkEw 当均压带为不等间距离布置时，Kk= KkhKknKkdKksKkmKkL Kk= KkhKknKkdKksKkmKkL=0.048 Ekm=KkEw=KkIR=152.99 V 由以上计算结果152.99 V<2 085.42=""> 4.3 接地装置的热稳定容量计算 太平驿电站所有接地线材料采用扁钢，且最小接地扁钢为敷设在电缆沟壁的40×5规格。 根据热稳定条件，接地线材料为钢、铜或铝材的最小截面应按
 Sjd=200 mm>56.12 mm，因此太平驿电站接地线材料满足热稳定容量计算。 4.4 结论及建议 由以上计算结果可知太平驿电站，接地线材料热稳定容量、接触电势、跨步电势均满足要求。虽然因该电站所处区域接地电阻达不到0.5 Ω，但验算接触电位差、跨步电位差满足允许值，可不进行大规模的接地系统改造。但建议采取一些简单经济的措施如辅设局部均压带、沥青路面等。该电站运行期间，应定期对接地电阻进行测量，并对接地均压网的接触电位差、跨步电位差进行实测。 5 结 语为了确保人身及设备在正常和事故情况下的安全，电气设备需要进行保护接地和工作接地，此外还要为导泄雷电流应装设过电压保护接地。不同短路电流系统对接地电阻有着不同的要求，但往往高电阻率地区早期投运的电站由于接地系统的老化，实测电阻率不能达到要求，是否对接地系统进行改造？要根据具体情况而定。随着水电站“无人值班”少人值守运行模式的普及，甚至是远程控制的实施，对水电站运行的安全性也提出了更高的要求。早期修建的水电站由于接地系统的损坏以及一些新建的高电阻地区的电站都面临着接地电阻值难以降低的问题，在对接地系统设计复核时应综合各方面因素，深入研究提出经济可靠的方案。 参考文献： [1] 水力发电厂接地设计技术导则，《DL/T》509 [2] 水电站机电设计手册电气一次 (责任编辑：卓政昌) 收稿日期：2017-06-05 中图分类号：P631.3+22；[TM622]；U264.7+4 文献标识码：B 文章编号：1001-2184(2017)03-0133-02 作者简介： 郑贤宇(1982-)，女，四川成都人，毕业四川理工学院计算机科学与技术专业，工程师，学士，从事水电站电气设计工作. |
|
|
进行计算。
