百龙滩水电站接地装置设计、施工和接地电阻测量
张 宏，王 芳，李远平
广西电力工业勘察设计研究院，广西 南宁 530023
1 概况
百龙滩水电站是目前国内装机容量最大的贯流式机组电站，安装有6台单机容量为32 MW的灯泡贯流式机组，以220 kV和110 kV两级电压接入广西主电网，220 kV出线三回，110 kV出线一回。电站接地装置由开关站、大坝、厂房、溢流坝等四大部分以及上、下游库区放射状接地干线构成，接地装置的总投影面积为53 676 m2。
2 设计原则
按接地装置内、外发生接地故障时，经接地装置流入地中的最大短路电流所造成的接地电位升高及地面的电位分布不致于危及人员和设备的安全，将电站范围的接触电位差和跨步电位差限制在安全值之内的原则，进行本电站接地装置的设计。
3 接地电阻值的确定
本电站接地装置的接地电阻值按满足接地装置内、外发生接地故障时，允许的接地电压、接触电位差和跨步电位差进行确定。根据《交流电气装置的接地》(DL/L621-1997)的要求和计算，电站接地装置的接触电位差不应超过479.7 V，跨步电位差不应超过818.7 V；对有效接地系统，按 确定的接地电阻值详见表1。
表1 电站接地装置接地电阻计算结果表
接地短路点
分流系统
入地短路电流
kV
接地电阻值R
Ω
在电站接地网内
0.506 1
2.418 1
0.826 9
在电站接地网外
0.153 9
2.101 0
0.951 9
考虑到水电站地层结构比较复杂，接地装置分布范围较广，为了安全起见，在尽量不增加接地材料的前提下，要求电站接地装置的接地电阻R≤0.5Ω。
4 接地装置的设计
本电站的接地可分为保护接地、工作接地、雷电保护接地和防静电接地。按照均衡电位接地的要求，除绝缘油库避雷针有独立的接地装置外，全厂的保护、工作、雷电保护和防静电接地均连成一个总接地装置，接地电阻应符合其中最小值的要求，并采取加强分流和均压措施均衡电位。根据枢纽的自然环境条件及建筑物的布置，总接地装置由开关站、大坝、厂房、溢流坝等四大部分以及上、下游库区放射状接地干线构成，接地装置的投影面积为53 676 m2，其中大坝及厂房为26 055 m2，开关站为11 121 m2，溢流坝16 500 m2，放射状接地干线总长1 590 m。除开关站接地装置和上、下游接地干线采用人工接地体外，其余部分的接地装置主要是利用水工建筑物的表层钢筋、金属门槽、各种钢管等自然接地体焊接而成。各部分接地网之间通过不少于两根的干线连成一个整体。
为了提高人体允许的接触电位差、跨步电位差，在110 kV、220 kV开关站的主要交通道、经常有人活动的设备周围铺设沥青地面，将通过人体的电流限制在安全限度内。
为了减少对计算机监控系统的电磁干扰，要求该系统的直流地采用一点接地方式，与总接地装置保持等电位。根据日方供货商的要求，计算机监控系统的接地电阻值要求不大于10 Ω。
5 接地装置的施工
由于百龙滩电站水工建筑物和电力设备的布置范围较广且施工工期较长，接地装置的施工存在范围大且时间周期长的特点，较难保证地网的施工质量。百龙滩电站接地装置施工常碰见的几个问题有：
(1)引出接地线被埋没或毁坏，导致地网的连接不够准确可靠。这在开关站地网的施工中显得尤为突出。由于厂房开挖石碴无处堆放而回填在开关站中，开关站实际上敷设了双层接地网，一层布置在原状土中，一层布置在回填石碴上。下层地网上引抽头采用Φ25水煤气管代替Φ16钢管以增加钢度，同时增加向开关站四周的外引抽头，以便堆碴完毕后，再引回上层均压网及设备构架，虽然做了以上预防措施，但由于堆碴过深，有的地方深达几米，一些抽头无法保护，极大部分被埋掉，包括集中垂直接地极的引出线。堆碴后，作为补救措施，在开关站的避雷针、避雷器处用钻机钻了10 m或15 m的孔9个作深埋垂直接地极，与上层地网及避雷针、避雷器相连。开关站及溢流坝向主地网的引出连接线由于所经路径较长，地形复杂，没有很好挖沟深埋，个别连接线被锯断偷盗。作为遗留工程，应把这些连接线埋深0.6 m以上。
(2)引出接地线所涂红丹漆颜色变淡与普通混凝土钢筋混淆，有的甚至被误烧掉，造成了地网块与块之间连接的困难。产生这个问题的原因一是施工间隔过长；二是一些土建民工缺乏相应知识。为此采取了以下措施：①抽头尽量按设计图位置引出，这样辩认起来有据可依；②保证接地施工人员的连贯性，尽量安排相同的人来完成接地的工作；③多涂几道红丹漆；④加强监督检查，土建在焊接钢筋时尤其注意。
(3)施工管理中不太重视接地装置质量工作，在施工中出现以下方面问题：
①形成主网格地线时，有的网格点漏焊或网格地线正交时的“L”塔接圆钢随便在现场捡用，没有保证焊接长度；
②扁钢与扁钢的焊接长度小于宽度的2倍，圆钢与扁钢的焊接长度小于圆钢直径的6倍，圆钢与圆钢的焊接长度小于圆钢直径的6倍，地线跨越沉陷缝没有设“Ω”型补偿连接等。
为了克服以上问题，除了要求接地施工人员为专业性人员，提高其对接地重要性的认识外，要求每块地网都由监理检查合格并出具合格证后方能浇筑混凝土。
(4)由于抢进度等原因，土建施工与机电施工配合不好，出现个别地线漏埋。如沿下游航道左侧的接地干线在浇混凝土时就漏埋了，只好明敷在混凝土面上，这对接地干线的固定及保护都极为不利，很容易被水流冲断。
(5)上、下游库区放射状接地干线的固定不好。有4根干线直接敷于开挖面上，且多为岩石面，固定较困难。设计要求每隔5 m打插筋固定，施工单位只在端部固定10点，其余根据现场情况选择固定点，这样固定很难确定、检查、判断固定情况。这种隐蔽工程应严格执行规范，加强对接地线的固定。
虽然百龙滩接地装置的施工存在着不少困难及问题，但通过施工、设计、监理等单位的努力，还是较好地完成了施工任务，接地电阻经实测满足设计要求。
通过百龙滩接地装置的施工总结，做好接地装置要搞好三方面工作：(1)提高对接地重要性的认识，严格按设计、规范施工；(2)加强对接地线、接地抽头的保护；(3)加强检查，严格执行合格证制度。
6 接地电阻的测量
接地电阻分别测量了3次，均利用都安110 kV架空出线作为电流和电压线。前两次只采用了工频电流——电压法测量，接地电阻分别为1.4 Ω和1.6 Ω～1.9 Ω，距设计要求的0.5 Ω差别太大。为保证电厂运行的安全，较准确地确定接地装置的接地电阻，由安装公司和监理处组织，特邀了广西大学有关专家及业主、设计、电厂等有关人员参加，对电站的接地电阻进行了第3次测量，测量方法主要采用工频电流电压法，并利用电厂存储示波器测量电流与电压的相位，通过计算，扣除架空线路互感对测量结果的影响，以减少测量误差，同时也采用了直流电流电压法。
6.1 测试方法
测试原理接线图见图1。
(a)直流电流电压法
(b)工频电流电压法
图1 测试原理接线图
6.2 测量结果
(1)直流电流电压法(电源电压48 V)测量结果见表2。
表2 直流接地电阻
电流方向
IDC
A
UDC
V
RDC
Ω
正 向
6.59
2.62
0.40
6.56
2.61
0.40
反 向
6.56
3.11
0.47
6.53
3.12
0.48
直流接地电阻平均值为0.44 Ω。
(2)工频电流电压法(电源电压410 V)测量结果见表3。
表3 工频接地电阻
序号
IAC
A
UAC
V
RAC
Ω
1
41.55
71.3
1.72
2
42.00
71.9
1.71
3
42.00
74.6
1.78
4
42.00
73.8
1.76
5
42.30
71.3
1.69
交流接地电阻平均值为1.73 Ω(未扣除互感的影响)。
(3)电流电压录波图，见图2。
图2 电流电压录波图
6.3 架空线互感影响计算
采用工频电流电压法测量接地电阻时，由于测量线路较长，电流线在电压线上产生的互感电势很大，对测量成果影响也很大，为得到更符合实际的结果，必须从交流接地电阻中扣除互感电势的影响。
由图2可得到：U落后E β=115°
工频法计算电流回路阻抗：
直流法计算电流回路阻抗：
则电流I落后电源电压E：
=41.4°
所以，U落后I：α=β-θ=115°-41.4°
=73.6°
扣除互感影响后的接地装置接地电阻应为：
R=RAC×cos73.6°=0.49 Ω
电流电压相量图如图3所示
图3 电流电压相量图
6.4 分析与结论
测量和计算结果见表4。
表4 接地电阻测量和计算结果汇总表
测量方法
测量值RAC
Ω
互感M
Ω
接地电阻
Ω
直流法
0.44
0
0.44
工频法
1.73
0.005 28
0.49
由上表可见，直流电流电压表法不存在互感的影响，但直流电对土壤的电解作用，也会带来一定的测量误差；工频电流电压法测量，按电流电压相位角计算，从理论上讲是比较准确的，测量结果也较接近直流电流电压法的结果，但由于此次测量时电流I的相位与通过电压向量推出的电流I相位不一致，故用此方法计算也存在一定的不确定因素。
综上所述，直流电流电压法和工频电流电压法中的计算得到的接地电阻值分别为0.44 Ω和0.49 Ω，结果比较接近，具有较高的可信度。但为安全起见，我们用未扣除互感的接地电阻RAC(=1.73 Ω)对电厂接地网接触电势和跨步电压进行复核，其结果如下：开关站的最大接触电势为274.8 V,最大跨步电压为85.8 V，分别小于设计允许的接触电势和跨步电压值。因此，百龙滩水电厂的接地装置接地电阻是满足设计要求的，可以保证电厂的安全运行。
7 小结
(1)对大电流接地系统，一般情况下，接地装置的接地电阻应满足 的要求，当接地电阻满足不了上述要求时，可采取均压和隔离措施，当接触电势和跨步电压及隔离措施满足《交流电气装置的接地》规程的有关要求时，也可保证电站的安全运行。
(2)在利用架空线路进行接地电阻测量时，由于电压线与电流线共杆，其平行距离一般达3 km～5 km，这时必须考虑电流线对电压线互感的影响，否则，测量出来的接地电阻会偏大。互感的计算方法较为复杂，其计算的准确度直接影响接地电阻的大小，本文提供的计算方法虽在一定程度上考虑了互感的影响，但其计算误差还有待于进一步研究和实际工程验证。
参考文献：
[1] [2] 下一页
|
网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！）
