论文部分内容阅读
摘要：文章通过对具体水电站的具体分析，阐述了进行水电站接地降阻改造的有效措施。
关键词：水电站；接地降阻；改造措施
中图分类号：TV7 文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济技术的高速发展，各种大型水电站也在不断的建设之中，为例能是它们更好地发挥发电的功能，我们要做好各种防雷接地降阻的改造工作。
1、入地短路电流的计算和降阻改造的方法
电力系统中可能发生的短路有两类，分别为对称短路和不对称短路。考虑流过接地网的短路电流，主要针对单相短路、两相接地短路和三相短路故障进行计算。短路电流的计算可采用规程法(《水电工程三相交流系统短路电流计算导》DL／T 5163-2002)。
仅仅计算出短路电流还不足以确定系统的入地短路电流，因此就无法确定电站接地网应满足的接地电阻要求。当系统发生接地故障时，并不是全部的短路电流都通过电站接地网流人大地，其中一部分电流会通过电站接地网直接流回电源的中性点，还有一部分电流会通过“避雷线一杆塔”人地。因此计算入地短路电流转化为在短路电流的基础上求取避雷线分流系数的问题。
最后根据短路电流及分流系数的计算结果可得到站内和站外短路时的人地短路电流，，即：
Id=Is×(1-k)，Is为短路电流，k为分流系数。
近年来，发电厂容量的不断扩大、人地短路电流不断增加，这就对接地网的接地阻值提出了更高的要求。因此，人们对降低接地网接地电阻的方法进行了许多的研究和实验，研究出了很多降低接地电阻的措施和方法，常用的有扩大接地网面积、引外接地、利用自然接地体、垂直接地极、SZJ空腹式接地装置五种。
① 扩大接地网面积：接地网接地电阻与接地网面积平方根成反比，接地网面积越大，接地电阻也就越低，因此增大接地网面积是降低接地网接地电阻一种行之有效的办法。
②引外接地：将变电站主接地网与主接地网区域以外某一低土壤电阻率区域敷设的辅助接地网相连达到降低整个接地系统接地电阻的目的。
③利用自然接地体：在设计发电厂的地网时充分考虑地网周围的自然接地体，由于这些自然接地体本身就有较低的电阻，把主网与它们相连时，可以有效的将水电站的各部分地网连接成为一个统一的整体，同时降低接地电阻。
④垂直接地极：当电厂及其附近地区地表层土壤电阻率很高，而地下深处土壤电阻率较低或有地下水时，采用垂直接地极对减少接地装置接地电阻的效果十分显著
⑤SZJ空腹式接地装置：SZJ的基本部件是金属接地体，它是一个用0．003m厚的优质钢板，加工成形状近似为半径0．3m，高1．0m的圆筒，其表面全部经过热镀锌处理。
⑥接地模块：非金属接地模块由导电性、稳定性较好的非金属材料和电解物质组成。模块内置有金属极芯，将其与被保护对象地线相接，使入地电流迅速泄放到大地。
⑦ 使用降阻剂：填充电阻率较低的物质或降阻剂是规程推荐的有效方法，如附近有可以利用的低电阻率物质可以因地制宜，综合利用。
2接地电阻偏高的原因分析
以黄花寨水电站为例对其进行现场踏勘和取样分析，黄花寨水电站接地电阻偏高的原因主要有以下两点。
(1)土层薄，地质条件较差。该站所处的土质为风化石土壤，土层较薄，大多地方为岩石，影响了水平接地体和垂直接地体的埋深(其深度一般都达不到设计要求)，为此接地体只能敷设在地表。这就造成了两个不利后果：一是上层较薄土壤土质松散，造成接触电阻大，并且土壤干湿度易变化，易造成接地体接地电阻不稳定；二是上层较薄土壤的含氧量很高，接地体易吸氧腐蚀，使得接地体与周围土壤之间的接触电阻增大。
(2)场地有限，接地面积偏小。该站处在山谷中，厂房后面几乎没有可用于敷设接地装置的场地，接地网面积严重偏小，使得降低接地电阻显得非常困难。
3降低接地电阻的优化措施
该站大坝距厂房不远，设计时考虑将厂房、升压站和大坝的接地装置接成一个统一的接地体，同时在坝前库区布置一个80mX 80m的接地网，共64个网孔。但根据坝区实际情况，坝前库区接地网面积无法满足设计要求，故采取以下优化措施来降低接地电阻。
(1)引外接地体。接地面积是决定接地电阻的主要因素之一，接地网的面积越大，接地电阻就越小。当接地电阻未达到设计要求时，可采HJ将主接地网向前延伸的方法来满足要求。该站在具体制作接地网时将各接地分网用2根铜(钢)母线连接成一个大型完整的复合接地网络。
(2)水下接地。该站可在水下敷设人工接地体来降低接地电阻，但应首先考虑敷设在便于施工、水量丰富、水域宽阔、水位较高的场所，如水库库区、尾水渠、下游河道或附近低电阻率的水源中。
4接地装置的优化方案
该站接地系统的优化设计中，应首先考虑把自然接地体(如主厂房的主钢筋网、引水钢管等)连接成一个可靠的整体，以有效降低接地电阻。但仅依靠自然接地体很难达到设计要求，为此本站以人工接地为主、自然接地为辅来考虑相应的优化降阻措施。最终确定接地装置由厂区接地网、下游电站库区联合尾水接地网、大坝联合取水口接地网组成。
4．1厂区接地网
除充分利用厂房各种自然接地体外，还在升压站旁敷设了人工接地网并将它们可靠连接。厂区接地网面积为700m2。
4．2下游电站库区联合尾水接地网
该站尾水下游是河边电站库区，因此在尾水中敷设了一张不少于16个网孑L的人工接地网，并与主厂房底板连接。下游电站库区接地网面积为8 500m2。
4．3大坝接合取水口接地网
取水口建筑物由1个引水隧洞和3孑L泄洪门组成，各闸房接地体相互连接。进水口前库区敷设人工接地网5 600m2，引水隧洞中敷设人工接地网6 000m2，引水隧洞和泄洪门的自然接地体与厂房接地网相连。
5接地电阻的计算
(1)在有效接地系统和低电阻接地系统中，大接地短路电流系统的水电厂接 ，地装置的接地电阻应满足公式要求：R ≤2000/I (1)
式中：R一考虑到季节变化的最大接地电阻，Q；
I一计算用的流经接地装置的入地短路电流，A。
(2)发电厂、变电所内发生单相接地短路时，流经接地装置的人地短路电流为：
I=(Imax一Iz)×(1一Kn)=1．155kA (2)
式中，Imax为最大接地短路电流，由《接入系统设计》查得其值为4．3kA；Iz为发生最大接地短路时流经发电厂、变电所接地中性点的最大短路电流，經计算为1．694kA；Kn为发电厂、变电所内发生单相接地短路时避雷线的工频分流系数，取0．557。
(3)发电厂、变电所外发生单相接地短路时，流经接地装置的人地短路电流为：
I=(Imax一Iz)×(1一Kn)=1．389 kA (3)
式中，Kn为发电厂、变电所外发生单相接地短路时避雷线的工频分流系数，取0．18。
最后，取人地短路电流的较大值代入式(1)得R≤1．44Ω。
6接地电阻的测量
接地装置设计能否满足运行要求是关系到电站安全运行的重大问题，为此在第一台机组投运前对电站接地装置的接地电阻进行了测量。本次测量采用交流电压、电流直线法，电源电压为380V，正反极性，经30kVA隔离变压器供电。
(1)电流线采用6mm2铜芯塑料线沿水电站向上敷设，直线距离为1 100m，是接地网最大对角线的5倍，满足测试导则中4～5倍对角线的规定。电流接地极由通过长20m的24mm2扁铜线连接的5根1．5m角钢组成一个闭合网后打人公路旁地中构成，为一个临时测试接地网。
(2)电压线采用1．5mm2铜芯塑料线沿电流接地极水平方向布置，电流线和电压线之间的距离不小于lm。电压接地极由1根长lm的60mmX 60mmX4mm角钢打入地中构成，沿电流线直线方向上有L1(118m)、L2(124m)、L3(130m)3处。
(3)测试方向时，以大坝接地引下线为第一测试点来校验接地网接地电阻测量工程零电位点的正确性。经测试，3点之间的误差小于5％，符合测试规律，表明工程零电位点的选择是正确的。零电位点校准完成后，在设置好电压极后对大坝接地引下线、厂房接地引下线及升压站等点的接地电阻进行测量。
结语
我国水电站由于接地系统故障而导致事故的现象时有发生，通过本文的研究，我们得出了水电站接地系统改造的步骤、方法。当然我们也发现水电站接地系统主要存在以下两方面的问题：一是接地系统腐蚀问题；二是施工缺乏监督问题。对于接地系统腐蚀问题，我们必须因地制宜，采取一系列的防腐蚀措施。对于施工中存在的问题，我们应该加强监督和监管。只有做好了这两个方面的工作，才能提高接地系统的质量，提高电力系统运行的安全性和可靠性。
参考文献：
[1] 鲁志伟，史艳玲，文习山. 垂直分层土壤中接地土壤中接地电阻的测量及其误差分析[J].高电压技术，2001, 27(3): 36-38.
[2] 彭向阳，文习山. 大型水电站接地网接地电阻的初步计算[J]. 中国电力，1997, 30(7): 10-13.
[3] 李中新，袁建生，张丽萍．变电站接地网模拟计算[J]．中国电机工程学报, 1999, 19(5): 76-79.
关键词：水电站；接地降阻；改造措施
中图分类号：TV7 文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济技术的高速发展，各种大型水电站也在不断的建设之中，为例能是它们更好地发挥发电的功能，我们要做好各种防雷接地降阻的改造工作。
1、入地短路电流的计算和降阻改造的方法
电力系统中可能发生的短路有两类，分别为对称短路和不对称短路。考虑流过接地网的短路电流，主要针对单相短路、两相接地短路和三相短路故障进行计算。短路电流的计算可采用规程法(《水电工程三相交流系统短路电流计算导》DL／T 5163-2002)。
仅仅计算出短路电流还不足以确定系统的入地短路电流，因此就无法确定电站接地网应满足的接地电阻要求。当系统发生接地故障时，并不是全部的短路电流都通过电站接地网流人大地，其中一部分电流会通过电站接地网直接流回电源的中性点，还有一部分电流会通过“避雷线一杆塔”人地。因此计算入地短路电流转化为在短路电流的基础上求取避雷线分流系数的问题。
最后根据短路电流及分流系数的计算结果可得到站内和站外短路时的人地短路电流，，即：
Id=Is×(1-k)，Is为短路电流，k为分流系数。
近年来，发电厂容量的不断扩大、人地短路电流不断增加，这就对接地网的接地阻值提出了更高的要求。因此，人们对降低接地网接地电阻的方法进行了许多的研究和实验，研究出了很多降低接地电阻的措施和方法，常用的有扩大接地网面积、引外接地、利用自然接地体、垂直接地极、SZJ空腹式接地装置五种。
① 扩大接地网面积：接地网接地电阻与接地网面积平方根成反比，接地网面积越大，接地电阻也就越低，因此增大接地网面积是降低接地网接地电阻一种行之有效的办法。
②引外接地：将变电站主接地网与主接地网区域以外某一低土壤电阻率区域敷设的辅助接地网相连达到降低整个接地系统接地电阻的目的。
③利用自然接地体：在设计发电厂的地网时充分考虑地网周围的自然接地体，由于这些自然接地体本身就有较低的电阻，把主网与它们相连时，可以有效的将水电站的各部分地网连接成为一个统一的整体，同时降低接地电阻。
④垂直接地极：当电厂及其附近地区地表层土壤电阻率很高，而地下深处土壤电阻率较低或有地下水时，采用垂直接地极对减少接地装置接地电阻的效果十分显著
⑤SZJ空腹式接地装置：SZJ的基本部件是金属接地体，它是一个用0．003m厚的优质钢板，加工成形状近似为半径0．3m，高1．0m的圆筒，其表面全部经过热镀锌处理。
⑥接地模块：非金属接地模块由导电性、稳定性较好的非金属材料和电解物质组成。模块内置有金属极芯，将其与被保护对象地线相接，使入地电流迅速泄放到大地。
⑦ 使用降阻剂：填充电阻率较低的物质或降阻剂是规程推荐的有效方法，如附近有可以利用的低电阻率物质可以因地制宜，综合利用。
2接地电阻偏高的原因分析
以黄花寨水电站为例对其进行现场踏勘和取样分析，黄花寨水电站接地电阻偏高的原因主要有以下两点。
(1)土层薄，地质条件较差。该站所处的土质为风化石土壤，土层较薄，大多地方为岩石，影响了水平接地体和垂直接地体的埋深(其深度一般都达不到设计要求)，为此接地体只能敷设在地表。这就造成了两个不利后果：一是上层较薄土壤土质松散，造成接触电阻大，并且土壤干湿度易变化，易造成接地体接地电阻不稳定；二是上层较薄土壤的含氧量很高，接地体易吸氧腐蚀，使得接地体与周围土壤之间的接触电阻增大。
(2)场地有限，接地面积偏小。该站处在山谷中，厂房后面几乎没有可用于敷设接地装置的场地，接地网面积严重偏小，使得降低接地电阻显得非常困难。
3降低接地电阻的优化措施
该站大坝距厂房不远，设计时考虑将厂房、升压站和大坝的接地装置接成一个统一的接地体，同时在坝前库区布置一个80mX 80m的接地网，共64个网孔。但根据坝区实际情况，坝前库区接地网面积无法满足设计要求，故采取以下优化措施来降低接地电阻。
(1)引外接地体。接地面积是决定接地电阻的主要因素之一，接地网的面积越大，接地电阻就越小。当接地电阻未达到设计要求时，可采HJ将主接地网向前延伸的方法来满足要求。该站在具体制作接地网时将各接地分网用2根铜(钢)母线连接成一个大型完整的复合接地网络。
(2)水下接地。该站可在水下敷设人工接地体来降低接地电阻，但应首先考虑敷设在便于施工、水量丰富、水域宽阔、水位较高的场所，如水库库区、尾水渠、下游河道或附近低电阻率的水源中。
4接地装置的优化方案
该站接地系统的优化设计中，应首先考虑把自然接地体(如主厂房的主钢筋网、引水钢管等)连接成一个可靠的整体，以有效降低接地电阻。但仅依靠自然接地体很难达到设计要求，为此本站以人工接地为主、自然接地为辅来考虑相应的优化降阻措施。最终确定接地装置由厂区接地网、下游电站库区联合尾水接地网、大坝联合取水口接地网组成。
4．1厂区接地网
除充分利用厂房各种自然接地体外，还在升压站旁敷设了人工接地网并将它们可靠连接。厂区接地网面积为700m2。
4．2下游电站库区联合尾水接地网
该站尾水下游是河边电站库区，因此在尾水中敷设了一张不少于16个网孑L的人工接地网，并与主厂房底板连接。下游电站库区接地网面积为8 500m2。
4．3大坝接合取水口接地网
取水口建筑物由1个引水隧洞和3孑L泄洪门组成，各闸房接地体相互连接。进水口前库区敷设人工接地网5 600m2，引水隧洞中敷设人工接地网6 000m2，引水隧洞和泄洪门的自然接地体与厂房接地网相连。
5接地电阻的计算
(1)在有效接地系统和低电阻接地系统中，大接地短路电流系统的水电厂接 ，地装置的接地电阻应满足公式要求：R ≤2000/I (1)
式中：R一考虑到季节变化的最大接地电阻，Q；
I一计算用的流经接地装置的入地短路电流，A。
(2)发电厂、变电所内发生单相接地短路时，流经接地装置的人地短路电流为：
I=(Imax一Iz)×(1一Kn)=1．155kA (2)
式中，Imax为最大接地短路电流，由《接入系统设计》查得其值为4．3kA；Iz为发生最大接地短路时流经发电厂、变电所接地中性点的最大短路电流，經计算为1．694kA；Kn为发电厂、变电所内发生单相接地短路时避雷线的工频分流系数，取0．557。
(3)发电厂、变电所外发生单相接地短路时，流经接地装置的人地短路电流为：
I=(Imax一Iz)×(1一Kn)=1．389 kA (3)
式中，Kn为发电厂、变电所外发生单相接地短路时避雷线的工频分流系数，取0．18。
最后，取人地短路电流的较大值代入式(1)得R≤1．44Ω。
6接地电阻的测量
接地装置设计能否满足运行要求是关系到电站安全运行的重大问题，为此在第一台机组投运前对电站接地装置的接地电阻进行了测量。本次测量采用交流电压、电流直线法，电源电压为380V，正反极性，经30kVA隔离变压器供电。
(1)电流线采用6mm2铜芯塑料线沿水电站向上敷设，直线距离为1 100m，是接地网最大对角线的5倍，满足测试导则中4～5倍对角线的规定。电流接地极由通过长20m的24mm2扁铜线连接的5根1．5m角钢组成一个闭合网后打人公路旁地中构成，为一个临时测试接地网。
(2)电压线采用1．5mm2铜芯塑料线沿电流接地极水平方向布置，电流线和电压线之间的距离不小于lm。电压接地极由1根长lm的60mmX 60mmX4mm角钢打入地中构成，沿电流线直线方向上有L1(118m)、L2(124m)、L3(130m)3处。
(3)测试方向时，以大坝接地引下线为第一测试点来校验接地网接地电阻测量工程零电位点的正确性。经测试，3点之间的误差小于5％，符合测试规律，表明工程零电位点的选择是正确的。零电位点校准完成后，在设置好电压极后对大坝接地引下线、厂房接地引下线及升压站等点的接地电阻进行测量。
结语
我国水电站由于接地系统故障而导致事故的现象时有发生，通过本文的研究，我们得出了水电站接地系统改造的步骤、方法。当然我们也发现水电站接地系统主要存在以下两方面的问题：一是接地系统腐蚀问题；二是施工缺乏监督问题。对于接地系统腐蚀问题，我们必须因地制宜，采取一系列的防腐蚀措施。对于施工中存在的问题，我们应该加强监督和监管。只有做好了这两个方面的工作，才能提高接地系统的质量，提高电力系统运行的安全性和可靠性。
参考文献：
[1] 鲁志伟，史艳玲，文习山. 垂直分层土壤中接地土壤中接地电阻的测量及其误差分析[J].高电压技术，2001, 27(3): 36-38.
[2] 彭向阳，文习山. 大型水电站接地网接地电阻的初步计算[J]. 中国电力，1997, 30(7): 10-13.
[3] 李中新，袁建生，张丽萍．变电站接地网模拟计算[J]．中国电机工程学报, 1999, 19(5): 76-79.