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【摘 要】文章结合水力发电厂接地设计的重要性及设计原则，论述了接地网设计的要点、接地电阻的构成、水力发电厂降阻措施等，并结合工程实践，阐述了水力发电厂接地的设计。
【关键词】水力发电厂；接地电网设计；接地电阻；一点接地
水力发电厂接地系统的合理与否直接关系到人身和设备安全。在我国，随着电力系统规模的不断扩大，水力发电厂的地质情况复杂，接地系统的设计越来越复杂。水力发电厂接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。工作接地即为电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地；保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地；雷电保护接地即为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。当前，电力系统容量的不断增加，短路电流也不断增大，同时，土地资源的紧张也要求站址面积小型化，这些都对水力发电厂接地设计提出了较高的要求。因此，水力发电厂接地网安全除了对接地阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。
1.水力发电厂接地设计的必要性及原则
1.1接地设计的必要性
水力发电厂的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及水力发电厂维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高。如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、水力发电厂监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。
1.2接地设计的原则
随着电力系统规模的不断扩大，水力发电厂各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施；考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏，应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。因此，人们普遍认为，110kV及以上变电所中，接地电阻值小于0.5Ω的合格，大于0.5Ω就是不合格，不管短路电流有多大都不必采取措施，这是不合理的。水力发电厂接地网设计时应遵循以下原则：
（1）尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网。
（2）尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形。
（3）应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。
2.接地网设计的要点
（1）接地网的接地电阻主要与接地网的面积有关。加在地网上的2～3m的垂直接地极，对减小接地电阻的作用不大，一般仅在避雷器、避雷针（线）等处作加强集中接地散泄雷电流用或为稳定地网在中间或外缘增设几个。
（2）接地网孔大于16个（均压要求除外），接地电阻减小很慢，对大型接地网，网孔个数也不宜大于32个。过分增加均压带根数并不能无限制的减小最大接触系数，实验研究最大接触系数最多只能减小到0.1～0.15。
（3）接地网埋深达一定时，接地电阻减小很慢，一般取0.6～0.8m。
（4）在小面积地网内，采用置换或化学方法改善接地体附近的高土壤电阻率，对减小接触电阻有效果，对减小接地电阻作用不大。
（5）接地网的四角做成圆弧形可以显著改善接地网外直角处的跨步电势。
3.水力发电厂降阻措施
3.1水力发电厂接地电阻
规范中严格规定电力系统各种接地装置的电阻值，接地网的设计就是以此为目标值。接地网的电阻由以下几个部分构成：接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关；接地体本身的电阻，其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关；接地体表面与土壤的接触电阻，其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关；从接地体开始向远处（20米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电阻。决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。
接地电阻虽由四部分构成，但前两项所占接地电阻值的比例甚微，起决定作用的是接触电阻及散流电阻。
3.2水力发电厂降阻措施
了解接地网电阻构成，在设计中可以在主要影响接地网电阻的环节采取相应的措施，以降低接地网的电阻值的目的。一个接地网的接地电阻的大小，由公式R=ρε/C可以看出，降低接地电阻有以下两种途径，一是增大接地体几何尺寸，以增大接地体的电容C；二是改善地质电学性质，减小土壤的电阻率和介电系数ε。水力发电厂电气接地装置主要敷设以水平接地极为主的人工接地网，人工接地网的外缘闭合，各角做成圆弧形，土壤电阻率ρ和地网面积S是影响接地电阻的主要因素，了解这些原因有利于针对不同情况因地制宜改善接地装置。
在实际工程中常用降阻措施有：采取不等间距布置来均衡地网电位；电位隔离；利用地质钻孔埋设长接地极；水平接地带换土与加降阻剂交替使用；长垂直接地极加降阻剂；利用地下水的降阻作用；引外接地；所内超深井接地；利用架空地线杆塔接地系统。
以上方法均有成功经验，在工程中可以根据具体情况进行选择。
4.工程实践
110kV株树桥水力发电厂站址场地层主要由耕表土和卵石层组成，其中耕表主要由粘土组成，层厚为0.15～0.60m。卵石层主要由砂岩卵石组成，层厚7.40～10.33m。土壤电阻率平均值ρ=650Ω·m。针对这一实际的区域地质实况，在接地网设计过程中，站内除采用-50mm×5m热镀锌扁钢敷设5m×5m的水平网格作为基础地网和埋设∠50×5×2500热镀锌角钢垂直接地体外，还采取接地深井配合降阻剂措施，即在水力发电厂围墙4个角，设置4孔Φ150mm×30m接地深井，同时在水力发电厂围墙中间，距离水力发电厂围墙1m处设置4孔Φ150mm×20m接地深井，接地深井内埋设Φ50×5mm×30m（20m）热镀锌钢管做垂直接地体，垂直接地体埋深0.8m。每孔接地深井内采用压力灌浆工艺灌注3000kg优质稀土物理长效降阻剂。同时，使用50×5mm热镀锌扁钢做接地连接导体，将垂直接地体与常规敷设的接地网水平接地体焊接，并在焊接部位做防腐处理。接地连接导体埋深0.8m，每米添加20kg优质稀土物理长效降阻剂。
该接地网完工后接地电阻测量为0.7欧姆，满足设计要求值。在地质条件较差的区域，采用多种措施相结合降低其接地电阻值是十分有效的。
5.结语
接地网的设计要根据区域的地质条件，采取不同的降阻措施，以最高性能价格比来设计其接地网，同时应采用新技术和新材料。接地技术是一门多学科的综合技术，故在今后的工作中去研究，在实践中不断探索，以使其更加趋于完善，保证水力发电厂设备的安全稳定运行。
参考文献：
[1] 电力系统接地技术研究进展[J].电力建设，2004.
[2] 杨子仪.当前发电厂、变电所接地网设计综述[J].北京：电气设计技术，2000，（3）.
[3] 谢伟民.变电站电气接地技术分析[J].中国高新技术企业，2010，（4）.
[4] 鲁文青，韩三峰.降低接地网接地电阻应经济合理[J].科技经济市场，2007，（11）.
【关键词】水力发电厂；接地电网设计；接地电阻；一点接地
水力发电厂接地系统的合理与否直接关系到人身和设备安全。在我国，随着电力系统规模的不断扩大，水力发电厂的地质情况复杂，接地系统的设计越来越复杂。水力发电厂接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。工作接地即为电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地；保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地；雷电保护接地即为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。当前，电力系统容量的不断增加，短路电流也不断增大，同时，土地资源的紧张也要求站址面积小型化，这些都对水力发电厂接地设计提出了较高的要求。因此，水力发电厂接地网安全除了对接地阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。
1.水力发电厂接地设计的必要性及原则
1.1接地设计的必要性
水力发电厂的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及水力发电厂维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高。如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、水力发电厂监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。
1.2接地设计的原则
随着电力系统规模的不断扩大，水力发电厂各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施；考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏，应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。因此，人们普遍认为，110kV及以上变电所中，接地电阻值小于0.5Ω的合格，大于0.5Ω就是不合格，不管短路电流有多大都不必采取措施，这是不合理的。水力发电厂接地网设计时应遵循以下原则：
（1）尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网。
（2）尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形。
（3）应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。
2.接地网设计的要点
（1）接地网的接地电阻主要与接地网的面积有关。加在地网上的2～3m的垂直接地极，对减小接地电阻的作用不大，一般仅在避雷器、避雷针（线）等处作加强集中接地散泄雷电流用或为稳定地网在中间或外缘增设几个。
（2）接地网孔大于16个（均压要求除外），接地电阻减小很慢，对大型接地网，网孔个数也不宜大于32个。过分增加均压带根数并不能无限制的减小最大接触系数，实验研究最大接触系数最多只能减小到0.1～0.15。
（3）接地网埋深达一定时，接地电阻减小很慢，一般取0.6～0.8m。
（4）在小面积地网内，采用置换或化学方法改善接地体附近的高土壤电阻率，对减小接触电阻有效果，对减小接地电阻作用不大。
（5）接地网的四角做成圆弧形可以显著改善接地网外直角处的跨步电势。
3.水力发电厂降阻措施
3.1水力发电厂接地电阻
规范中严格规定电力系统各种接地装置的电阻值，接地网的设计就是以此为目标值。接地网的电阻由以下几个部分构成：接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关；接地体本身的电阻，其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关；接地体表面与土壤的接触电阻，其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关；从接地体开始向远处（20米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电阻。决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。
接地电阻虽由四部分构成，但前两项所占接地电阻值的比例甚微，起决定作用的是接触电阻及散流电阻。
3.2水力发电厂降阻措施
了解接地网电阻构成，在设计中可以在主要影响接地网电阻的环节采取相应的措施，以降低接地网的电阻值的目的。一个接地网的接地电阻的大小，由公式R=ρε/C可以看出，降低接地电阻有以下两种途径，一是增大接地体几何尺寸，以增大接地体的电容C；二是改善地质电学性质，减小土壤的电阻率和介电系数ε。水力发电厂电气接地装置主要敷设以水平接地极为主的人工接地网，人工接地网的外缘闭合，各角做成圆弧形，土壤电阻率ρ和地网面积S是影响接地电阻的主要因素，了解这些原因有利于针对不同情况因地制宜改善接地装置。
在实际工程中常用降阻措施有：采取不等间距布置来均衡地网电位；电位隔离；利用地质钻孔埋设长接地极；水平接地带换土与加降阻剂交替使用；长垂直接地极加降阻剂；利用地下水的降阻作用；引外接地；所内超深井接地；利用架空地线杆塔接地系统。
以上方法均有成功经验，在工程中可以根据具体情况进行选择。
4.工程实践
110kV株树桥水力发电厂站址场地层主要由耕表土和卵石层组成，其中耕表主要由粘土组成，层厚为0.15～0.60m。卵石层主要由砂岩卵石组成，层厚7.40～10.33m。土壤电阻率平均值ρ=650Ω·m。针对这一实际的区域地质实况，在接地网设计过程中，站内除采用-50mm×5m热镀锌扁钢敷设5m×5m的水平网格作为基础地网和埋设∠50×5×2500热镀锌角钢垂直接地体外，还采取接地深井配合降阻剂措施，即在水力发电厂围墙4个角，设置4孔Φ150mm×30m接地深井，同时在水力发电厂围墙中间，距离水力发电厂围墙1m处设置4孔Φ150mm×20m接地深井，接地深井内埋设Φ50×5mm×30m（20m）热镀锌钢管做垂直接地体，垂直接地体埋深0.8m。每孔接地深井内采用压力灌浆工艺灌注3000kg优质稀土物理长效降阻剂。同时，使用50×5mm热镀锌扁钢做接地连接导体，将垂直接地体与常规敷设的接地网水平接地体焊接，并在焊接部位做防腐处理。接地连接导体埋深0.8m，每米添加20kg优质稀土物理长效降阻剂。
该接地网完工后接地电阻测量为0.7欧姆，满足设计要求值。在地质条件较差的区域，采用多种措施相结合降低其接地电阻值是十分有效的。
5.结语
接地网的设计要根据区域的地质条件，采取不同的降阻措施，以最高性能价格比来设计其接地网，同时应采用新技术和新材料。接地技术是一门多学科的综合技术，故在今后的工作中去研究，在实践中不断探索，以使其更加趋于完善，保证水力发电厂设备的安全稳定运行。
参考文献：
[1] 电力系统接地技术研究进展[J].电力建设，2004.
[2] 杨子仪.当前发电厂、变电所接地网设计综述[J].北京：电气设计技术，2000，（3）.
[3] 谢伟民.变电站电气接地技术分析[J].中国高新技术企业，2010，（4）.
[4] 鲁文青，韩三峰.降低接地网接地电阻应经济合理[J].科技经济市场，2007，（11）.