【摘 要】 接地裝置是水電站防雷的主要措施，是確保人身和設(shè)備安全的關(guān)鍵，因此，做好水電站接地設(shè)計工作意義重大。本文針對水電站的實際特點，對電站接地設(shè)計進行了闡述，為水電站的安全運行保駕護航。
【關(guān)鍵詞】 水電站 接地裝置 設(shè)計
隨著我國電力系統(tǒng)電壓水平的不斷提高和系統(tǒng)容量的不斷增大，接地故障電流和發(fā)電站、高壓配電裝置接地網(wǎng)的面積亦不斷增大。接地裝置是電站或變電站電氣設(shè)備中重要的部分，也是設(shè)計工作中的一個重要內(nèi)容。為了保障人員的人身安全，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，避免和減小雷擊的損害，在水電站接地設(shè)計中，要采取經(jīng)濟、可行、合理的接地方案使整個地網(wǎng)的接地電阻滿足要求，將水電站內(nèi)外的接觸電勢、跨步電勢和轉(zhuǎn)移電勢限制在安全值內(nèi)，使電站接地裝置構(gòu)成均衡電位接地系統(tǒng)。
1 接地電阻確定
傳統(tǒng)設(shè)計一般認為，大接地短路電流系統(tǒng)的接地電阻R≤0.5Ω，小接地短路電流系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)接地電阻R≤4Ω則滿足接地電阻要求，而忽視短路電流的大小對接地電阻的影響，這是不恰當(dāng)?shù)�。如，在大接地短路電流系統(tǒng)中，若強硬規(guī)定接地電阻達到0.5Ω則滿足接地要求，當(dāng)電網(wǎng)的接地故障電流I>4000A時，接地電阻按R≤2000/I計算就會小于0.5Ω，此時接地電阻就達不到系統(tǒng)接地要求，短路故障情況下就可能會直接危及人員或設(shè)備安全；或當(dāng)接地故障電流I<4000A，接地電阻就會大于0.5Ω，此時接地安全性能提高，但可能會因此增加了接地裝置的耗材和接地的難度，接地投資提高。因此入地短路電流計算是設(shè)計接地網(wǎng)的基礎(chǔ)，在設(shè)計接地網(wǎng)之前，需按設(shè)計水平年確定電網(wǎng)在非對稱故障情況下最大入地電流值I，采用公式R≤2000/I（大接地短路電流系統(tǒng)）和R≤120/I（小接地短路電流系統(tǒng)）計算對應(yīng)接地系統(tǒng)的接地電阻。
2 接地網(wǎng)型式
水電站的接地網(wǎng)一般由水工建筑物、通航建筑物、電站廠房建筑物、變電站等處的自然接地網(wǎng)和人工接地網(wǎng)組成，各個自然接地網(wǎng)和人工接地網(wǎng)至少用兩根接地干線連接，構(gòu)成全廠的總接地系統(tǒng)。自然接地體主要由泄洪閘壩、船閘、攔污柵、排沙洞、主副廠房等部位的鋼筋網(wǎng)、閘門槽、壓力鋼管、尾水管金屬里襯等鋼構(gòu)件組成，對水工結(jié)構(gòu)中的接地鋼筋網(wǎng)需進行焊接，以保證電氣的連通。當(dāng)利用自然接地體接地，接地電阻不滿足要求時和在高壓配電裝置的場地應(yīng)設(shè)置人工接地網(wǎng)。人工接地網(wǎng)以水平接地體為主，垂直接地體為輔敷設(shè)，設(shè)計應(yīng)盡量降低網(wǎng)內(nèi)的接觸電位差和跨步電壓差。人工接地網(wǎng)外緣閉合，外緣各角做成圓弧形，圓弧半徑不宜小于均壓帶間距的一半，接地網(wǎng)內(nèi)敷設(shè)有水平均壓帶，埋深不小于0.6m。
接地網(wǎng)型式有有長孔和方孔兩種，如圖1所示。
長孔布置與方孔布置方式相比，存在以下問題：
�。�1）長孔地網(wǎng)某一條均壓線斷開時，均壓帶的分流作用明顯降低。方孔地網(wǎng)縱、橫向均壓帶相互交錯，當(dāng)某條均壓線斷開時，對分流效果影響不大，優(yōu)于長孔地網(wǎng)。
（2）長孔地網(wǎng)均壓線距離較長，發(fā)生接地故障時，沿均壓線電壓降較大，易造成二次控制電纜和設(shè)備損壞。而方孔網(wǎng)均壓效果較好且可靠性高。
因此，在接地網(wǎng)設(shè)計時，條件允許時采用方孔均壓網(wǎng)設(shè)計更為可靠，利于提高接地安全性，應(yīng)優(yōu)先并著重予以考慮。
3 接地材料的選擇
接地材料一般選用結(jié)構(gòu)鋼制成，選用時必須對材料進行檢查，材料不應(yīng)存在嚴重的銹蝕、厚薄或粗細不均勻等現(xiàn)象。
接地材料的直徑或截面，應(yīng)符合載流量、短路時自動切除故障段時間以及熱穩(wěn)定與均壓的要求，且不應(yīng)小于表1所列規(guī)格。
垂直接地體通常采用角鋼或鋼管制成，雖然角鋼制成的接地體在散流效果方面比鋼管差一點，但施工難度小、成本低，所以現(xiàn)場安裝一般采用角鋼。規(guī)范中要求的比較理想的為50mm×50mm×5mm的鍍鋅角鋼，但從防腐角度和增加使用年限考慮，逐漸改用63mm×63mm×6mm的鍍鋅角鋼，實踐中也證明其防腐效果較好，鍍鋅角鋼或扁鋼宜采用熱鍍鋅材料。
4 防腐措施
接地體的腐蝕是一個普遍存在的問題，由于腐蝕，接地線不能滿足接地短路電流熱穩(wěn)定的要求，或者形成電氣上的開路，使設(shè)備失去接地。接地體的腐蝕速度與該接地體所處地區(qū)土質(zhì)、氣候和周圍環(huán)境等諸多因素有關(guān)，設(shè)計應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況確定，可采取增大接地體截面和厚度，或采用防腐材料。一般，人工接地網(wǎng)較容易發(fā)生腐蝕，如變電站設(shè)備構(gòu)架接地引下線離地約30cm段，電纜溝內(nèi)的接地線、各接地線之間的焊接頭等。
4.1 主接地網(wǎng)的防腐措施
�。�1）對接地體涂防銹漆或鍍鋅。
�。�2）采用降阻防腐劑。降阻防腐劑為弱堿性，pH值為10，而大多土壤為弱酸性，pH值為6，故可減弱對鐵元素的腐蝕作用。
（3）因地制宜選擇抗腐蝕性能好的材料，使設(shè)計更合理、經(jīng)濟。如腐蝕較嚴重的變電站選取熱鍍鋅鋼、銅包鋼或防腐導(dǎo)電材料，腐蝕輕微的變電站選用熱鍍鋅鋼或增大接地材料的截面或厚度。
�。�4）采用無腐蝕性或腐蝕性小的土壤回填接地體，并避免施工殘物回填，盡量減小導(dǎo)致腐蝕的因素。
4.2 接地引下線的防腐措施
采用特殊防腐措施。在接地體周圍，尤其在拐彎處加適當(dāng)?shù)氖�，提高pH值；或在其周圍包上碳素粉加熱后形成復(fù)合鋼體。另外，在接地引下線地下近地面10～30cm處套一段絕緣，如塑料管等，以防腐蝕。
5 降阻措施
5.1 充分利用自然接地體降阻
大多數(shù)水電站建設(shè)在山區(qū)、河流的峽谷地區(qū)，位于堅固的巖石基礎(chǔ)上。接地一方面受到地形的限制，另一方面由于地電阻率極高，造成接地相當(dāng)?shù)睦щy。所以在接地設(shè)計中，首先要充分利用自然接地體，如混凝土結(jié)構(gòu)物中的鋼筋骨架、金屬結(jié)構(gòu)物以及水上、水下金屬管道等自然接地體。如某水電站，廠房和閘壩周圍所處均為巖石基礎(chǔ)，但變電站離廠房較遠，基礎(chǔ)為沉積的河灘，且有高達八米的電阻率較低的回填土，同時每一設(shè)備構(gòu)架都有一個深達十米以上的樁基礎(chǔ)。該電站在設(shè)計時將設(shè)備構(gòu)架樁基礎(chǔ)內(nèi)的環(huán)形鋼筋網(wǎng)每隔5米距離焊接起來，引上變電站的人工接地網(wǎng)，并在不同的地方用接地干線引至廠房的主接地網(wǎng)。通過這樣，總接地網(wǎng)的接地電阻降低較明顯，達到了接地要求。 此外，在人工接地網(wǎng)的設(shè)計中，為了充分發(fā)揮自然接地體的降阻作用，應(yīng)盡量減少人工接地體對自然接地體的屏蔽作用。
5.2 多支外引式接地裝置
不少電站接地裝置附近有導(dǎo)電良好及不凍的河流湖泊、水井、泉眼、水庫、大樹下等土壤電阻率較低的地方，此時可利用該處進行人工接地網(wǎng)的敷設(shè)；又或者在水庫、寬闊的尾水渠和和下游河道、施工后遺留的導(dǎo)流洞等靜水區(qū)敷設(shè)水下接地網(wǎng)，以降低接地電阻。在設(shè)計時，考慮到連接接地極主干線自身電阻所帶來的影響和效果，外引式接地極長度不宜超過100m。另外，連接線和外引接地裝置的截面還應(yīng)滿足要求，并做好防腐處理。如用1個外引接地裝置不能把接地電阻降到合格范圍，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設(shè)置3～4個外引接地裝置。
5.3 深井式接地
在不能用增大接地網(wǎng)水平尺寸的方法來降低流散電阻的情況下，如果周圍土壤電阻率不均勻，地下深處的土壤或水的電阻率較低時，可采取深埋接地極來降低接地電阻值。水電站一般位于山區(qū)，土壤為不均勻土壤，若下層的土壤電阻率高于上層的土壤電阻率，此時深井法打井的費用要比水平接地體高許多倍，且降阻效果還沒有水平接地體的效果好，應(yīng)采用外延擴網(wǎng)的辦法降阻。
5.4 利用接地電阻降阻劑
在不可能采用深井接地和引外接地地方，當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)面積不太大，可因地制宜采用降阻劑和低電阻率材料置換的人工降阻措施。如某水電站的室外開關(guān)站基礎(chǔ)是巖石，電阻率極高，計算得出該開關(guān)站的人工接地網(wǎng)接地電阻遠遠超出接地要求。附近也沒有可外引接地網(wǎng)的適合地方。后經(jīng)過研究計算，在站內(nèi)地網(wǎng)每條水平接地體敷設(shè)的地方開挖一條80×160×130cm（下底×上底×高）的梯形人工接地溝，溝內(nèi)回填低電阻粘土并分層搗實，接地體埋深70cm。施工完畢，實測接地電阻已符合要求。最后開關(guān)站的人工接地網(wǎng)還引出三條接地干線與廠房的主地網(wǎng)連接。
人工降阻劑的在接地極周圍敷設(shè)后，可以增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻，對減小集中接地體的工頻接地電阻效果明顯。但需注意接地體的布置方式和選擇電阻率低、性能穩(wěn)定、無腐蝕、使用周期長的降阻材料。
6 結(jié)語
防雷接地工程是水電站一項重要的防御保護工程，對于保障水電站設(shè)施設(shè)備正常工作及人身生命安全是至關(guān)重要的。因此，在進行接地設(shè)計時，應(yīng)本著科學(xué)、認真的精神，結(jié)合現(xiàn)場情況做詳細的分析，不斷完善接地設(shè)計，以期達到良好的防雷接地保護效果。
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