山區(qū)水電站的接地設(shè)計(jì)與降阻措施探討

　　1、引言 

　　對(duì)于大多數(shù)山區(qū)水電站來(lái)說(shuō),一般都存在著土壤電阻率偏高,場(chǎng)地狹小,土層薄且土質(zhì)大多為風(fēng)化石、砂子,有的甚致根本沒(méi)有土層,完全為石頭。土壤電阻率高達(dá)2000--3000Ω.m,有的甚致高達(dá)5000--8000Ω.m,因而給水電站的接地造成了許多困難,使許多山區(qū)水電站接地電阻嚴(yán)重偏高,如浙江某座裝機(jī)達(dá)40000kw的水電站接地電阻高達(dá)10Ω;還有一些中小型水電站的工頻接地電阻高達(dá)數(shù)十歐,或上百歐。山區(qū)水電站所在的地方,往往是雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的地方［1］,由于水電站的接地電阻偏高,對(duì)防雷造成了極為不利的影響。如避雷器動(dòng)作后由于殘壓疊加上接地電阻上的壓降后,會(huì)使加到發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備上的電壓高而危及發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備的絕緣。或者當(dāng)雷電流入地時(shí),電氣設(shè)備外殼或接地引下線上產(chǎn)生較高的“反擊” 

　　過(guò)電壓而向二次線產(chǎn)生反云。同時(shí)也會(huì)在雷電流入地時(shí)沖擊電位升高,產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊電而干擾而影響微機(jī)保護(hù)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行。近年來(lái)因?yàn)榻拥夭涣籍a(chǎn)生的雷電打壞主設(shè)備、打壞微機(jī)保護(hù)等控制設(shè)備的事故在中小型水電站時(shí)有發(fā)生,因而應(yīng)對(duì)中小型水電站的接地問(wèn)題引起充分的重視。進(jìn)行認(rèn)真的研究和探討,找到有效降低山區(qū)小電站接地裝置接地電阻的措施,做好山區(qū)水電站接地的降阻改造工作,保證水電站安全運(yùn)行。 

　　2、山區(qū)水電站接地電阻偏高的原因分析 

　　山區(qū)水電站一般接地電阻偏高的原因主要是以下原因造成的: 

　　（1）土壤電阻較高造成,山區(qū)的土壤電阻率一般都偏高,特別是南方山區(qū)水電站的土壤電阻率一般都在2000--3000Ω.m,嚴(yán)重的甚致高達(dá)5000Ω.m。如我們?cè)谡憬成絽^(qū)水電站四周測(cè)量土壤電阻率,低的為800Ω.m,大多在2000Ω.m.高的地方甚致達(dá)6000Ω.m。因接地裝置的接地電阻與土壤電阻率成正比,接地裝置面積一定時(shí),土壤電阻率愈高,接地裝置的接地電阻也就愈高,降阻難度也就愈大。 

　　（2）土層薄,地質(zhì)條件差,山區(qū)水電站處的土質(zhì)一般為風(fēng)化石土壤,或碎石土壤,土層薄,一般不足30cm,大多地方為巖石沒(méi)有土層,由于土層薄,就影響水平接地體和垂直接地體的埋深,經(jīng)檢查山區(qū)水電站接地裝置的水平接地體的埋深一般都不到30cm,有的浮在地表;由于土層薄,垂直接地體打不下去，其深度一般都不到50cm。由于接地體浮在地表,一方面由于上層土壤土質(zhì)松散,接地體不能與大地緊密接觸,造成接觸電阻大,且因土壤干濕度易變化,而造成接地體的接地電阻不穩(wěn)定。另一方面由于上層土壤含氧量高,接地體易發(fā)生吸氧腐蝕,而使接地體與周?chē)寥乐g的接觸電阻增大。同時(shí),由于腐蝕還會(huì)造成接地網(wǎng)裂解使部分設(shè)備失去接地。 

　　（3）場(chǎng)地狹小,使接地網(wǎng)面積偏小,一般山區(qū)水電站都在山谷中,場(chǎng)地狹小,這就使水電站的接地網(wǎng)嚴(yán)重偏小。有的甚致沒(méi)有地方建接地網(wǎng),如浙冮某水電站,由于受場(chǎng)地限制,發(fā)電機(jī)廠房就建在山洞內(nèi),戶外110kv開(kāi)關(guān)站則小得可憐,不到1000m2,這就給接地降阻帶來(lái)非常大的難題,因?yàn)橐话闱闆r下,接地裝置的工頻接地電阻由下式?jīng)Q定: 

　　（1）式中:R—接地裝置的工頻接地電阻,Ω;ρ—土壤電阻率,Ω.m;s—地網(wǎng)面積,m2。

　　從（1）式可以看出接地裝置的接地電阻,與土壤電阻率ρ成正比,與接地網(wǎng)的面積的開(kāi)方值成反比,山區(qū)水電站由于土壤電阻率高,土質(zhì)差,土層薄,接地體埋深不夠,地網(wǎng)面積小,這就是造成接地電阻偏高的主要原因。 

　　3、山區(qū)水電站的接地設(shè)計(jì)與降阻措施 

　?。?）設(shè)置水下地網(wǎng)對(duì)于山區(qū)水電站,沒(méi)有大面積的陸地建設(shè)地網(wǎng),但一般都有可以利用的水域,特別是一些水電站一般都有用某蓄水的水庫(kù),可以在水庫(kù)設(shè)置水下接地網(wǎng)。設(shè)置水下地網(wǎng)前應(yīng)測(cè)試出水電電阻率和水庫(kù)的水面面積，以及豐水期和枯水期的水域面積，計(jì)算出接地電阻的最大值和最小值。水下接地網(wǎng)對(duì)降低接地電阻往往是非常有效的。水下地網(wǎng)的網(wǎng)孔大小一般以15m15m為好。水下地網(wǎng)應(yīng)選用Ф14熱鍍鋅的圓鋼為好。在施工時(shí)可在岸上焊好后沉到水底,有條件時(shí)可在水庫(kù)的周邊可以設(shè)置岸邊接地網(wǎng)，岸邊地網(wǎng)應(yīng)埋在泥土內(nèi)并用垂直接地極固定。 

　　（2）對(duì)于河道式水電站或沒(méi)有大型水庫(kù)的水電站,可能沒(méi)有大的水域設(shè)置水下地網(wǎng),但此時(shí)可以沿河道向上、下游在2000m范圍之內(nèi)在河道的兩邊設(shè)置河岸接地網(wǎng)。河岸接地網(wǎng)因?yàn)楹恿鞒Ｄ隄穸容^大，土壤電阻率一般較低,對(duì)降接地電阻非常有效，我們利用河岸接地網(wǎng)成功地改造了許多水電廠和變電所的接地都取得了很好的降阻效果。河岸接地網(wǎng)一般應(yīng)在20—30m設(shè)置一道跨河橫線同時(shí)起到水下地網(wǎng)的作用。在河岸每10—15m設(shè)置垂直接地極進(jìn)行固定。 

　?。?）充分利用自然接地體因?yàn)樵谥行⌒退娬局幸话愣加写罅康淖匀唤拥伢w可以利用,比如水壩、廠房、引水管等,最好是在設(shè)計(jì)時(shí)就首先考慮到接地問(wèn)題,把這些自然接地體可靠的連接為一可靠的整體，并預(yù)留連接點(diǎn)。在設(shè)計(jì)自然接地體時(shí)對(duì)于自然接地體的底部和周邊可以用導(dǎo)電水泥進(jìn)行處理以加強(qiáng)自然接地體與周?chē)寥阑蛏綆r的接觸。另外在水泥道路的底部也可用導(dǎo)電水泥進(jìn)行處理以加強(qiáng)其降阻效果。 

　　（4）在合適的地方設(shè)置外延接地,在水電站2000m范圍以內(nèi)認(rèn)真進(jìn)行勘探、測(cè)量土壤電阻率,找土壤電阻率較低的地方做外延接地。對(duì)外延接地要經(jīng)嚴(yán)格的跨步電壓計(jì)算,防止外延處跨步電壓傷人。且外延接地的場(chǎng)所要選擇在不易被破壞的地方。要有很好的保護(hù)措施,防止在運(yùn)行時(shí)被破壞掉。外延地網(wǎng)與主地網(wǎng)的聯(lián)接要可靠,要采取多條聯(lián)接線聯(lián)接。 

　　（5）利用降阻劑和其它的降阻材料進(jìn)行降阻,特別是對(duì)外延接地可施加降阻劑進(jìn)行降阻,但在降阻劑的使用時(shí)一定要選擇降阻性能好,無(wú)腐蝕,性能穩(wěn)定的降阻劑進(jìn)行降阻。比如我們就曾使用GPF-94高效膨潤(rùn)土降阻劑結(jié)合外延接地成功地解決了許多大、中型接地裝置的降阻問(wèn)題,其中就有一些小型化的城市變電所的接地,都取得了較好的降阻效果。另外,對(duì)一些電氣設(shè)備的基礎(chǔ)和與變電所聯(lián)接的道路,或變電所的部分硬化部分的底部可以采用導(dǎo)電水泥進(jìn)行降阻,道路表面為了提高跨步電壓允許值,可用普通水泥,或者鋪瀝清進(jìn)行處理。 

　　（6）采取綜合降阻措施山區(qū)水電站由于其接地電阻偏高,采取單一的降阻措施往往難以達(dá)到預(yù)期的降阻目標(biāo),這時(shí)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形、地勢(shì)及土壤電阻率等現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行綜合分析,采取綜合的降阻措施。比如可以采取外延加降阻劑、水下地網(wǎng)、河岸地網(wǎng)和自然接地體利用等多種降阻措施聯(lián)合應(yīng)用,以達(dá)到有效的,大幅度的降低接地電阻的目的。

　　如我們?cè)谡憬乘娬揪驮捎盟碌鼐W(wǎng)、河岸地網(wǎng)、外延接地加降阻劑聯(lián)合降阻法把水電站的接地電阻從十多歐降到1歐左右。

　　 4、結(jié)束語(yǔ) 

　　山區(qū)水電站由于土壤電阻率高,土質(zhì)差,土層薄,接地體埋深不夠,地網(wǎng)面積小,這就是造成接地電阻偏高的主要原因,因而進(jìn)行山區(qū)水電站的按地設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形、地勢(shì)及土壤電阻率等現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行綜合分析,通過(guò)認(rèn)真的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,對(duì)水電站的接地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件可采多水下地網(wǎng)、河岸地網(wǎng)、外延接地和降阻劑等多種降阻措施進(jìn)行降阻處理。也可采取復(fù)合降阻措施進(jìn)行降阻。對(duì)廠內(nèi)地網(wǎng)要改善其地電位分布,防止地電位干擾,以保證水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。