柘溪水電廠接地網(wǎng)降阻改造

楊興華

(湖南省電力公司柘溪水力發(fā)電廠，湖南益陽(yáng) 413508）

柘溪水電廠接地網(wǎng)降阻改造

楊興華

(湖南省電力公司柘溪水力發(fā)電廠，湖南益陽(yáng) 413508）

柘溪水電廠1962年建成后，已運(yùn)行近50年。接地電阻從運(yùn)行之初的0.5Ω增大到2000年測(cè)試的0.872Ω。期間雖經(jīng)過(guò)2次小范圍的降阻整改，但由于年代久遠(yuǎn)，地網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重，無(wú)法滿足越來(lái)越大的系統(tǒng)短路電流通流的安全要求，對(duì)設(shè)備和人員安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。2006年，在柘溪水電廠擴(kuò)建工程建設(shè)的過(guò)程中，由湖南省匯粹電力科技有限公司對(duì)地網(wǎng)實(shí)施了整體接地降阻改造，經(jīng)過(guò)近2年的運(yùn)行維護(hù)，地網(wǎng)趨于整體穩(wěn)定，2次地網(wǎng)測(cè)試證明柘溪接地網(wǎng)降阻工程達(dá)到了預(yù)期成效。

接地網(wǎng);降阻;成效

柘溪水電廠位于資水中游的大溶塘峽谷內(nèi)，下距安化縣城12 km。廠區(qū)主體建筑由攔河大壩、壩后式廠房、開關(guān)站、生產(chǎn)辦公樓等組成，功能布置在東西約400 m、南北約300 m的狹小區(qū)域。

電廠第一期工程裝機(jī)容量447.5 MW，多年平均發(fā)電量21.7億kWh。2008年完工的第二期工程增加了2臺(tái)單機(jī)容量250 MW的機(jī)組，裝機(jī)容量總計(jì)逾百萬(wàn)千瓦。接地網(wǎng)在2004年第二期工程啟動(dòng)前面積約為12 000 m2，主要由開關(guān)站、廠房、尾水平臺(tái)及攔河大壩地網(wǎng)組成。

1 接地網(wǎng)阻值的要求

1.1 發(fā)電廠接地的意義

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)的容量激增，電壓等級(jí)越來(lái)越高?，F(xiàn)代電網(wǎng)微機(jī)保護(hù)、綜合自動(dòng)化裝置的大量應(yīng)用，對(duì)地網(wǎng)的要求也越來(lái)越高。接地電阻決定工頻接地短路和雷電流入地時(shí)地電位的幅度。地網(wǎng)均壓不好，容易向電纜等產(chǎn)生反擊，造成控制保護(hù)設(shè)備的損壞，引發(fā)惡性事故。設(shè)備接地設(shè)施如避雷線、避雷器的接地不好，會(huì)產(chǎn)生很高的殘壓和反擊過(guò)電壓。接地線的熱穩(wěn)定達(dá)不到要求，易燒斷接地線，造成設(shè)備外殼帶電。接地網(wǎng)腐蝕后電氣參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，甚至?xí)陔姎庠O(shè)備的接地與地網(wǎng)之間、地網(wǎng)各部分之間形成電氣上的開路。

1.2 柘溪地網(wǎng)接地電阻允許值

根據(jù)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)柘溪擴(kuò)建工程接地設(shè)計(jì)，220 kV母線發(fā)生單相接地短路時(shí)，全廠接地電阻允許值應(yīng)小于0.381Ω。如在新、老廠母線之間建立電氣聯(lián)系的條件下，全廠接地電阻允許值不大于0.21Ω (接地網(wǎng)電位為2 000 V)。參照三峽、鳳灘等大、中型水電站的接地網(wǎng)電位按5 000 V設(shè)計(jì)，考慮到柘溪水電廠單機(jī)容量及遠(yuǎn)期規(guī)劃，本廠地網(wǎng)電位選取3 000 V比較合適，相應(yīng)接地電阻允許值為0.31Ω，設(shè)計(jì)允許值為0.29× (1±10%)Ω，即不超過(guò)0.32Ω。

柘溪水電廠擴(kuò)建工程接地網(wǎng)地處高電阻率地區(qū)，地網(wǎng)主要起均壓作用。降低擴(kuò)建部分接地電阻主要靠新廠進(jìn)水口接地網(wǎng)與尾水系統(tǒng)接地網(wǎng)。其中進(jìn)水口接地網(wǎng)的面積約3 000 m2，尾水系統(tǒng)接地網(wǎng)的面積約4 000 m2。經(jīng)過(guò)計(jì)算，無(wú)法滿足全廠設(shè)計(jì)允許值要求，需要進(jìn)行降阻處理。

2 接地網(wǎng)降阻的具體措施

由于柘溪水電廠接地電阻允許值要求較嚴(yán)，土壤電阻率高，難以單純地通過(guò)降低地網(wǎng)電阻來(lái)達(dá)到要求。結(jié)合三峽、鳳灘等大、中型水電站通過(guò)提高地網(wǎng)電位與敷設(shè)大面積水下接地網(wǎng)的良好工程經(jīng)驗(yàn)，故柘溪地網(wǎng)亦通過(guò)這種方式來(lái)實(shí)施，采取的主要措施有改造第一期工程相關(guān)接地網(wǎng)、擴(kuò)大水下接地網(wǎng)面積、采用工頻反擊過(guò)電壓及其保護(hù)措施等。

2.1 1號(hào)開關(guān)站 (老廠開關(guān)站)區(qū)域接地改造

1號(hào)開關(guān)站220 kV區(qū)域出線龍門架下埋設(shè)了3根垂直接地極，埋設(shè)深度約為4 m，通過(guò)50 mm×5 mm的接地扁鋼與開關(guān)站主地網(wǎng)連接。同時(shí)，與開關(guān)站主地網(wǎng)相連的2根TJ-120銅絞線通過(guò)電纜隧道將開關(guān)站、135出線平臺(tái)和通過(guò)135邊坡靠1號(hào)變側(cè)電纜橋架與老廠主變箱體底座接地連接。

敷設(shè)到220 kV出線龍門架側(cè)的銅絞線自東向西與3根垂直接地極采用5 mm×50 mm的扁鋼焊接，并與220 kV I母B相TV底下接地網(wǎng)相連。

2007年開關(guān)站110 kV系統(tǒng)改造，地網(wǎng)采用等距布置50 mm×5 mm扁鋼，形成矩形均壓區(qū)域的方法進(jìn)行，與220 kV系統(tǒng)區(qū)域進(jìn)行了可靠連接。

2.2 庫(kù)區(qū)水下地網(wǎng)部分的施工

2.2.1 水電阻率的說(shuō)明

水下地網(wǎng)是降低接地電阻最有效的方式，降阻的效果與水的電阻率、水網(wǎng)面積有密切關(guān)系。2005年12月和2006年3月，經(jīng)湖南省電力公司科學(xué)研究院對(duì)柘溪電廠的水樣導(dǎo)電率進(jìn)行測(cè)試，源水和尾水的導(dǎo)電率均在200 μs/cm左右。

2.2.2 水下地網(wǎng)施工

地網(wǎng)降阻以敷設(shè)壩上庫(kù)區(qū)水下地網(wǎng)為主。水下地網(wǎng)敷設(shè)采用矩形格法進(jìn)行敷設(shè)，材料采用TGXФ12B水平連鑄銅包鋼及TJ-120銅絞線，以柘溪水庫(kù)老攔污柵處為入水起點(diǎn)，水下地網(wǎng)邊沿距離大壩267 m，左右兩岸敷設(shè)的銅包鋼導(dǎo)線沿水庫(kù)上游兩岸145 m高程以下處分別敷設(shè)并固定，每個(gè)矩形格間距約為50 m，跨庫(kù)銅包鋼導(dǎo)線共計(jì)12根，每根導(dǎo)線懸掛2至3塊約80 kg的水泥沉塊吊落沉于水庫(kù)底部，同時(shí)導(dǎo)線自然下垂沉底，水下地網(wǎng)敷設(shè)面積約為16萬(wàn)m2。

2.3 水下地網(wǎng)與新廠主地網(wǎng)的連接

以7號(hào)引水洞進(jìn)水口152 m高程預(yù)埋的2根50 mm×5 mm銅排為起點(diǎn)，焊連的TJ-120銅絞線一端橫向沿160 m高程敷設(shè)至庫(kù)區(qū)老攔污柵處，與水下地網(wǎng)連接。另一端沿7號(hào)引水隧洞向下，通過(guò)7號(hào)引水隧洞，沿混凝土襯砌，在隧洞敷設(shè)2根TJ-120銅絞線，分別延引至7號(hào)機(jī)主變和8號(hào)機(jī)主變的接地網(wǎng)，形成新廠主地網(wǎng)與水下地網(wǎng)的連接。

2.4 新廠房部分的改造與相關(guān)地網(wǎng)的連接

2.4.1 在新廠房混凝土澆注期間，預(yù)埋了2根50 mm×5 mm的扁鋼。這2根扁鋼的一端與新廠房的骨干地網(wǎng)扁鋼進(jìn)行可靠連接，另一端分別連接到原開關(guān)站的110 kV區(qū)域與220 kV區(qū)域中的地網(wǎng)主線上。

2.4.2 辦公樓在新廠房土建階段，將連接至老廠房地網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線挖斷，當(dāng)時(shí)處于孤立運(yùn)行階段。在新廠房地網(wǎng)建設(shè)期間，用2根50 mm×5 mm扁鋼的一端與新廠房的骨干地網(wǎng)扁鋼進(jìn)行可靠連接，另一端連接到辦公樓的主地網(wǎng)，充分利用辦公樓的深井接地極的散流作用。

2.4.3 新老廠房地網(wǎng)之間的連接采用2根50 mm×5 mm的扁鋼，將兩端分別可靠地連接到新老廠房的骨干接地扁鐵上。

2.4.4 原老廠主變壓器場(chǎng)的地網(wǎng)加強(qiáng)聯(lián)接線采用2根TJ-120的銅絞線連接。連接時(shí)，該銅絞線貫穿所有的主變，分別通過(guò)銅鋼過(guò)渡接頭連接到主變接地點(diǎn)和主變區(qū)域的地網(wǎng)上。

2.4.5 老廠出線平臺(tái) (包括電纜隧道)地網(wǎng)的骨干部分通過(guò)銅鐵過(guò)渡頭與新敷設(shè)的2根TJ-120銅絞線連接，以增強(qiáng)出線平臺(tái)地網(wǎng)的散流能力。

2.4.6 老廠房、主變壓器場(chǎng)及出線平臺(tái)部分與原開關(guān)站的連接采用2根TJ-120銅絞線沿靠1號(hào)變側(cè)135邊坡電纜橋架入電纜隧洞至開關(guān)站，使新老廠房與開關(guān)站形成一個(gè)閉合的整體。該2根TJ-120銅絞線在開關(guān)站與110 kV和220 kV部分，均通過(guò)銅鐵過(guò)渡頭分別與之可靠連接。

3 接地網(wǎng)降阻的成效檢測(cè)

3.1 接地降阻工程實(shí)施后地網(wǎng)概況

接地降阻結(jié)合柘溪水電廠擴(kuò)建工程施工于2008年5月完畢之后，全廠接地系統(tǒng)由新建水下地網(wǎng)、進(jìn)水口接地網(wǎng)、引水系統(tǒng)接地網(wǎng)、主廠房接地網(wǎng)、上游副廠房接地網(wǎng)、開關(guān)站接地網(wǎng)、生產(chǎn)辦公樓接地網(wǎng)、尾水系統(tǒng)接地網(wǎng)及自然接地體等組成一個(gè)總接地網(wǎng)，所有地網(wǎng)之間都形成了有效連接，形成了一個(gè)從擴(kuò)建工程尾水平臺(tái)到壩上庫(kù)區(qū)水下地網(wǎng)對(duì)角線長(zhǎng)度為1 100 m的接地網(wǎng)。

3.2 接地降阻測(cè)試檢查

3.2.1 主接地網(wǎng)接地阻抗測(cè)試

大型地網(wǎng)接地阻抗一般采用工頻大電流或新規(guī)程推薦使用的異頻法進(jìn)行測(cè)試。柘溪水電廠地網(wǎng)測(cè)試中，為了消除工頻干撓，采用異頻法進(jìn)行測(cè)試。異頻法的測(cè)量原理基于電流-電壓表三極法，采用直線方式放線，原理圖見圖1。

3.2.2 測(cè)試情況

圖1 直線三極法測(cè)量原理圖

為檢測(cè)接地降阻工程實(shí)施的效果，湖南省電力公司科學(xué)研究院分別于2008年3月、2010年5月對(duì)柘溪水電廠接地網(wǎng)進(jìn)行了2次全面測(cè)試。圖1為測(cè)量原理圖。

第一次測(cè)試 (2008年3月)，測(cè)試布線沿壩上庫(kù)區(qū)上游方向的庫(kù)區(qū)布置，電流注入點(diǎn)為7號(hào)主變接地處，電流極距離電流注入點(diǎn)4 200 m，電壓極距離電流注入點(diǎn)2 590 m。采用簡(jiǎn)單平均法后的接地電阻值為0.26 Ω，接地阻抗的平均值為0.32 Ω。

第二次測(cè)試(2010年5月)，測(cè)試布線沿下游方向右岸簡(jiǎn)易公路布置，電流注入點(diǎn)分別為110 kV區(qū)域和220 kV區(qū)域。電流極距離電流注入點(diǎn)3 400 m，電壓極距離電流注入點(diǎn)2 100 m。測(cè)試結(jié)果為接地電阻為 0.201 Ω，綜合接地阻抗值為 0.32 Ω。

2次測(cè)試，試驗(yàn)布線一次采取沿上游水庫(kù)，一次沿下游簡(jiǎn)易公路，從2次測(cè)試結(jié)果比對(duì)分析來(lái)看，測(cè)試結(jié)果基本吻合。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)柘溪水電廠地網(wǎng)的特性參數(shù)測(cè)試和開關(guān)站220 kV區(qū)域電氣設(shè)備引下線腐蝕抽樣開挖檢查，發(fā)現(xiàn)未改造的220 kV開關(guān)站存在接觸電勢(shì)與跨步電勢(shì)偏高的現(xiàn)象，為確保人身安全和地網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)的通流與均壓完好性，還需對(duì)老廠開關(guān)站220 kV區(qū)域進(jìn)行均壓改造。

柘溪水電廠接地網(wǎng)接地電阻偏大一直是影響該廠設(shè)備安全運(yùn)行的重大隱患，電廠以擴(kuò)建工程為契機(jī)，對(duì)地網(wǎng)采用“以新帶老”改造模式，運(yùn)用相對(duì)成熟的降阻技術(shù)，解決了困擾電廠多年的疑難問(wèn)題，達(dá)到了改造的預(yù)期效果。在進(jìn)一步完善老廠開關(guān)站220 kV區(qū)域均壓改造后，柘溪水電廠接地網(wǎng)可滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行的需要。同時(shí)，通過(guò)本次地網(wǎng)改造工程的實(shí)施，在主體工程進(jìn)行擴(kuò)建改建的過(guò)程中實(shí)施地網(wǎng)改造，性價(jià)比好，改造質(zhì)量也可以得到保證。在地網(wǎng)改造過(guò)程中，銅包鋼新型材料的使用和熱熔焊接技術(shù)的采用也有效地保證了地網(wǎng)改造的長(zhǎng)期效果。

TM312

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1008-0198(2011)03-0060-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.020

2010-10-13 改回日期:2011-04-19

楊興華(1969— )，男，助理工程師，主要從事電廠檢修管理工作。