某船閘的接地系統(tǒng)

向震宇

摘要 通過對(duì)犍為船閘工程的接地系統(tǒng)的分析計(jì)算，對(duì)工程環(huán)境下各種降阻措施進(jìn)行闡述研究，安全經(jīng)濟(jì)可靠的降阻措施能夠保證工程接地電阻達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】船閘 接地 電阻 接地 計(jì)算 降阻措施

1 概況

岷江犍為航電樞紐工程位于岷江下游樂山市犍為縣境內(nèi)，是規(guī)劃的岷江樂山至宜賓162km長(zhǎng)河段航電梯級(jí)開發(fā)的第3級(jí)航電樞紐。本樞紐工程由犍為船閘及犍為水電站組成。主體設(shè)計(jì)院要求船閘工程接地網(wǎng)與水電站接地網(wǎng)相連，并提出船閘接地電阻要求R≤ 0.25Ω。

2 接地系統(tǒng)的重要意義

工程短路電流日益增大，要求接地電阻越來(lái)越小，而工程所在地土壤電阻率高，工程區(qū)域限制及地形地質(zhì)情況的限制，導(dǎo)致工程接地電阻難以降低。而接地系統(tǒng)與電氣設(shè)備和人員的安全息息相關(guān)，由于接地問題造成的設(shè)備損壞、航道停運(yùn)等事故，會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此為了樞紐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)接地系統(tǒng)引起相應(yīng)的重視。

3 接地電阻計(jì)算及分析

3.1 對(duì)接地網(wǎng)需求面積的估算

根據(jù)NB/T 35050-2015《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》中6.1.4條文，對(duì)本項(xiàng)目接地電阻采用理論估算簡(jiǎn)化公式計(jì)算：

式（1）中：p為土壤電阻率;S為接地網(wǎng)面積;R為地網(wǎng)接地電阻。

本工程中，土壤電阻率p約為243Q-m。經(jīng)（1）式計(jì)算可知，要得到0.25Q的接地電阻，需要的接地面積約為236196m2。

而船閘接地面積約為l7133m2，遠(yuǎn)低于計(jì)算所需接地面積。因?yàn)榇l接地網(wǎng)要求與電站接地網(wǎng)聯(lián)接，因此將電站接地網(wǎng)面積一并計(jì)算在內(nèi)，電站接地面積約為134600m²。整個(gè)樞紐接地總面積約為151733m²。整個(gè)樞紐的接地網(wǎng)面積依然遠(yuǎn)低于需求的接地網(wǎng)面積。

3.2 對(duì)接地網(wǎng)接地電阻的估算

根據(jù)（1）式分別對(duì)船閘及電站接地電阻進(jìn)行估算。計(jì)算得出，船閘接地電阻約為0.93Ω。船閘接地網(wǎng)的接地電阻遠(yuǎn)不滿足于0.25Ω的接地電阻要求?？紤]船閘接地網(wǎng)需要與電站接地網(wǎng)相連，因此將電站接地網(wǎng)作為外引接地網(wǎng)考慮，計(jì)算船閘接地網(wǎng)與電站接地網(wǎng)相連后的接地電阻。

根據(jù)外引接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算公式：

式（2）（3）（4）中，R1為船閘接地網(wǎng)接地電阻（Ω）;R2為電站接地網(wǎng)接地電阻（Ω）;p1為船閘接地網(wǎng)處土壤電阻率（Ω·m），p2為電站接地網(wǎng)處土壤電阻率（Ω·m），兩者均為243Ω·m;K為兩地網(wǎng)連接的屏蔽系數(shù)：S為兩接地網(wǎng)總面積（m²），Sl為船閘接地網(wǎng)面積（ m²），S2為電站接地網(wǎng)面積（m²）;R為兩地網(wǎng)連接后接地電阻（Ω）。

因兩接地網(wǎng)距離較近，屏蔽系數(shù)取1，根據(jù)式（2）（3）（4）得出，接地網(wǎng)連接后，接地網(wǎng)接地電阻R約為0.312Ω。

結(jié)算所得接地網(wǎng)接地電阻R=0.312Ω>0.25Ω，不滿足提出的接地電阻0.25Ω的要求。因此，本工程接地網(wǎng)建設(shè)，需考慮更一進(jìn)一步的降阻措施。

4 對(duì)降低工程接地電阻措施的研究

4.1 擴(kuò)大接地面積

根據(jù)文中式（1），可看出，擴(kuò)大接地網(wǎng)的面積，增大接地導(dǎo)體的散流面積，可有效的降低接地網(wǎng)的接地電阻。

根據(jù)上文中對(duì)接地面積的估算，可看出本工程要想達(dá)到適合的接地電阻，需要增加的接地網(wǎng)面積過大，不具備經(jīng)濟(jì)性。工程所在地地形復(fù)雜，很難在合適距離尋找到相應(yīng)面積的接地網(wǎng)建設(shè)地。因此，擴(kuò)大接地面積在本工程的實(shí)際實(shí)施有一定的困難。

4.2 人工降阻

在接地網(wǎng)面積一定的情況下，降低土壤電阻率也是降低接地電阻的有效方法。傳統(tǒng)方法中，減小土壤電阻率可以采用換土的方法。但該措施工程造價(jià)太高，不具備實(shí)施意義。

其次，可以采用降阻劑降阻。由于化學(xué)降阻劑具有一定的滲透和擴(kuò)散能力，在土壤中添加化學(xué)降阻劑可以有效的降低土壤的電阻率，從而降低接地電阻。

4.3 使用防腐電解接地板

該降阻措施采用向土壤中釋放電解質(zhì)的方法來(lái)降低土壤電阻率。電解接地極是在銅管內(nèi)填裝無(wú)毒化合物晶體，構(gòu)成釋放電解質(zhì)的載體，將接地極埋入地下并與主接地網(wǎng)連接。由于接地極銅管上的呼吸孔可以從周圍土壤中吸收水分，從而使接地極內(nèi)部的化合物晶體變?yōu)殡娊赓|(zhì)溶液，該電解溶液又從呼吸孔滲出，并流入電解地極四周的土壤，從而使埋設(shè)區(qū)域形成了成片導(dǎo)電率良好的電解質(zhì)離子土壤，形成了一個(gè)良好的電解質(zhì)導(dǎo)電通道，從而降低了土壤電阻率。同時(shí)由于銅管內(nèi)是無(wú)毒化合物，該方法不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

設(shè)N為要達(dá)到接地電阻R所需的電解地極的數(shù)量，由下公式：

式中，RO為原地網(wǎng)接地電阻;R為設(shè)計(jì)接地電阻;k為系數(shù)，200≤p<500Ω·m，k取4。

經(jīng)計(jì)算，采用該措施降阻需要該電解接地極的數(shù)量為7套。

4.4 深井降阻

深井降阻技術(shù)主要是利用地下深處的土壤電阻率較低，往深處鉆孔，將垂直接地極埋入，再與接地網(wǎng)可靠連接的方式來(lái)降低接地電阻值。這種方式適合地下層土壤電阻率低的區(qū)域，但深層為巖石的山區(qū)和丘陵地區(qū)，不適合采用深井鉆孔接地降阻。

5 小結(jié)

通過對(duì)工程接地電阻的計(jì)算分析，并對(duì)具體降阻措施進(jìn)行研究。筆者認(rèn)為，通過有效的降阻措施，工程接地電阻能夠達(dá)到0.25Ω的設(shè)計(jì)要求。

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