2×600 MW機(jī)組電廠電解離子接地系統(tǒng)的分析和研究

劉 勇

(深圳市科銳技術(shù)有限公司, 廣東 深圳 518001)

0 引 言

資料表明,國內(nèi)外近年由于接地不良引起發(fā)電廠升壓站保護(hù)設(shè)備動(dòng)作跳閘的情況時(shí)有發(fā)生,在高土壤電阻率地區(qū)接地系統(tǒng)的降阻一直都是個(gè)難題。雖然爆破接地技術(shù)、深井接地技術(shù)、斜接地極技術(shù)已在許多高土壤電阻率地區(qū)的接地系統(tǒng)中取得顯著成效,但也受到施工場(chǎng)地和接地系統(tǒng)工程總體造價(jià)等因素的限制。

本文結(jié)合貴州塘寨電廠山地高土壤電阻率的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況,提出電廠電解離子接地方案,主要是解決發(fā)電廠接地短路故障及雷電發(fā)生時(shí)形成的跨步電壓、接觸電壓在設(shè)備和工作人員的安全范圍內(nèi)。

1 降阻措施比較

2 電廠電阻值要求

電廠電阻值要求如下:

(1) 制氫站區(qū)域,土壤電阻率為1 062 Ω·m,常規(guī)方法施工的接地阻值為60 Ω,需降至<10 Ω。

(2) 燃油泵房區(qū)域,土壤電阻率為3 306 Ω·m,常規(guī)方法施工的接地阻值為185 Ω,需降至<10 Ω。

(3) 煙囪區(qū)域,土壤電阻率為5 283 Ω·m,常規(guī)方法施工的接地阻值為109.9 Ω,需降至<10 Ω。

(4) 冷卻塔區(qū)域,土壤電阻率為4 650 Ω·m,常規(guī)方法施工的接地阻值為37.2 Ω,需降至<10 Ω。

(5) 220 kV屋外配電裝置繼電保護(hù)樓區(qū)域和主廠房、集控樓及除灰除塵控制樓區(qū)域共用接地網(wǎng),土壤電阻率分別為1 062 Ω·m和7 190 Ω·m,常規(guī)方法施工的接地阻值分別為4.829 Ω和20.55 Ω,需降至<0.8 Ω。

(6) 輸煤系統(tǒng)及輸煤綜合樓區(qū)域,土壤電阻率為3 268 Ω·m,常規(guī)方法施工的接地阻值為9.434 Ω,需降至<0.8 Ω。

(7) 在水處理系統(tǒng)區(qū)域,土壤電阻率為3 306 Ω·m,常規(guī)方法施工的接地阻值為11.929 Ω,需降至<0.8 Ω。

3 接觸電壓和跨步電壓的計(jì)算

因受地址條件影響,地網(wǎng)電阻值已適當(dāng)放寬。為保證設(shè)備及人身安全,需對(duì)站場(chǎng)內(nèi)的跨步電壓和接觸電壓進(jìn)行校驗(yàn)。依據(jù)DL/T 621—1997《交流電氣裝置的接地》中推薦跨步電壓和接觸電位的公式進(jìn)行計(jì)算。

3.1 地面跨步電壓的計(jì)算

當(dāng)選用垂直接地體時(shí),考慮接地體之間的間距及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,接地裝置電位為

Ug=IRg

(1)

式中:I——入地短路電流,取24 kA;

Rg——接地電阻,取0.5 Ω。

經(jīng)計(jì)算,接地裝置電位Ug=12 000 V。

根據(jù)DL/T 621—1997附錄B,最大跨步電壓為

Usmax=KsmaxUg

(2)

式中:Ksmax——最大跨步電壓系數(shù);

Ug——接地裝置電位,取12 000 V。

Ksmax可按下式計(jì)算:

(3)

式中:h——接地體埋深,取1.2 m;

T——跨步距離,一般取0.8 m;

d——接地體的直徑,取0.3/2=0.15 m;

L——水平接地體長(zhǎng)度,取5 040 m;

L0——接地網(wǎng)水平外緣周長(zhǎng),取1 440 m;

S——接地網(wǎng)面積,取129 600 m2。

將以上數(shù)據(jù)代入公式,可以得Ksmax=0.040 6,因此Usmax=487.2 V。

根據(jù)DL/T 621—1997《交流電氣裝置的接地》第3.4條,發(fā)電廠、變電所接地裝置跨步電壓不應(yīng)超過511 V。經(jīng)以上計(jì)算得出的跨步電壓為487.2 V(在跨步電壓所允許的511 V之內(nèi)),所以對(duì)行人是安全的。

3.2 接觸電壓的計(jì)算

接觸電位差是指接地短路(故障)電流流過接地裝置時(shí),大地表面形成分布電位,在地面上離設(shè)備水平距離為0.8 m處與設(shè)備外殼、架構(gòu)或墻壁離地面的垂直距離1.8 m處兩點(diǎn)間的電位差,也稱為接觸電壓[4-6]。

根據(jù)DL/T 621—1997《交流電氣裝置的接地》附錄B,接觸電壓為

Utmax=KtmaxUg

(7)

式中:Ktmax——最大接觸電壓系數(shù)。

計(jì)算得出Ktmax=0.143 2,因此Utmax=1 718.4 V。

根據(jù)DL/T 621—1997《交流電氣裝置的接地》第3.4條,發(fā)電廠、變電所接地裝置接觸電位差(接觸電壓)不應(yīng)超過511 V。

經(jīng)以上計(jì)算得出,接觸電壓為1 718.4 V(不在接觸電壓所允許的511 V之內(nèi)),需要在安裝設(shè)備的地面上鋪設(shè)土壤電阻率高的礫石或?yàn)r青。

4 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 現(xiàn)場(chǎng)土壤情況分析

電廠周圍缺乏回填土壤,完全采用碎石回填。該工程所在地西部可施工面積約為129 600 m2;含土層平均厚度為0.4～1.2 m;由于廠區(qū)覆土厚度一般不超過2 m,開挖、回填后覆土層基本被破壞。土壤電阻率變化大(1 062～7 190 Ω·m),采用常規(guī)接地網(wǎng)的施工方法和接地材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工,很難滿足220 kV屋外配電裝置繼電保護(hù)裝置、主廠房、集控樓及除灰除塵控制樓設(shè)備、輸煤系統(tǒng)及輸煤綜合樓以及水處理等系統(tǒng)設(shè)備對(duì)接地電阻值的要求。故采用新型接地材料和施工方法進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工。

4.2 接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

接地系統(tǒng)降阻的優(yōu)化設(shè)計(jì):電廠水處理系統(tǒng)區(qū)域約為200×96 m2,土壤電阻率為3 306 Ω·m;假如采用常規(guī)的降阻方法,則需將主廠房、集控樓及除灰除塵控制樓區(qū)域的接地網(wǎng)面積擴(kuò)大數(shù)百倍,才能使阻值≤0.8 Ω。結(jié)合上述因數(shù)和廠區(qū)需爆破表層5～10 m深做基礎(chǔ)等有利情況,設(shè)計(jì)采用:利用水平接地網(wǎng)、采取與自然接地體連接、采用新型接地材料電解離子接地棒、局部換土、填充降阻劑等以改善土壤傳導(dǎo)性能等降阻措施進(jìn)行降阻設(shè)計(jì)。

4.3 離子棒的用量計(jì)算

單根離子接地極計(jì)算式:

(8)

復(fù)合地網(wǎng)的電阻計(jì)算公式:

(9)

經(jīng)計(jì)算(計(jì)算過程略),220 kV屋外配電裝置和繼電保護(hù)樓和主廠房、集控樓、除灰除塵控制樓處,需63根5 m基坑安裝3 m電解離子接地棒與常規(guī)方法施工的接地裝置組合,能將該區(qū)域接地系統(tǒng)的阻值降至≤0.8 Ω;水處理系統(tǒng)區(qū)域,需設(shè)置60根5 m基坑安裝3 m電解離子接地棒與常規(guī)方法施工的接地裝置組合,能將該區(qū)域接地系統(tǒng)的阻值降至≤0.8 Ω;輸煤系統(tǒng)區(qū)域,需設(shè)置50根5 m基坑安裝3 m電解離子接地棒與常規(guī)方法施工的接地裝置組合,能將該區(qū)域接地系統(tǒng)的阻值降至≤0.8 Ω;制氫站區(qū)域,需設(shè)置4根5 m基坑安裝3 m電解離子接地棒與常規(guī)方法施工的接地裝置組合,能將該區(qū)域接地系統(tǒng)的阻值降至≤10 Ω;燃油泵房區(qū)域,需設(shè)置4根5 m基坑安裝3 m電解離子接地棒與常規(guī)方法施工的接地裝置組合[7-8],能將該區(qū)域接地系統(tǒng)的阻值降至≤10 Ω;煙囪區(qū)域,需設(shè)置5根5 m基坑安裝3 m電解離子接地棒與常規(guī)方法施工的接地裝置組合,能將該區(qū)域接地系統(tǒng)的阻值降至≤10 Ω。

5 使用效果

貴州塘寨電廠離子接地網(wǎng)系統(tǒng)工程于2012年完工。由于最初設(shè)計(jì)的水平地網(wǎng)與主地網(wǎng)(考慮跨步電壓和接觸電壓的地網(wǎng))有重疊的部分,故在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)離子棒和水平接地極的數(shù)量有所調(diào)整。經(jīng)過兩年多的施工,最終驗(yàn)收測(cè)試阻值為0.7 Ω,達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(0.8 Ω)。

6 結(jié) 語

貴州塘寨電廠采用哪種降阻方法應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定,利于進(jìn)一步降低接地裝置電阻值和接觸電壓、跨步電壓,在高土壤電阻率地區(qū),放寬接地電阻上限值與降低跨步電壓和接觸電壓相結(jié)合,隨時(shí)調(diào)整降阻措施和施工工藝,降低工程總造價(jià),達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合優(yōu)化。