瀘定水電站樞紐接地網(wǎng)接地電阻超標(biāo)處理

(四川華電瀘定水電有限公司，四川 瀘定 626100)

1 工程概況

瀘定水電站位于四川省大渡河瀘定縣境內(nèi)的大渡河干流上，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦22級(jí)方案的第12個(gè)梯級(jí)電站。水庫正常蓄水位為1378.00m，總庫容2.195億m3，具有日調(diào)節(jié)功能。安裝有4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為230MW，電站總裝機(jī)容量920MW。2011年10月，首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2012年6月最后一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

2 問題的提出

全站接地系統(tǒng)于2011年施工結(jié)束，由壩區(qū)、廠區(qū)接地網(wǎng)組成，樞紐接地網(wǎng)最大對(duì)角線2.10km,所在地區(qū)為高土壤電阻率地區(qū)，電站設(shè)計(jì)接地電阻應(yīng)小于0.50Ω。電站為混合式，壩后有約0.78km(長)×0.13km(寬)的回水區(qū)。廠址區(qū)覆蓋層厚40～107.3m，主要由③-1亞層的含漂(塊)卵(碎)礫石層和②-1亞層的漂(塊)卵(碎)礫石層組成。攔河大壩置于深厚河床覆蓋層上，河床覆蓋層一般厚120～130m，最大厚度達(dá)148.6m，層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且夾有粉細(xì)砂或粉土層。

2014年測(cè)量樞紐接地電阻值為0.713Ω，超過標(biāo)準(zhǔn)，各區(qū)域跨步電勢(shì)差小于80V，滿足設(shè)計(jì)要求，各區(qū)域接觸電勢(shì)差均小于85V，滿足設(shè)計(jì)要求，各區(qū)域地網(wǎng)之間的導(dǎo)通電阻小于30μΩ，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 處理思路

根據(jù)電站樞紐布置、各部位接地系統(tǒng)現(xiàn)狀、電站工程地質(zhì)資料及土壤電阻率的測(cè)試資料，為使樞紐接地電阻小于0.5Ω，決定采用敷設(shè)接地網(wǎng)和引外接地深井相結(jié)合的方式處理(見圖1)。

圖1 接地網(wǎng)超標(biāo)處理設(shè)計(jì)平面圖

在大壩下游至電站廠房尾水區(qū)之間的回水區(qū)域敷設(shè)水下地網(wǎng)；水下地網(wǎng)向上與大壩接地系統(tǒng)可靠連接，向下通過廠房尾水渠地網(wǎng)與廠房接地系統(tǒng)地網(wǎng)連接。將水下地網(wǎng)埋設(shè)于河床內(nèi)深約1.5m處，并用鋼筋石籠或混凝土塊將接地導(dǎo)體沉入水底。

在下游右岸兩條泄洪洞附近的河灘區(qū)域，新增人工水平接地網(wǎng)，并敷設(shè)防腐型物理降阻劑。人工水平接地網(wǎng)埋設(shè)于河灘內(nèi)，該區(qū)域人工水平接地網(wǎng)在汛期將置于水下。

在此區(qū)域段的河床兩側(cè)布置接地深井5孔，根據(jù)原地質(zhì)物探資料，河床兩側(cè)覆蓋層較厚，地下水位較高，適合用深井引外深井接地方式降阻。1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)接地深井位于河道右岸，采用垂直深井方式，每孔深度預(yù)計(jì)100m，4號(hào)、5號(hào)位于河道左岸，由于斜井可有效擴(kuò)大地網(wǎng)范圍、減少屏蔽效應(yīng)，因此4號(hào)、5號(hào)接地深井采用45°斜井方式，每孔深度預(yù)計(jì)140m(垂直深度約100m)。

4 接地網(wǎng)規(guī)格比較

人工水平接地網(wǎng)均壓網(wǎng)面積約320m×50m(長×寬)=16000m2，不同均壓網(wǎng)網(wǎng)格間距的工頻接地電阻，網(wǎng)格間距15m接地電阻作為基準(zhǔn)(0)、網(wǎng)格間距25m接地電阻上升5.10%、網(wǎng)格間距35m接地電阻上升6.70%。接地網(wǎng)均壓網(wǎng)格間距對(duì)工頻接地電阻存在一定影響，因新建人工水平接地網(wǎng)及水下地網(wǎng)對(duì)總接地電阻影響較大，采用均壓網(wǎng)格間距15～25m。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及表面土壤電阻率測(cè)量，可知深井所在區(qū)域表面土壤電阻率約150～430Ω·m，根據(jù)原地質(zhì)物探資料，查《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》(NB/T 35050—2015)附錄F(典型土壤、水及巖石電阻率表)，可知ρ2為2000～5000Ω·m。以垂直深井為例，接地深井深度80m接地電阻7.28Ω、100m接地電阻6.584Ω、120m接地電阻6.009Ω。根據(jù)計(jì)算值及該電站降阻要求，并考慮地質(zhì)條件的差異性，接地深井深度以100m較為適宜。

5 設(shè)計(jì)計(jì)算

5.1 水下接地網(wǎng)電阻計(jì)算

大壩下游至廠房尾水渠間的河床區(qū)域水電阻率約為50～85Ω·m。根據(jù)《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》(NB/T 35050—2015)，水下接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算公式為

式中ρs——水電阻率，Ω·m；

Ks——接地電阻系數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況和土壤電阻率及水電阻率測(cè)試資料，可知大壩下游至尾水區(qū)域水電阻率約為50～85Ω·m；Ks與水深H、水底覆蓋層電阻率ρ以及水下接地網(wǎng)的面積S有關(guān)。

在電站枯水期時(shí)，大壩下游至電站廠房尾水區(qū)之間的回水區(qū)域水深約為0.5～1.5m，考慮到枯水期水深，根據(jù)《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》(NB/T 35050—2015)附錄A曲線推算，接地電阻系數(shù)Ks取1.2～1.4。

計(jì)算得大壩下游至電站廠房尾水區(qū)之間的回水區(qū)域水下地網(wǎng)接地電阻為

R水=2.975Ω

5.2 人工水平地網(wǎng)電阻計(jì)算

根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料及現(xiàn)場(chǎng)土壤表層電阻率測(cè)試情況，水平接地網(wǎng)所處區(qū)域的上層電阻率ρ1約為150～430Ω·m，考慮實(shí)測(cè)電阻率情況，ρ1計(jì)算值取300Ω·m；下層電阻率ρ2約為2000～5000Ω·m，根據(jù)電站工程地質(zhì)資料及《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》(NB/T 35050—2015)，ρ2計(jì)算值取2500Ω·m。

根據(jù)《水利水電工程接地設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL587—2012)，土壤具有兩層結(jié)構(gòu)的水平接地網(wǎng)(見圖2)的接地電阻計(jì)算公式為

式中ρ1、ρ2——上、下層土壤電阻率，Ω·m；

S——接地網(wǎng)總面積，m2；

K——系數(shù),根據(jù)《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》(NB/T 35050—2015)，取0.4。

圖2 兩層土壤電阻率的接地網(wǎng)

為滿足接地設(shè)計(jì)要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地貌和踏勘情況，人工水平接地網(wǎng)面積S約為16000m2，經(jīng)計(jì)算得R水平=4.664Ω。

人工水平接地網(wǎng)在電站汛期時(shí)，將淹沒在水下，其接地電阻值會(huì)有一定程度的降低。

5.3 引外深井接地

a.通過2根-60×8的鍍鋅接地扁鋼與新敷設(shè)的水下接地網(wǎng)及原廠區(qū)樞紐接地網(wǎng)連接；接地深井深度初步設(shè)定為100～140m。

b.垂直接地極最底端18m為6套長度為3000mm的高能離子棒，以增加深井的降阻效果；其余部分采用銅鍍鋼棒。

c.各深井之間的電氣距離應(yīng)大于1.5～2倍井深。

d.根據(jù)《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》(NB/T 35050—2015)，加降阻劑后垂直接地體的接地電阻可按下式計(jì)算：

e.電阻率ρ的計(jì)算方法(見圖3)：

L

式中ρ——土壤電阻率，Ω·m；

L——垂直接地體的長度；

ρ1、ρ2——上、下層土壤電阻率，Ω·m；

H——電阻率為ρ1的土壤深度，m，取50m；

d——計(jì)算直徑，取0.13m。

f.深井接地極接地電阻計(jì)算。根據(jù)各深井處地質(zhì)狀況，查《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》(NB/T 35050—2015)附錄F(典型土壤、水及巖石電阻率表)后計(jì)算得：1～5號(hào)深井接地極電阻值分別為6.584Ω、5.586Ω、5.586Ω、6.328Ω、5.434Ω。

圖3 接地深井計(jì)算斷面示意圖

5.4 技改后總接地電阻計(jì)算

技改后總接地電阻計(jì)算見下表。

技改后總接地電阻計(jì)算表

計(jì)算得R=0.357Ω，考慮各地網(wǎng)的屏蔽效應(yīng)及季節(jié)和環(huán)境影響因素，參考導(dǎo)則取綜合系數(shù)1.3修正計(jì)算后，得R總=0.464Ω<0.5Ω。

6 結(jié) 語

計(jì)算結(jié)果表明，新增接地網(wǎng)完工后，與原接地網(wǎng)連接并考慮季節(jié)和屏蔽系數(shù)，電站接地網(wǎng)的接地電阻可降到0.50Ω以下，滿足設(shè)計(jì)要求。