高原地區(qū)大型水電站接地網(wǎng)接地阻抗測試

李 超，李 俊

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，成都 610051)

0 引言

某高原地區(qū)大型水電站位于四川省甘孜藏族自治州雅江縣境內(nèi)，處于藏區(qū)腹地，電站區(qū)域大，地形地貌復(fù)雜，是中國藏區(qū)綜合規(guī)模最大的水電站工程。工程擁有295 m高的土石壩，是國內(nèi)在建的最高土石壩水電站。電站地下廠房位于大壩右岸，采用三洞室布置型式。由于電站所在區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電站區(qū)域較大，因此接地網(wǎng)是一個(gè)覆蓋了多種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維立體多重地網(wǎng)，接地設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。降低全網(wǎng)接地電阻的關(guān)鍵在于有效利用雅礱江水、壩前區(qū)、大壩迎水面和兩岸邊坡的低土壤電阻率區(qū)域，綜合運(yùn)用均壓、散流、分流和隔離等措施，使全廠接地系統(tǒng)的接地電阻及電氣安全性能達(dá)到規(guī)范的要求[1-2]。

1 電站接地方案

電站接地設(shè)計(jì)原則主要依據(jù)NB/T 35050《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》[3]規(guī)程，全廠接地系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成：電站進(jìn)水口、引水隧洞及壓力鋼管；地下廠房；主變洞室；出線下平洞、出線豎井、出線上平洞；GIS樓和地面副廠房；尾調(diào)交通洞、尾水洞出口交通洞、水廠401B路交通洞和401A路交通洞；進(jìn)廠交通洞；大壩左岸溢洪道、豎井泄洪洞、深孔泄洪洞和放空洞；大壩。

上述接地網(wǎng)構(gòu)成了本電站主要散流地網(wǎng)并通過接地導(dǎo)體將各部分接地網(wǎng)可靠連接，具體連接方式如下：

(1) 電站進(jìn)水口接地網(wǎng)通過壓力引水鋼管與地下廠房接地網(wǎng)連接，通過壩前水下接地網(wǎng)與大壩接地網(wǎng)相連。

(2) 主廠房接地網(wǎng)通過母線洞接地網(wǎng)與主變洞室接地網(wǎng)連接、通過機(jī)組尾水管與尾水調(diào)壓室接地網(wǎng)連接、通過主廠房排風(fēng)洞、水墊塘泵房交通洞與壩后水下接地網(wǎng)連接。

(3) 主變洞室接地網(wǎng)通過500 kV電纜出線豎井及出線平洞與地面出線場接地網(wǎng)連接。

(4) 地下廠房接地網(wǎng)主要利用接地扁鋼網(wǎng)、水工建筑物鋼筋網(wǎng)以及諸如壓力鋼管、蝸殼和水輪機(jī)尾水管鋼襯等自然接地體組成。

(5) 右岸2 875 m平臺的GIS樓和地面副廠房、進(jìn)水口、壩面、左岸泄洪系統(tǒng)之間有電纜溝相連，接地網(wǎng)間通過沿電纜溝敷設(shè)的2根接地扁鋼連接。引水洞、尾水洞、交通洞均敷設(shè)接地連線與地下廠房接地網(wǎng)及其他部位接地網(wǎng)相連接，約每隔30 m沿洞壁將兩側(cè)接地扁鋼環(huán)形連接一次。洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞、豎井泄洪洞接地網(wǎng)利用水工鋼筋(≥φ14)焊接而成，接地網(wǎng)每15 m用熱鍍鋅扁鋼橫連一次。

2 電站接地阻抗測量

2.1 測試原理及規(guī)程規(guī)范要求

(1) 測試電源的選取。

根據(jù)DL/T 475—2017《接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則》6．1．1．1中，現(xiàn)場試驗(yàn)電源裝置采用異頻電源，試驗(yàn)電流頻率宜在40～60 Hz范圍。在偏離工頻的頻率下測試，以消除地中零序電流等工頻干擾及地中高頻干擾等對測試結(jié)果的影響，同時(shí)要求電流幅值大于3 A，且盡可能加大測試電流，提高測試信噪比。

(2) 測試方法的選取。

實(shí)地踏勘水電站周邊地勢、土壤及交通情況。為了減少直線法線間互感耦合及土壤不均勻?qū)y試結(jié)果的影響，對于此類大型接地網(wǎng)應(yīng)選用遠(yuǎn)離夾角法開展現(xiàn)場測試。測試原理圖如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)離夾角法的測試原理圖

(3) 測試電極布置位置的選取。

根據(jù)DL/T 475—2017《接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則》6．2．1．2．3中，通常情況下接地裝置接地阻抗的測試宜采用電流和電位線夾角布置的方式，夾角θ通常為45°以上，一般不宜小于30°，dPG的長度與dCG相近。

對于電流極及電位極與接地網(wǎng)直線距離的選取，根據(jù)DL/T 475—2017《接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則》6．1．2中，通常電流極與被試接地裝置中心的距離dCG應(yīng)為被試接地裝置最大對角線長度D的4～5倍。對超大型的接地裝置的布線，可利用架空線路做電流線和電位線；當(dāng)遠(yuǎn)距離放線有困難時(shí)，在土壤電阻率均勻地區(qū)dCG可取2D，在土壤電阻率不均勻地區(qū)可取3D。可采用GPS定位來確定電位極和電流極的直線距離及其夾角。

2.2 現(xiàn)場布線及電位極、電流極布置情況

本次測試采用遠(yuǎn)離夾角法，電流線與電位線之間的直線夾角為54.1°。電流極選取距離電站主地網(wǎng)直線距離8 km處(索依隧道出口附近小山坡)，電位極選取距離電站主地網(wǎng)直線距離為8 km處(鮮水河河畔公路邊)。電流極、電位極布置位置如圖2、圖3所示。

圖2 接地阻抗測試電位極、電流極位置示意圖

圖3 接地阻抗測試電位極、電流極位置示意圖

電流極、電位極直線距離dPG=dCG=8 km，大于3倍接地網(wǎng)對角線距離(D=2.5 km)，直線夾角大于45°，滿足規(guī)范要求。

電流線、電位線的布線路徑如圖4所示，電流線利用升壓站后山頂部至索衣隧道之間的35 kV架空線作為測試線，電位線采用人工布線方式，沿右岸壩頂公路敷設(shè)至電位極位置。

圖4 接地阻抗測試電流線、電位線布線路徑示意圖

2.3 現(xiàn)場測量

測試采用異頻法，分別測量45 Hz和55 Hz兩個(gè)頻率下的接地阻抗，最后折算為50 Hz的接地阻抗。

現(xiàn)場測試注流點(diǎn)選取500 kV電抗器本體接地扁鐵，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 接地阻抗測試數(shù)據(jù)

根據(jù)DL/T 475—2017《接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則》6．2．1．2．3中規(guī)定，夾角法測試接地阻抗后，需對測試結(jié)果進(jìn)行修正，修正系數(shù)為：

式中：θ為電流線和電位線的夾角，取54.1°；dCG、dPG為電流極、電位極與被試接地裝置中心的距離，取8 km；D為接地網(wǎng)最大對角線長度，取2.5 km。

修正后接地阻抗：

式中：Z’為接地網(wǎng)實(shí)測阻抗值；Z為接地網(wǎng)真實(shí)阻抗值；α為夾角法修正系數(shù)。

2.4 試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》[4]25．0．3中，接地阻抗值應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)沒有規(guī)定時(shí)應(yīng)符合表25．0．3的要求：

Z≤2 000/I或當(dāng)I>4 000 A時(shí)，Z≤0.5 Ω

式中：I為經(jīng)接地裝置流入地中的短路電流(A)；Z為考慮季節(jié)變化的最大接地阻抗(Ω)。

在水電站500 kV高壓電抗器測試點(diǎn)測量的接地阻抗值為0.11 Ω，小于設(shè)計(jì)值0.137 Ω，滿足《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的Z≤0.5 Ω，試驗(yàn)結(jié)果合格。

3 結(jié)論

(1) 本次接地網(wǎng)接地阻抗測試值為大壩蓄水前的值，隨著水電站大壩蓄水高程的增加，接地阻抗值可能會隨之降低。

(2) 隨著我國水電事業(yè)的加速開發(fā)，后續(xù)電站的選址基本在高原、偏遠(yuǎn)山區(qū)居多，地理環(huán)境惡劣、復(fù)雜，接地網(wǎng)的有效設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

(3) 土壤電阻率越高，測得的接地阻抗值越大，因此電流極應(yīng)盡量選擇在土壤電阻率低的位置，如潮濕的黏土地、小水坑等，也可選擇線路桿塔或其他良好的自然接地極。電位極則無特別要求，適合打樁即可。為了確保測量的準(zhǔn)確性，可提前一到兩天對電流極打樁區(qū)域澆潑鹽水進(jìn)行降阻處理。

(4) 電站周圍的施工電網(wǎng)線路較多，有35 kV、220 kV等多回交流輸電線路，運(yùn)行中的交流線路不平衡負(fù)荷會引起周圍電場的變化，因此在測試時(shí)應(yīng)盡量停運(yùn)周圍輸電線路，減少干擾。

(5) 大型電站的接地網(wǎng)都有面積大、區(qū)域廣、施工作業(yè)面多等情況，接地網(wǎng)焊接部位要滿足搭接面積要求，接地扁鐵網(wǎng)格搭建應(yīng)盡量密。要充分利用水下鋼筋網(wǎng)和水工建筑物中的自然接地網(wǎng)，能夠有效降低大型電站接地網(wǎng)的接地阻抗值。

(6) 在后期電站運(yùn)行過程中，應(yīng)定期對接地系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)通性測試，確保設(shè)備接地可靠。同時(shí)按照規(guī)程規(guī)范要求，定期對電站主接地網(wǎng)接地阻抗進(jìn)行測試，便于發(fā)電企業(yè)有效掌握接地網(wǎng)的安全可靠性。