观音岩水电站接地网改造设计与实现

观音岩水电站接地网改造设计与实现
发表时间：2020-11-20T14:26:40.067Z 来源：《中国电业》2020年7月第19期作者：单文坤
[导读] 观音岩水电站原接地网接地阻抗远高于设计值要求，经过计算对比和技术分析，制定了在大坝上游库区敷
单文坤
大唐观音岩水电开发有限公司，云南昆明 650103
摘要：观音岩水电站原接地网接地阻抗远高于设计值要求，经过计算对比和技术分析，制定了在大坝上游库区敷设水下接地网和加装防腐电解离子接地极的改造方案。

改造工程实施后，降阻效果十分明显，主接地网接地阻抗和其它技术指标都满足设计值要求。

关键字：水电站；接地网；接地体；接地阻抗
观音岩水电站是金沙江中游河段的八级大型水力发电厂之一，处于云南省与四川省接壤处，距华坪县城区42km，距攀枝花市区27km，距昆明360km。

水坝顶部长1158m，重力坝高159m，堆石坝高71m，水库正常水位1134米，总库容22.5亿m3，调节库容5.55亿m3。

发电厂安装5台600MW水轮机组，通过2回500KV线路与电网连接，首台机组于2014年12月投运，2016年5月全部机组投运。

观音岩水电站工程枢纽范围内为岩溶地貌，基岩以各种弱风化岩体为主，表层土壤大多为碎石或砂质壤土，不同位置的岩层和土体电阻率在25-1800Ω·m范围变化，河水平均电阻率43.4Ω·m。

基建设计的主接地网由厂房开挖层和厂坝区开挖层接地金属材料相互连接组成。

至2014年1月，该接地网安装工作全部完成，实测接地网接地阻抗为0.5753Ω，远高于0.28Ω的设计要求。

结合观音岩工程枢纽地质状况和环境条件，经过充分技术分析和论证，决定在大坝上游库区敷设水下接地网和加装防腐电解离子接地极的方案，对原接地网进行改造，确保主接地网接地阻抗长期处于低阻稳定的良好状态，各项技术指标满足规程和设计要求。

2014年5月初接地网改造开工，2014年9月底改造全部竣工，主接地网的阻抗值为0.1896Ω，低于设计值0.28Ω。

1 库区电阻率计算分析
1.1 库区平均土壤电阻率计算
改造前的接地网由厂房开挖层接地网和厂坝区开挖层接地网组成，根据施工设计图纸计算，改造前接地体面积S≈300000m2，经实测改造前接地阻抗R=0.5753Ω。

由于厂房开挖层和厂坝开挖层接地体金属材料的连接，构成了一个三维状的接地网，可看成是一个半球面积为300000m2的几何形状。

2 新增水下接地网面积计算和对比分析
尽管库区不可能达到450m的水体深度，但只要将接地网向库区上游进行延伸，理论上就可以达到半球形接地网的同样效果。

从上面的计算对比可以看出，要满足同样的接地阻抗设计值，采用半球形接地网的面积比采用平面形接地网的面积小得多，新增接地网可尽量采用水下立体状布置方式。

同时，岩土电阻率对接地网的面积、材料和施工费用的影响力很大，应采取措施降低岩土的电阻率。

3 接地网改造的总体方案
观音岩处于高电阻率区域，原接地网阻抗无法达到设计值，根据相关规定，必须采取向外扩展、水下铺设接地材料或加装电解离子式接地极等办法减少接地阻抗。

结合观音岩水电站地质和环境特点，通过反复技术分析论证，本接地网改造工程的总体方案是：（1）在上游库区左岸和右岸1030米、1080米、1130米水位，分别敷设3000米相互连接的接地体。

（2）在上游库区左、右岸分别土埋装设23套DK-AG/F 型离子式接地体，减少岩土电阻率，并防止接地体出现电化腐蚀。

（3）在上游库区1030米水位沉江敷设185mm2铜包钢绞线，并与其它接地体可靠连接，组成水下接地体。

（4）检查所有金属材料的安装和连接，测量接地阻抗，并对接触电位差、跨步压降、屏柜对地导通和全厂对地导通进行测试等。

4 DK-AG/F防腐电解离子接地体介绍
DK-AG/F防腐电解离子接地体，不但有效减少了周围岩土电阻率，而且能够对接地体进行很好的防腐保护。

4.1 降阻原理
该接地体主要由不锈钢材质制作的Φ63mn管体、连接软线和镁合金等构成，管壁上开了多个电离子能够通过的小孔，管体内填满有机环保化合物质。

当接地体土埋装设后，士壤里的潮气使化合物分解产生电离子并从小孔排出，被降阻剂吸收且均匀向周边扩散，使接地极周围大片土壤都具有较好导电性。

即便在多石少土的情况下，电离子也能向岩体深处大量渗透，使岩土的导电性得到提高，改善接地极工作条件。

4.2 防腐保护原理
接地体的锈蚀，根本原因是由于金属材质的表面产生了原电池反应。

DK-AG/F防腐电解离子接地体，在保证高导电的情况下，以不锈钢作为本体材料，同时还加进比铁元素更加活泼的镁合金材料，从镁合金材料上通过土壤向被保护体提供电流,使接地体材料不被氧化，从而实现保护的作用。

5 改造工程实施
本改造工程实施主要包括上游库区两岸铺设金属接地材料、土埋装设DK-AG/F型具有防腐功能的电解离子式接地装置、库区新增沉江铜包钢绞线接地材料、接地连接和导通检查、相关测试等工作。

5.1 上游库区两岸人工敷设接地体
（1）在当时水库蓄水位高程1030m两岸，使用-80×6型热镀锌钢铺设水平接地线，水平接地线从大坝开始向上游方向铺设3000米左右。

每10米打入一根L50×5×1000型热镀锌钢作为固定，如果遇到陡峭边坡岩石，则每隔6米左右使用1个膨胀螺栓进行固定。

（2）在水库两岸1080m高程水位线，使用-80×6型热镀锌钢铺设水平接地线，水平接地线从大坝开始向上游方向铺设3000米左右。

每10米打入一根L50×5×1000型热镀锌钢作为固定，如果遇到陡峭边坡岩石，则每隔6米左右使用1个膨胀螺栓进行固定。

（3）从大坝两岸1130m高程水位线开始，向上游方向人工开挖0.6m深的地沟3000米左右，岩石较多的地方以挖到岩石为止，再沿地沟
底部铺设-80×6热镀锌扁钢，每10米在地沟底部打入L50×5×1000型热镀锌钢，遇到陡峭边坡岩石每隔6米左右打1个膨胀螺栓进行固定。

（4）从水平接地线末端开始，用GPS定位系统往大坝方向，每隔约200米在当时水库蓄水位高程1030m接地线上定位出水泥基墩的埋设位置，左右岸分别用风镐挖出5个600×600×1000的地坑，共制作10个钢筋混凝土基墩。

（5）把固定在1130m高程水位线上的扁钢与基墩进行连接，并在基墩上安装一个铜铁转换的连接头。

（6）采用-80×6型热镀锌扁钢从两岸钢筋混凝土基墩向上铺设，依次连接1080m和1130m水位高程的水平接地线。

5.2 防腐电解地极的安装
（1）从两岸1130m水位高程水平接地线的末端开始，用GPS定位系统往大坝方向，每隔约100米人工开挖一条6m长0.6米深向上辐射的地沟，地沟中铺设-80×6型热镀锌扁钢，下端与水平接地线连接。

左右两岸各开挖23条这样的地沟，并按同样方式铺设和连接扁钢。

（2）在每条6米长向上辐射的地沟端部，开挖不小于0.8m深的地坑，打开防腐电解地极封装，把小孔封皮撕开，电解式地极摆放在0.8m深地坑里，电解式地极与接地体引出的扁钢上端连接，在埋设电解式地极的地方盖上专用降阻材料，然后再用泥土填平夯实。

5.3 库区沉江接地体的敷设
（1）在上游当时水位1030m高程水平接地线末端往大坝方向，大概每200米跨江铺设5根185mm2的铜包钢绞线作为沉江接地体。

（2）把185 mm2铜包钢绞线一端焊接在左岸钢筋混凝土基墩的铜铁转换接头上，然后用船搭载铜包钢绞线等施工材料和泡沫漂浮物，横向敷设沉江接地线，铜包钢绞线另一端焊接在右岸对应的钢筋混凝土基墩的铜铁转换接头上，拆除泡沫漂浮物，跨江线逐步下沉，构成水下立体状接地网。

5.4 接地网连接和导通检查
（1）将上游库区左右岸新增的6路水平接地线，分别采用-80×6型热镀锌扁钢就近与水电站大坝原接地网可靠焊接，并做好防腐处理。

（2）检查新增接地体，保证各部分连接可靠后，采用检验合格的测量仪器，测量新增库区与原厂房开挖层接地网、原厂坝区开挖层接地网之间的阻抗，测量值均在50m以下，符合工程质量标准。

5.5 主接地网测试
2014年8月，所有安装、连接、导通测试及整改等工作全部完成后，采用频率45Hz和55Hz,分别在坝顶和主变安装处对主接地网接地阻抗进行测量试验，接地阻抗满足设计要求。

2014年11月，委托云南电力技术有限责任公司全面测试了主接地网的接地阻抗、接触电压、跨步电压、全站及屏柜接地导通等。

主接地网的接地阻抗为0.1896Ω，满足0.28Ω设计标准。

全站设备的接地导通试验都低于50mΩ，按系统最大接地短路电流34.9KA计算的接触电压24.5V、跨步电压4.5V，都满足相关规程的要求。

6 结束语
观音岩水电站敷设水下接地网和加装电解离子接地极的方法，充分发挥了水库上游近坝库区的作用，节省了大量征地成本，工程投入不高，施工方法简单，降阻效果非常明显，主接地网接地阻抗由改造前的0.5753Ω大幅将至0.1896Ω，远远低于设计值0.28Ω的要求。

观音岩水电站接地网改造设计与实现，为地处岩溶地貌区域的水电站解决类似问题积累了成功经验。

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