12 杨兴华—接地网降阻工程

柘溪电厂接地网降阻工程
杨兴华
（湖南省电力公司柘溪水力发电厂，湖南安化）概述：柘溪电厂接地网从1962年初步建成，到2006年运行年限长达45年，接地电阻从运行之初的0.5Ω增大到2000年测试的0.872Ω（98年测试结果0.845Ω），期间虽经过两次小范围的降阻整改，但由于年代的久远，地网腐蚀严重，已无法满足越来越大的系统短路电流通流的安全要求，对设备和人员安全构成了严重威胁，2006年，在柘溪扩建工程施工的同时，由湖南省汇粹电力技术有限公司对地网实施了整体接地降阻改造，经过近两年的运行维护，地网趋于整体稳定，2010年再次对整个地网进行测试，测试证明柘溪接地网降阻工程基本到达了预期成效。

关键词：接地网降阻成效
1 概况
柘溪电厂位于资水中游的大溶塘峡谷内，下距安化县城12km。

第一期工程装机容量447.5MW，厂区主体建筑由拦河大坝、坝后式厂房、开关站、生产办公楼等组成，功能布置在东西约400m，南北约300m的狭小区域，1961年元月第一台机组投产发电，为湖南电网骨干电厂，多年平均发电量21.7亿kW·h。

2008年完工的第二期工程增加了2台单机容量250MW水轮发电机组，利用原有水库，在拦河坝右侧山体内设2条引水洞，引水至山后地面式发电厂房。

主厂房全长105.0m，宽32.0m，与原厂房衔接，以两条220kV线路与系统连接，电厂第二期工程完工后装机容量逾百万千瓦。

柘溪电厂接地网在2004年第二期工程启动前面积约为12000m2m，主要由开关站、老厂房、#1尾水平台及拦河大坝地网组成。

2 柘溪接地网阻值的要求
2.1 电厂接地的意义
发电厂的接地好坏直接关系到人身和设备的安全，因而愈来愈受到重视，这是因为电厂的接地网不但要满足工频短路电流的要求，还要满足雷电冲击电流的要求。

由于接地网的缺陷，引发的事故不胜枚举，原因既有地网接地电阻方面的问题，又有地网均压方面的问题。

随着电网的发展，特别是微机保护、综合自动化装置的大量应用，这种弱电元件对接地网的要求更高，地电位的干扰对监控和自动化装置的影响不得不引起人们的重视。

为了保证发电厂内的一次设备、二次设备和微机自控装置的安全稳定运行，对发电厂的接地网必须着重解决以下问题。

（1）接地网的接地电阻，直接关系到工频接地短路和雷电流入地时地电位的升高。

（2）地网均压，特别是接地网的局部容易向电缆沟内的电缆产生反击造成控制保护设备的损坏引发恶性事故。

（3）设备接地，特别严重的是有的防雷设备，如避雷线、避雷器的接地不好，会产生很高的残压和反击过电压。

（4）接地线的热稳定，如果接地线的热稳定达不到要求，在接地短路电流流过时，就会把接地线烧断，造成设备外壳带电，还容易发生高压向保护和控制线反击。

（5）接地网的腐蚀，由于接地装置在地下运行，故运行条件恶劣，特别是在一些潮湿的地方，或土壤呈酸性的地方最容易发生腐蚀。

接地网腐蚀后电气参数会发生变化，甚至会造成电气设备的接地与地网之间，地网各部分之间形成电气上的开路，因而应受到特别的重视。

2.2柘溪地网接地电阻允许值
根据中南勘测设计院对柘溪扩建工程接地设计计算值，220kV母线发生单相接地短路时，全厂接地电阻允许值应不大于0.381Ω（相应接地网电位为2000V）。

如在新、老厂母线之间合理的建立电气联系条件下，全厂接地电阻允许值R 应不大于0.21Ω。

参照三峡、凤滩等大、中型水电站的接地网电位按5000V设计，考虑到柘溪电厂单机容量及远期二十年内220kV母线单相短路电流水平19.29kA，地网电位选取3000V比较合适，相应接地电阻允许值为0.31Ω。

故柘溪地网接地电阻设计允许值为0.29X（1±10%）Ω，即不超过0.32Ω。

柘溪扩建工程主厂房接地网地处高电阻率地区，地网主要对厂房起均压作用，以保证人身和设备的安全，真正能降低扩建部分接地电阻的主要靠新厂进水口接地网与尾水系统接地网。

其中进水口接地网的面积约3000m2，尾水系统接地网的面积约4000m2，接地网总面积7000m2。

经过计算，仍无法满足全厂设计允许值要求，需要进行降阻处理。

3 柘溪接地网降阻措施
由于柘溪电厂接地电阻允许值要求较高，难以单纯地通过降低地网电阻来达到要求，结合三峡、凤滩等大、中型水电站通过提高地网电位与敷设大面积水下接地网的良好工程经验，故柘溪地网亦通过这种方式来实施，主要措施为：（1）改造第一期工程相关接地网；
（2）扩大水下接地网面积；
（3）采用工频反击过电压及其保护措施。

3.1 #1开关站（老厂开关站）区域接地改造
#1开关站220kV区域三条出线龙门架下埋设了三根垂直接地极，接地极埋设深度约为3至4m，并通过50×5的接地扁钢沿220kV进线侧方向与开关站主地网连接，同时与开关站主地网相连的两根TJ—120铜绞线通过电缆隧道将开关站与135出线平台及通过135边坡靠#1变侧电缆桥架与老厂主变箱体底座接地连接。

敷设到220kV出线龙门架侧的铜绞线自东向西与三根垂直接地极采用5×50的扁钢焊接，并与220kV I母B相TV底下接地丼相连。

2007年开关站110kV系统改造，地网采用等距布置50×5扁钢，形成矩形均压区域的方法进行，与220kV系统区域进行了可靠连接。

3.2 库区水下地网部分的施工
3.2.1 水电阻率的说明
水下地网是降低接地电阻最有效的方式，降阻的效果与水的电阻率、水网面积有密切关系。

2005年12月和06年3月经试研院对柘溪电厂的水样导电率进行测试，源水的导电率分别为219μs/cm、216μs/cm，尾水的导电率分别为201μs/cm、198.3μs/cm。

3.2.2 水下地网施工
地网降阻以敷设坝上库区水下地网为主；
水下地网敷设采用矩形格法进行敷设，材料采用TGX—Ф12B水平连铸铜包钢导线及TJ-120铜绞线，以柘溪水库老拦污栅处为入水起点，水下地网边沿距离大坝267m，左右两岸敷设的铜包钢导线沿水库上游两岸145m高程以下处分别敷设并固定，每个矩形格间距约为50m，跨库铜包钢导线共计12根，每根导线悬挂2至3块约80公斤的水泥沉块吊落沉于水库底部，同时导线自然下垂沉底，水下地网敷设面积约为16万m2。

3.3 水下地网与新厂主地网的连接方式
以柘溪#7引水洞进水口152m高程预埋的两根50*5mm铜排为起点，焊连的TJ-120铜绞线一端横向沿▽160m高程敷设至库区老拦污栅处，与水下地网连接。

另一端沿#7引水隧洞向下，通过#7引水隧洞混凝土衬砌钢筋制安在半腰洞壁敷设两根TJ-120铜绞线相连，并在#7引水隧洞靠新厂房出口沿新厂房靠▽135高程边坡沿厂房的浇注梁上行，分别延引至＃7机主变和＃8机主变的接地网，并采用铜铁过渡接头与之相连，铜绞线的敷设长度分别为至#7变525m，至#8变675m，这样就形成了新厂主地网与水下地网的连接。

3.4 新厂房部分的改造与相关地网的连接
3.4.1新厂房与开关站的地网连接：在新厂房混凝土浇注期间，预埋了两根50×5m m2扁钢。

该两根扁钢的一端与新厂房的骨干地网扁钢进行可靠连接，另一端分别连接到原开关站的110kV区域和220kV区域中的地网主线上。

3.4.2新厂房与生产办公楼的连接：办公楼在新厂房土建阶段，将连接至老厂房地网的联络线挖断，当时处于孤立运行阶段。

在新厂房地网建设期间，需用两根50×5扁钢的一端与新厂房的骨干地网扁钢进行可靠连接，另一端连接到办公楼的主地网，以充分利用办公楼的深井接地极的散流作用。

3.4.3新老厂房地网之间的连接：采用两根50×5m m2的扁钢，将两端分别可靠连接到新老厂房地骨干接地扁铁上。

3.4.4 原老厂主变压器场的地网加强联接线采用两根TJ-120的铜绞线连接。

连接时，该铜绞线贯穿所有的主变，分别通过铜钢过渡接头连接到主变接地点和主变区域的地网上。

3.4.5老厂出线平台（包括电缆隧道）地网的骨干部分将通过铜铁过渡头与新敷设的两根TJ-120铜绞线连接，以增强出线平台地网的散流能力。

3.4.6老厂房、主变压器场及出线平台部分与原开关站的连接采用两根TJ-120铜绞线沿靠#1主变压器侧135边坡电缆桥架入电缆隧洞至开关站，使新老厂房与开关站形成一个闭合的整体。

该两根TJ-120铜绞线在开关站与110kV和220kV部分，均通过铜铁过渡头分别与之可靠连接。

4 柘溪接地网降阻的成效检测
4.1 接地降阻工程实施后地网概况
接地降阻结合柘溪扩建工程施工于2008年5月完毕之后，全厂接地系统由水下地网、进水口接地网、引水系统接地网、主厂房接地网、上游副厂房接地网、开关站接地网、生产办公楼接地网、尾水系统接地网及自然接地体等组成一个总接地网，所有地网之间都形成了有效连接，形成了一个从扩建工程尾水平台到坝上库区水下地网对角线长度为1100m的接地网。

4.2 接地降阻测试检查
为检测接地降阻工程实施的效果，湖南省电力试验研究院于2008年3月、2010年5月对柘溪接地网进行了两次全面测试。

4.2.1主接地网接地阻抗测试原理
大型地网接地阻抗一般采用工频大电流或新规程推荐使用的异频法进行测试。

柘溪地网测试中，为了消除工频干挠，采用异频法进行测试。

异频法的测量原理基于电流－电压表三极法，采用直线方式放线，如图1所示：
图1 直线三极法测量原理图
4.2.2 测试情况（第一次测试时间：2008.3）
第一次测试，测试布线沿坝上库区上游方向布置
电流注入点：#7主变接地处
电流极位置：距离电流注入点4200m
电压极位置：距离电流注入点2590m
测试结果：
电压极调整频率电流电压阻抗电阻电抗
0.618X+200m 44.491 8.019 2.311 0.287 0.234 0.112 46.988 7.942 2.385 0.300 0.265 0.140
53.006 8.296 2.798 0.337 0.256 0.219
54.999 8.196 2.860 0.348 0.242 0.250
0.618处45.008 7.978 2.308 0.289 0.266 0.113 47.006 7.671 2.343 0.305 0.272 0.137 53.023 8.387 2.858 0.340 0.259 0.220 55.000 8.144 2.880 0.353 0.245 0.254
0.618X-200m 45.008 8.004 2.297 0.287 0.264 0.111
46.995 7.463 2.228 0.298 0.266 0.134 52.989 7.822 2.632 0.336 0.254 0.220 55.007 7.789 2.710 0.347 0.249 0.243
采用简单平均法后的接地电阻值为0.26Ω（考虑接地电抗的影响，接地阻抗的平均值为0.32Ω）。

第二次测试，测试布线沿下游方向右岸简易公路布置。

测点布置,采用了GPS（全球卫星定位仪）测量各电极位置，确保各电极距离满足要求：测量时电流线长3400m，电压线长2100m。

布线方式见图3：电流注入点：110kV区域、220kV区域；
电流极位置：距离电流注入点3400m；
电压极位置：距离电流注入点2100m；
图3 测量布线图
电流注入点分别为110kV区域及220kV区域；
电流注入点为110kV区域测试结果：
电压极调整频率电流电压阻抗电阻电抗
0.618D+5% 45 7.992 2.567 0.321 0.203 0.300 47 8.068 2.683 0.332 0.210 0.300 53 8.106 2.971 0.366 0.186 0.275 55 7.943 2.928 0.368 0.191 0.257 考虑感抗后计算50Hz平均值0.32
0.618D 45 7.987 2.365 0.296 0.187 0.228 47 7.935 2.549 0.321 0.223 0.230 53 8.086 2.595 0.321 0.193 0.256 55 7.909 2.644 0.334 0.202 0.266 考虑感抗后计算50Hz平均值0.31
0.618D-5% 45 7.998 2.124 0.265 0.167 0.206 47 7.957 2.018 0.253 0.162 0.194 53 8.018 2.383 0.295 0.182 0.232 55 7.924 2.409 0.304 0.187 0.246 考虑感抗后计算50Hz平均值0.26
电流注入点为220kV区域测试结果：
0.618D 45 8.031 2.609 0.324 0.187 0.265 47 8.032 2.733 0.34 0.194 0.270 53 8.08 2.938 0.363 0.203 0.301 55 7.969 2.941 0.369 0.201 0.309 考虑感抗后计算50Hz平均值0.34
0.618D-5% 45 7.854 2.513 0.319 0.191 0.256 47 7.926 2.576 0.325 0.170 0.276 53 7.995 2.851 0.356 0.200 0.295 55 7.823 2.826 0.361 0.200 0.300 考虑感抗后计算50Hz平均值0.32
根据四组测试值综合计算后得知，柘溪电站主地网接地电阻为0.201Ω，感抗值为0.30Ω，综合接地阻抗值为0.32Ω。

结合两次测试，试验布线一次采取沿上游水库，一次沿下游简易公路，从两次测试结果比对分析来看，测试结果基本吻合。

5 接地网现有遗留问题
通过对柘溪地网的特性参数测试和开关站220kV区域电气设备引下线腐蚀抽样开挖检查，发现存在接触电势与跨步电势偏高的现象，为确保人身安全和地网整体结构的通流与均压完好性，还需对老厂开关站220kV区域地网进行均压措施改造。

6 结束语
柘溪接地网接地电阻偏大一直是影响柘溪电厂设备安全运行的重大隐患，电厂以紧紧抓住扩建工程为契机，对地网采用“以新带老”改造模式，运用相对成熟的降阻技术，解决了困扰电厂多年的疑难问题，在进一步完善老厂开关站220kV 区域均压改造后，柘溪电厂接地网已能满足系统安全运行的需要，达到了改造的效果。

作者简介：杨兴华（1969年8月--），男，电气试验技师，助理工程师，主要从事电厂检修管理工作。