貴州省烏圖河一級水電站接地設計方案李祖杰（水利部山西水利水電勘測設計研究院，山西 太原030024）摘 要：針對烏圖河一級水電站的接地網設計存在土壤電阻率高，可用場地小，地勢險峻、地形復雜等因難因素的現狀，結合其它山區水電站的接地網設計、運行經驗，對烏圖河一級水電站接地工程進行了設計分析，提出沿河道設置地網和在適當地區設置外延接地降阻并配合降阻劑降阻的方案。關鍵詞：水電站 接地裝置 接地電阻 降阻措施中圖分類號：TV734 文獻標識碼：B1 工程概況烏圖河一級水電站位于貴州省水城縣花嘎鄉境內的烏圖河瓦房寨附近，供電范圍為花嘎、順場、野鐘鄉等缺電突出地區。水電站樞紐工程由混凝土拱壩和引水發電系統組成，其中引水發電系統將河水由樞紐引水閘經引水發電洞，引至電站。電站為地面式廠房，總裝機212 500kW，多年平均發電量10 988萬kWh。2 接地設計的必要性 近年來，因為接地不良產生的雷電擊壞主設備、擊壞微機保護等控制設備的事故在中小型水電站時有發生,因而應對中小型水電站的接地問題引起充分的重視，作為接地工程質量的關鍵環節，設計的合理性尤其重要。只有通過認真的研究和探討,找到有效降低中小型水電站接地裝置接地電阻的措施,做好水電站接地的降阻工作, 才能保證水電站安全運行。3 接地電阻偏高的原因分析接地電阻偏高的原因主要是以下原因造成的:（1）土壤電阻較高。山區的土壤電阻率一般都偏高,特別是南方山區水電站的土壤電阻率一般都在2 0003 000.m,嚴重的甚至高達5 000.m。因接地裝置的接地電阻與土壤電阻率成正比,接地裝置面積一定時,土壤電阻率愈高,接地裝置的接地電阻也就愈高,降阻難度也就愈大。（2）土層薄,地質條件差。山區水電站處的土質一般為風化石土壤,或碎石土壤,土層薄,一般不足30cm,大多地方為巖石沒有土層,由于土層薄,就影響水平接地體和垂直接地體的埋深。經檢查，山區水電站接地裝置的水平接地體的埋深一般都不到30cm,有的敷在地表;由于土層薄,垂直接地體打不下去，其深度一般都達不到設計要求。由于接地體敷在地表,一方面由于上層土壤土質松散,接地體不能與大地緊密接觸,造成接觸電阻大,且因土壤干濕度易變化,易造成接地體的接地電阻不穩定。另一方面由于上層土壤含氧量高,接地體易發生吸氧腐蝕,而使接地體與周圍土壤之間的接觸電阻增大。同時,由于腐蝕還會造成接地網裂解使部分設備失去接地作用。（3）場地狹小,使接地網面積偏小。一般山區水電站都在山谷中,場地狹小,這就使水電站的接地網嚴重偏小。有的甚至沒有地方建接地網,這就給接地降阻帶來非常大的難題。山區水電站由于土壤電阻率高，土質差,土層薄,接地體埋深不夠，接地網面積小,這就是造成接地電阻偏高的主要原因。4降低接地電阻的一般措施（1）利用降阻劑進行降阻,特別是對外延接地可施加降阻劑進行降阻,但在降阻劑的使用時一定要選擇降阻性能好,無腐蝕,性能穩定的降阻劑進行降阻。另外,對一些電氣設備的基礎和與變電所聯接的道路,或變電所硬化部分的底部可以采用導電水泥進行降阻,道路表面為了提高跨步電壓允許值,可用普通水泥,或者鋪瀝清進行處理。（2）改進接地材料，垂直接地極采用電解離子接地系統。這是因為，與傳統的接地方式相比較，電解離子接地系統能使雷電沖擊電流及故障電流更快地擴散于土壤中，因此，在惡劣的土壤條件下，接地效果尤為顯著。離子接地系統包含的回填材料具有非常好的膨脹性、吸水性及離子滲透性，通過毛細原理實現水分保留。（3）采取綜合降阻措施 山區水電站由于其接地電阻偏高,采取單一的降阻措施往往難以達到預期的降阻目標,這時需要對現場地形、地勢及土壤電阻率等現場條件進行綜合分析,采取綜合的降阻措施,以達到有效的,大幅度的降低接地電阻的目的。5土壤電阻率及接地電阻的確定受土壤的成分、層次、含水量等因素的影響，接地設計所使用的土壤電阻率很難確定。根據烏圖河土壤電阻率初步實測資料，烏圖河一級水電站尾水處河水電阻率為60.m，因季節因素影響不大，所以不考慮季節調整系數。水電站站房處土壤電阻率的平均值為1 500.m，由于水平接地體埋深設計為0.9m，季節調整系數取1.36，實際計算水平接地體土壤電阻率取值為1 500.m 1.36=2 040.m。依據小型水電站設計規范，要求中小型水電站的接地電阻最大允許值均為1。6接地設計方案一個良好在接地系統應首先考慮充分利用自然接地體，比如廠房主鋼筋網、引水管等，把這些自然接地體連接為一可靠的整體，可以有效地降低接地電阻。但是在本站中，設計最大接地電阻允許值為1，僅依靠自然接地體很難達到要求，所有本接地方案以人工接地網為主，將自然接地體對接地電阻的影響作為設計裕量。根據烏圖河一級水電站所處地理位置，本次人工接地網設計采用在電站站房周圍敷設外延接地網及下游河道敷設接地網兩種方案進行比較。（1）在電站站房周圍敷設外延接地網方案在合適的地方設置外延接地,首先在水電站附近認真進行勘探、測量土壤電阻率,找土壤電阻率較低的地方做外延接地。根據交流電氣裝置接地中人工接地極的工頻接地電阻的估算公式：: 式中:R接地裝置的工頻接地電阻,1;土壤電阻率, 2 040.m; s地網面積,m2。計算得S106m2由于電站位于山谷，場地狹小，沒有大面積的場地作外延接地網，故本方案不適用。（2）下游河道敷設接地網方案烏圖河一級水電站為引水式水電站,由于沒有大的水域設置水下地網,但可以沿河道向上、下游在河道的兩邊設置河岸接地網。河岸接地網因為河流常年濕度較大，土壤電阻率一般較低,對降接地電阻非常有效，河岸接地網一般應在2030m設置一道跨河橫線同時起到水下地網的作用。在河岸每6m設置垂直接地極進行固定。a）依據水力發電廠接地設計技術導則垂直接地體接地電阻公式：式中： 土壤電阻率，60.m；L垂直接地體的長度，取3m；d接地體直徑，53 mm；計算得出Rd=16.29。其并聯后接地電阻為： 式中： n垂直接地體根數，16根；利用系數，取0.8；計算得出 R1=1.27。b）依據水力發電廠接地設計技術導則水平接地體接地電阻公式： 式中：土壤電阻率，60.m；L水平接地體的長度，取100m；h水平接地體的埋設深度，取0.9m；d接地體直徑，取40 mm；A水平接地體的形狀系數，取1；計算得出RP=1.293。c）接地網總接地電阻1/R1/ R1+1/Rp R=0.641由上的結果可知，在不計自然接地體接地電阻的情況下，只要在河道兩側敷設100m的水平接地網及16根垂直接地極即可實現規范要求，故推薦本方案。通過上述兩方案比較我們對山區水電站接地網進行分析，山區水電站接地網應盡量打在低電阻率（如河道、大壩等）的地方，如果附近沒有合適的位置或接地電阻不能達到設計要求，應附以其它的降阻措施。7接觸電壓、跨步電壓處理措施針對接觸電壓、跨步電壓不能滿足要求時應采取以下措施：（1）在人員經常走動的道路等地的四周應鋪設電阻率較高的卵石、水泥、礫石、或瀝青混凝土等，從而提高允許接觸電壓和跨步接觸電壓（2）在各建筑物出入口、接地網邊緣經常有人出入的道路處鋪設礫石、瀝青路面或在地下裝設兩條與接地網相連的帽檐式均壓帶。8結束語通過以上對烏圖河一級水電站的接地網設計分析，并結合其它山區水電站接地網設計和實施經驗，接地電阻偏高的主要原因是土壤電阻率高,土質差,土層薄,接地體埋深不夠,地網面積小。因而進行山區水電站的接地設計時要對現場地形、地勢及土壤電阻率等現場條件進行綜合分析,通過認真的技術經濟分析,對水電站的接地進行優化設計，根據現場實際條件因地制宜地確定有針對性的接地網型式、確定采取的降阻措施，諸如水下地網、河岸地網、外延接地網和降阻劑等多種降阻措施進，也可采取復合降阻措施進行降阻。對廠內地網要改善其地電位分布，防止地電位干擾，以保證水電站的安全穩定運行。作者簡介：李祖杰，男，1975年生，1998年畢業于太原重型機械學院電氣工程系電氣技術專業，工程師。收稿日期：2008-10-02 修回日期：2008-12-12The Grounding Design Plan of the First Wutu River Hydropower Station of Guizhou ProvinceLI Zu-jieAbstract :Aiming at the existing problems such as: high soil resistivity, narrow usable place, rugged terrain and complex topography, which are encountered during the design of grounding net, and referring to the grounding net design and operating experience of other hydropower stations located in mountain areas, the grounding engineering of the first Wutu river hydropower station are analyzed and designed. After that, the plan of setting grounding net along river and using the