導語：三峽水利樞紐接地技術(shù)研究論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：三峽水利樞紐工程地處花崗巖地帶，電站裝機數(shù)量多，單機容量大，500kV發(fā)生單相接地故障時接地裝置的入地電流可達33.3kA。按規(guī)范要求接地裝置電位不應超過2000V，三峽電站的接地電阻應不超過0.06Ω。當電站接地裝置處于等效電阻率為1000Ω·m的地區(qū)時，按估算所需接地網(wǎng)面積為70km2，這是不可能做到的。故立題進行探究。摘要：三峽電站接地電阻計算程序電位升高1前言三峽水利樞紐工程規(guī)模巨大，電站共安裝26臺單機容量700MW的水輪發(fā)電機組，在電力系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位。三峽工程的接地裝置設計能否滿足要求是關(guān)系到電站平安運行的重大新問題。由于三峽樞紐工程地處花崗巖地帶，屬高電阻率地區(qū)。按DL/T5091－1999《水力發(fā)電站接地設計技術(shù)導則》規(guī)定，大接地短路電流系統(tǒng)的水電廠接地裝置的接地電阻要滿足R≤2000/I。三峽電站網(wǎng)外發(fā)生500kV單相接地短路故障的最大入地短路電流可達到33.3kA，電站接地電阻應不超過0.06W。若電站接地裝置所在地區(qū)的等效電阻率為1kW·m，可估算出接地裝置的面積為S=(0.5ρ/R)2=(0.5/0.06)2=69.5km2,這是不可能的。為此，1995年提出了“九五”國家攻關(guān)課題《三峽樞紐接地技術(shù)探究》，承擔單位有長江水利委員會設計院，武漢水利電力大學(現(xiàn)武漢大學)，任務是編制立體接地裝置分布、立體電阻率分布的接地電阻計算程序。若接地裝置答應電位升高超過2000V需探究該值還答應提高到多少，以及如何采取電站接地網(wǎng)的均壓、防反擊和隔離辦法等。2三峽水利樞紐接地裝置的布置三峽樞紐工程的各種構(gòu)筑物有大量的結(jié)構(gòu)鋼筋，在接地設計中應充分利用樞紐建筑物的自然接地體。根據(jù)三峽樞紐的布置，接地裝置由6部分組成摘要：①大壩接地裝置；②左岸電站接地裝置；③右岸電站接地裝置；④泄水閘接地裝置；⑤永久船閘接地裝置；⑥臨時船閘和升船機接地裝置。2.1大壩接地裝置三峽大壩全長約為2km，大壩上游迎水面結(jié)構(gòu)表層鋼筋網(wǎng)孔為20m×20m，作為垂直地網(wǎng)面積為239000m2。在上游庫底敷設人工接地網(wǎng)，網(wǎng)孔為50m×50m，水平地網(wǎng)面積為245000m2。2.2左、右岸電站接地裝置三峽左、右岸電站接地裝置布置相同，充分利用水下鋼結(jié)構(gòu)物連成一體，鋼結(jié)構(gòu)物有摘要：尾水護坦結(jié)構(gòu)鋼筋、尾水底板結(jié)構(gòu)鋼筋、蝸殼、錐管、進水壓力鋼管等。在主、副廠房各樓層的底板四面還設置了接地干線，每層的電氣設備接地線就近和接地干線連接，每層樓板接地干線和垂直接地干線連成一體。避雷器接地引下線直接引至進水壓力鋼管。布置變壓器、電抗器的82m高程平臺和副廠房92m高程GIS室皆利用樓板結(jié)構(gòu)鋼筋作為接地裝置。500kVGIS室敷設兩條接地銅母線，GIS設備接地線和銅母線連接，銅母線和樓板中地網(wǎng)多點連接。副廠房頂上的電氣設備接地裝置和副廠房頂上人工地網(wǎng)相連接。左岸電站水平接地網(wǎng)面積為28800m2，右岸電站水平接地網(wǎng)面積為36400m2。2.3泄水閘接地裝置泄水閘全長583m，有22個底孔、23個深孔和22個表孔。閘門槽鋼結(jié)構(gòu)和上游迎水面結(jié)構(gòu)鋼筋連接，閘門槽鋼結(jié)構(gòu)頂端和壩頂門機軌道連接，底端和泄洪壩段的深孔底板接地網(wǎng)和1～7號泄洪壩段下游護坦接地網(wǎng)連接。泄洪壩段接地網(wǎng)面積為7200m2。2.4永久船閘接地裝置雙線五級船閘全長1600m，將船閘的閘室底板和側(cè)墻結(jié)構(gòu)鋼筋和貫五級船閘兩側(cè)四條輸水廊道結(jié)構(gòu)鋼筋連接一體，上下游導航墻的表層結(jié)構(gòu)鋼筋和船閘側(cè)墻鋼筋和人字門連接一起，永久船閘接地網(wǎng)面積為316000m2。2.5臨時船閘和升船機接地裝置臨時船閘為一級船閘，船閘上下游導航墻表層結(jié)構(gòu)鋼筋和閘室底板結(jié)構(gòu)鋼筋和人字門連接在一起。臨時船閘接地網(wǎng)面積為13300m2。利用升船機滑道將升船機蓄水槽接地網(wǎng)和金屬沉船箱連接，蓄水槽接地網(wǎng)面積為3300m2。臨時船閘接地網(wǎng)和升船機接地網(wǎng)緊鄰，將兩接地網(wǎng)連接在一起。以上6部分接地裝置是通過大壩上游迎水面結(jié)構(gòu)表層鋼筋、貫穿整個大壩電纜廊道的接地干線、基礎(chǔ)廊道接地裝置和壩面門機軌道連接在一起的。3接地電阻的計算方法和程序驗證三峽大壩區(qū)域散流介質(zhì)分布極其復雜，電導特性各不相同，用常規(guī)接地計算方法無法計算分析三峽樞紐如此復雜的立體地網(wǎng)的接地參數(shù)。武漢水利電力大學采用邊界元算法對三峽樞紐接地裝置的接地參數(shù)作了數(shù)值計算和分析，編制了計算接地電阻的程序，完全在Win98/2000環(huán)境下利用面向?qū)ο蟮?2位C開發(fā)平臺完成了三峽接地計算軟件的編制工作以及大規(guī)模的數(shù)值計算。首先根據(jù)對三峽樞紐地質(zhì)結(jié)構(gòu)的全面分析，確定了可描述三峽大壩地區(qū)散流媒質(zhì)特性的物理模型，進而通過對三維電流場位勢新問題的域內(nèi)積分方程和邊界積分方程的推導，建立了能有效進行三峽接地計算的數(shù)學模型。計算中考慮了大壩上下游水位、土壤復合分層以及長江河床目前狀況的影響，突出了不同散流媒質(zhì)電導特性的差異。利用在三峽模型基礎(chǔ)上編制的程序可以計算均勻土壤和雙層土壤中的一些簡單或規(guī)則的接地體的接地電阻值，根據(jù)計算結(jié)果和已有的理論或計算結(jié)果的一致性，間接地驗證了計算公式和程序的正確性。為了驗證所編制的接地電阻計算程序的正確性，1997年10月24～30日在北京東辰科學技術(shù)探究所的戶外沙池進行了兩種地網(wǎng)模型（不同尺寸的倒T型地網(wǎng)）和土壤分層（水平3層、垂直4層）的模擬試驗，測量的接地電阻值和程序計算的接地電阻值誤差在10%以內(nèi)。1998年3月17日在武漢水利電力大學的瓊脂電解槽中（電導媒質(zhì)為水和瓊脂）進行了兩種地網(wǎng)模型（L型地網(wǎng)和倒T型地網(wǎng)）和土壤分層（水平2層、垂直3層）的小比例模擬試驗，測量的接地電阻值和程序計算的接地電阻值誤差在8%以內(nèi)。利用計算程序?qū)笔「邏沃匏娬窘拥匮b置進行了計算，電站接地電阻的計算值為0.3914Ω。1999年6月21日對電站接地電阻進行了測量，測量采用電流電壓表任意夾角法，測得電站接地電阻為0.369～0.384Ω。測量的接地電阻值和程序計算的接地電阻值誤差為2%～6%。4三峽水利樞紐電阻率的選取根據(jù)物探部門提供的電阻率資料摘要：長江水電阻率為50Ω·m；兩岸表層土壤電阻率平均為1000Ω·m；岸邊和河床深層均為花崗巖，電阻率為15000Ω·m；江底巖石的厚度為30m,深層巖石的電阻率為22000Ω·m。按上述電阻率通過程序計算，三峽電站的接地電阻達到1.2Ω，遠大于規(guī)范中0.06Ω的要求。為了獲得三峽樞紐準確的電阻率原始資料，1999年3月3日對已完工的單項工程臨時船閘的接地電阻進行了測量，測得接地電阻為0.369Ω。然后通過計算程序的反復試計算，算出三峽樞紐電阻率的實際近似值，水電阻率50Ω·m，岸邊和河床底巖石電阻率為280Ω·m；深層巖石電阻率為4400Ω·m。說明長期浸泡在水中的巖石電阻率遠低于完全干燥的巖石電阻率。5三峽水利樞紐接地電阻的計算5.1三峽電站500kV系統(tǒng)單相短路電流三峽電站分左、右岸兩個電站，左岸電站裝機14臺，右岸裝機12臺，左岸電站比右岸電站和系統(tǒng)的聯(lián)系緊密，左岸電站的500kV單相短路電流比右岸電站大。兩電站500kV配電裝置為3/2接線，左、右電站間無直接的電氣連接，左、右電站的母線都分為兩段。左岸電站500kV配電裝置的母聯(lián)斷路器合上時為一廠運行，斷開時為二廠運行。當500kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，單相短路電流、電站和系統(tǒng)供給電流、地網(wǎng)內(nèi)和地網(wǎng)外短路的入地短路電流見表1。5.2三峽樞紐接地電阻的計算由于三峽樞紐接地裝置的面積很大，同接地體材料為鋼材，具有較大的內(nèi)電感，接地網(wǎng)是個不等電位體，按等電位體的計算程序計算應加以修正，計算的接地電阻修正系數(shù)為1.75。電站初期的運行水位為摘要：夏季洪水期上游水位為135m，下游水位為70m，冬季枯水期上游蓄水位為135m，下游水位為66m；電站終期的運行水位為摘要：夏季洪水期上游防洪水位為145m，下游水位為66m，冬季枯水期上游蓄水位為175m，下游水位為66m。根據(jù)水下接地網(wǎng)面積用程序計算得到三峽電站接地電阻值如下摘要：（1）初期洪水期樞紐接地電阻值為0.199Ω。（2）初期枯水期樞紐接地電阻值為0.200Ω。（3）終期洪水期樞紐接地電阻值為0.168Ω。（4）終期枯水期樞紐接地電阻值為0.162Ω。初期左岸電站分二廠運行時，接地裝置電位升高不超過3650V；終期左岸電站分二廠運行時，接地裝置電位升高不超過3066V。當左岸電站為一廠運行時，接地裝置電位升高為6660V，若要接地裝置電位升高不超過5000V，則左岸電站運行機組不能超過11臺。最終的運行機組臺數(shù)應根據(jù)接地電阻的測量結(jié)果決定。6三峽電站地網(wǎng)電位答應升高值按規(guī)范要求“大接地短路電流系統(tǒng)的水力發(fā)電廠接地裝置的接地電阻宜符合R≤2000/I”，即要求接地裝置的電位不宜超過2000V。這對三峽電站顯然是不現(xiàn)實的，可以提高多少？需進行一系列的試驗探究，關(guān)鍵是低壓裝置、控制電纜和繼電器的工頻伏秒特性。電纜的工頻伏秒特性是比較平坦的，當電纜的屏蔽層剝掉4cm，電纜可承受工頻電壓15kV。繼電器的工頻伏秒特性更平坦，在0～30s的范圍內(nèi)可以認為是一條水平直線，繼電器可承受工頻電壓5.5kV。故電站接地裝置的答應電位升高到5000V應該是容許的，只需將電纜的屏蔽層剝掉1cm就可以了。7三峽電站接地裝置的均壓和隔離辦法7.1均壓辦法由于三峽電站入地電流較大，接地裝置電位較高，使接觸電位和跨步電壓增高，會危及人身平安，因此必須對高壓配電裝置的接地裝置進行均壓設計。廠壩間副廠房82m高程布置有500kV主變壓器、并聯(lián)電抗器、避雷器等電氣設備，若利用樓板的結(jié)構(gòu)鋼筋焊成5m×5m的網(wǎng)孔，接觸系數(shù)Kj為0.048，跨步系數(shù)KK為0.3，而答應接觸系數(shù)Kj為0.071,答應跨步系數(shù)KK為0.12，跨步電壓不滿足要求，需敷設帽檐。布置在主變壓器室樓上的500kVGIS，同樣可利用樓板結(jié)構(gòu)鋼筋焊成5m×5m的網(wǎng)孔，其接觸系數(shù)Kj為0.048,答應接觸系數(shù)Kj為0.1。布置有高壓電氣設備的副廠房頂，由屋頂結(jié)構(gòu)鋼筋焊成5m×5m的網(wǎng)孔，其接觸系數(shù)Kj為0.048,答應接觸系數(shù)Kj為0.071。因此應在82m高程地網(wǎng)邊緣經(jīng)常有人出入的通道處敷設和接地網(wǎng)相連的“帽檐式”均壓帶。此外，對于所有明敷金屬管道，都應有多點良好的接地以避免對人身平安帶來的危害。7.2改善地網(wǎng)內(nèi)部的電位差由于三峽樞紐地網(wǎng)較大，地網(wǎng)對角線達3500m，地網(wǎng)電位差達100％，左岸電站地網(wǎng)對角線600m，地網(wǎng)電位差也達到50％，為了減少地網(wǎng)電位差，在有可能對低壓設備產(chǎn)生較高電位差的高程上，敷設1根銅帶以減少地網(wǎng)電位差。左岸電站共敷設4條貫穿全廠的200mm2銅帶，在副廠房82m高程下部和75.3m高程下部各敷設1條貫穿左岸電站的銅帶；GIS室樓板內(nèi)橫向敷設2條銅帶，以減小控制設備和低壓電氣設備所承受的地網(wǎng)電位差，這樣電位差可控制在5％以下。如地網(wǎng)答應電位升高到5000V,控制設備和低壓電氣設備上的電位差也不會超過250V。不會對這些設備產(chǎn)生危害。電站內(nèi)未安裝低壓避雷器，較低電壓等級的避雷器只有10kV金屬氧化物避雷器，避雷器額定電壓為17.5kV。接地裝置的電壓升高到5kV時暫態(tài)電壓為9kV，也不會對避雷器產(chǎn)生反擊。7.3轉(zhuǎn)移電位的隔離辦法三峽電站對外通信采用光纖傳輸，左、右岸電站間通信線和信號線也采用光纖傳輸。電站無低壓配電線路向電站外送電，左、右岸電站間僅有10kV廠用電有電氣聯(lián)系，而10kV電壓等級的絕緣能耐壓28kV水平。接地裝置區(qū)域內(nèi)的金屬管道應和接地裝置多點連接，以避免在廠區(qū)發(fā)生危險，引出接地裝置外的金屬管道宜埋入地中引出。8結(jié)論（1）建立了三峽電站接地電阻計算模型，采用邊界元法編制計算電站復雜接地網(wǎng)和不同散流介質(zhì)分布的接地電阻計算程序，并對計算程序進行了一系列的驗證試驗，誤差在10%以內(nèi)。（2）物探部門提供的三峽樞紐電阻率遠高于經(jīng)在臨時船閘實測并通過計算程序試算得出的樞紐電阻率，說明長期浸泡在水中的巖石電阻率遠低于完全干燥的巖石電阻率。（3）通過對電纜和繼電器的工頻伏秒特性進行試驗，電站接地裝置的電位升高到5000V是容許的。（4）三峽電站500kV系統(tǒng)在地網(wǎng)內(nèi)和地網(wǎng)外發(fā)生單相短路時，左岸電站一廠運行時入地電流分別為20.6kA和33.3kA，二廠運行時入地電流分別為11.27kA和18.25kA。（5）利用計算程序計算得到三峽電站初期運行水位樞紐接地電阻為0.200Ω，終期運行水位樞紐接地電阻為0.168Ω。初期和終期左岸電站分二廠運行時接地裝置的電位升高不超過3650V。左岸電站以一廠運行時運行機組不超過11臺時接地裝置電位升高不超過5000V。（6）三峽接地裝置材質(zhì)為鋼材，具有內(nèi)電感，地網(wǎng)內(nèi)電位差較大。為改善地網(wǎng)內(nèi)部的電位差，可敷設幾條銅質(zhì)接地帶以減小接地鋼帶上的電位差。參考文獻[1DL/T5091-1999.水力發(fā)電廠接地設計技術(shù)導則[M.中國電力出版社,1999,11