响水涧 电站接地系统设计及接地电阻测量结果分析 周 铁林 （ 安徽响水涧抽水蓄能有限公司 安徽 芜湖 241083） [摘 要 ] 本文介绍 响水涧 抽水蓄能电站接地网布置和设计的原则以及电站接地电阻的测量方法，并对该电站接地装置实测接地电阻进行了分析 [关键词 ] 响水涧 抽水蓄能电站 接地网 接地电阻测量 1 工程概况 响水涧抽水蓄能电站装机容量为 1000MW，安装 4 台 250 MW 可逆式水泵水轮机 — 发电电动机组，为日调节纯抽水蓄能电站 ,电站临近华东电网负荷中心电站建成后，以 500kV一级电压、 2 回出线接入 500kV 繁昌变电站，承担华东电网调峰、填谷、事故备用、调频、调相等任务 响水涧 抽水蓄能电站各建筑物 布置 分散，分布面较广根据电站特定的地质结构和土壤导电性能差异，在接地电阻的计算中，对电站区域的散流介质按分块均匀模拟 2 接地网布置 2.1 接地网的特点 （ 1）电站的地网为三维立体结构，敷设的地网既有水中地网，又有岸上土壤中的地网 （ 2）土壤中的电阻率呈立体分布，水和左右 山体 土壤的电阻率相差很大，且土壤浅层为风沙层，电阻率较低，深层及河床以下为花岗岩地质，电阻率高，土壤结构复杂。
（ 3）水电站发电期间和抽水期间水库的水位将发生变化，对接地电阻也会产生影响，必 须 加以考虑 （ 4）各种接地装置对降低接地电阻所起的作用并不一样，应充分考虑各种接地网的作用 2.2 接地网布置和组成 （ 1）上库进 /出水口接地网 上水库区接地网的主体是布置在上水库库底的水中接地网，平面尺寸 500m× 350m，敷设在底板混凝土的面层中， 是平面接地网，上面是库水，下面是岩石 该接地网的散流介质结构模型可分为两类，一类是水平三层散流介质结构，第一层为库水，第二层为分化基岩或混凝土填筑层，第三层为新鲜基岩，有时第二层 和第三层可合为一层；另一类是水平垂直层散流介质结构，上层为库水，下边为垂直二分层岩石，这种情况出现在上库水中接地网延伸范围比较大的场合 （ 2）引水隧洞接地网 引水隧洞接地网连接上库接地网和厂房洞室群接地网，它沿引水隧洞走向布置，接地线敷设在隧洞内壁两侧，其距离长约 467m 如引水隧洞是钢筋混凝土衬砌，接地线与圈筋搭接；如引水隧洞是 混凝土 衬砌，接地 扁钢 与钢 筋网 搭焊引水隧洞接地网是深埋式长管状接地体，按引水隧洞布置走向，分水平管、垂直管、斜管三类管状接地体组合。
该接地网的散流介质结构模型分为三类，第一类是水 平单层散流介质结构，周围为电阻率比较接近的岩石；第二类是水平二层散流介质结构，第一层为分化基岩，第二层为新鲜基岩；第三类是垂直分层散流介质结构，可考虑为垂直二分层或三分层岩石，这种情况出现在有地质结构变化的场合 （ 3）厂房洞群接地网 集中布置电气设备的厂房洞，如主副厂房洞、母线洞、主变洞、 500 KV出线 洞等，这些厂房洞群接地网是由埋没在洞壁混凝土中接地线组成的笼形接地网，为了扩大散流效果，还要求接地线与岩壁支护锚杆连接对地下式厂房，厂房洞群接地网是深埋式长方体接地体；对半地下式厂房，厂房洞群接地网是浅 埋式水平板状接地体；该接地网的散流介质结构模型分为两类，一类是单一散流介质结构，周围为电阻率比较接近的岩石；另一类是水平二层散流介质结构，第一层为分化基岩，第二层为新鲜基岩；厂房洞群布置区域不大可能出现垂直分层的情况 （ 4）辅助洞室接地网 除（ 3）中所指的主要厂房洞外，还有一些辅助洞室敷设了接地线，典型的有：①交通、排风、电缆竖（斜）井，②交通、通风、排水、电缆水平廊道这些竖（斜）井、廊道中的接地线主要起连接作用，视其敷设位置和条件，也具有一定的散流作用。
竖（斜）井接地网是埋入式圆管状或板状接地体，散流 介质结构模型分为两类，一类是单一散介质结构，周围为电阻率比较接近的岩石；另一类是水平二层散流介质结构，第一层为分化基岩，第二层为新鲜基岩水平廊道接地网是深埋式长条状接地体，散流介质结构模型同样分为两类，第一类属于单层水平散流介质结构；第二类则属于垂直二分层散流介质结构 （ 5）尾水隧洞接地网 尾水隧洞接地网连接厂房洞群接地网和下库接地网，它与引水隧洞接地网相似 其距离长约395m 电站是首部开发型式，引水隧洞短，而尾水隧洞长；尾水隧洞接地网分水平管、斜管两类管状接地体组合同样，该接地网的散流介质结构模型 分为三类，一类是水平单层散流介质结构，周围为电阻率比较接近的岩石；另一类是水平二层散流介质结构，第一层为分化基岩，第二层为新鲜基岩；第三类是垂直分层散流介质结构，可考虑为垂直二分层或三分层岩石 （ 6） 500kVGIS 开关站接地网 500kVGIS 开关站接地网敷设在开挖后的回填层中，它是浅埋式水平网，网格较密，主要起均压作用 地网平面尺寸为 115m× 55m 该接地网包括地面 500kV GIS 室接地网和 500kV 出线设备场接地网，接地网均压带的布置满足接触电势和跨步电势的要求，并重点加强边角网孔和某些 设备的布置区域。
该接地网的散流介质结构模型分为两类，一类是水平单层散流介质结构，接地网下面的散流介质就是岩性完整的新鲜基岩；另一类是水平二层散流介质结构，上层为分化基岩，下层为新鲜基岩；开关站（出线场）布置区域可不考虑垂直分层的情况 （ 7）下库进 /出水口接地网 下库水中接地网布置敷设在下库库底河床上，还有部分敷设在下库进 /出水口和下库坝基里下库水中接地网面积 较大， 下库地网平面尺寸 1200m× 850m， 与上库水中接地网相似，是主要的散流接地网 （ 8）深井接地极 已在 500KV开关站边缘布置两个相距 200m，深度为 80m的深井接地极， 采用降阻剂灌注深井接地极来构筑立体接地网，以进一步降低接地网的接地电阻值 响水涧 抽水蓄能电站的接地布置图见图 1 所示 上 库地 下 厂 房开 关 站 业 主 营 地下 库2 0 0 0 Ω • m6 0 0 Ω • m1 5 0 0 Ω • m3 6 . 2 5 ( 河 水 ) / 1 0 0 0 ( 岩 石 ) Ω • m3 6 . 2 5 ( 河 水 ) / 8 0 0 ( 岩 石 ) Ω • mρe q图 1 响水 抽水蓄能电站接地布置图 3 接地装置接地电阻测量 （ 1）测量方法 2011年 5月 31日 ，对已埋设的电站接地网进行了测量。
本次测量采用常规的三极法布置测试回路，在接地网 (G)外利用电流辅助接地极 (C)和电压辅助接地极 (P)，向接地网入地电流 Io， 测量接地网内指定点 A与 P点的电位差 UAP，再根据欧姆定理求得 响水涧 水电站接地网的接地电阻按要求，电流辅助极距地网边缘约 3D，电压辅助极距接地网边缘 2～ 5D， D为接地网的最大对角线长度两线的夹角宜大于 30度 本次测量采用异频电流法进行工频接地阻抗和地表电位分布测量 该 法是采用频率异于工频但又接近工频的电流作试验电流进行测量的方法，此方法用非 50 Hz试验电源将工频干扰与测量信号分离开来，消除其所致测量误差，因此测试电流不需太大就可提高测量精度，还可大大减小设备重量 （ 2）测量仪器和设备 单相隔离变压器 、交流电流表、高内阻高精度数字式万用表，兆欧表、数字万用表、变频电源接地电阻测量仪低压空气断路器，双掷刀闸、铜绞线、接线工具及铝盘等 （ 3）测量 过程简述 由于电站暂时只能提供一条可供利用的出线，本次测量利用该条 500kV出线作为电流极引线，而电压极引线采用自行布线的方式进行另外由于受现场条件所限，测量时电站上库和下库均未开始蓄水，本次测量结果偏于安全侧。
根据响水涧抽水蓄能电站的接地网设计，其最大对角线约为 2.5km测量时选择响繁 5361线 A相作为电流极引线，线路全长 19.5km，注入电流前将对端繁昌 变电站的该回线路接地刀闸合上，直接利用繁昌变电站的接地网作为电流极为测量避雷线的分流，测量时需要断开第一基杆塔接地装置与开关站地网的连接采用 GPS定位繁昌变电站的经纬度坐标为N31° 4'51"， E118° 10'32"电站 500kV开关站的经纬度坐标为 N 31°6'43" ， E118°17'35" 两者之间直线距离为 11.72 km，满足测量要求电压极引线自行敷设，敷设路径从电站的开关站向大门方向，出大门后向前约 300米后沿左转方向乡村公路敷设，跨越从高速公路出口至峨桥镇公路，至漳河边止电压极的敷设较 为简单，采用 2根 1m长的 50×50×5 的角钢采用 GPS定位电压极的经纬度坐标为 N 31° 9'41" ， E118°18'23" ，敷设线路长度约 7km，与开关站直线距离约 5.65km待电压电流极引线布置完毕后，选定响昌 5362线避雷器 SA504的 A相接地引下线作为电流注入点，依次向地网注入频率为 45Hz、 48Hz、 52Hz和 55Hz的异频电流约 5.2A，采用选频万用表分别测量其电流和电压，并测量出线门型架各基杆塔的分流，经过简单的换算得到响水涧抽水蓄能电站的接地电阻。
具体接线见图 2所示 变 频 接 地 电 阻测 试 仪+-接 2 2 0 V 交 流 电 源电 流 极( 繁 昌 变 终 端 塔 地 网 )人 工 敷 设 电 压 极( 漳 河 边 )响 水 涧 抽 水 蓄 能 电 站500kV出线自 行 敷 设 电 压 极 引 线图 2 响水涧 抽水蓄能电站接地电阻测量接线图 （ 4）测量结果 经测量，测得电站的接地电阻值为 0.409Ω ；接触电位差为 43.5V；跨步电位差为 28.3V 最大网内电位差为 445V. 4 测量结果分析 (1)响水涧抽水蓄能电站接触电位差和跨步电位差的计算值和实际测量值均远小于允许值，接地网能够满足人身安全的要求 (2)响水涧抽水蓄能电站接地系统的最大网内电位差仅为 445V，远小于二次设备的工频耐受电压的限值 2kV，站内二次设备不会遭到接地网的反击而损坏 (3)响水涧抽水蓄能电站的极限地电位升高可按新接地规程所规定的不 大于 5kV进行控制，此时接地电阻的设计限制值不应超过 0.455 根据计算结果，在上下库蓄水后接地电阻值仅有 0.334，在倒送电初期电站尚未蓄水时接地电阻值也只有 0.396。
从现场实际测量结果看，在下库未蓄水时的接地电阻测量值为 0.409，与计算值 0.396吻合较好，两者相对误差仅为 3.2%，而且均未超过上述安全限值 0.455，能够满足安全运行的要求，但鉴于此时地电位升高已超过 2kV，按规程要求需要注意落实好电站 对外的各项隔离措施 参考文献 ： [1] 解广润，电力系统接地技术，水利电力出版社 ， 1991 [2] 响水涧电站接地系统测量报告 武汉大学 [3] 文习山等，水电站接地技术，水利电力出版社， 2010 [4] X.S.Wen,C.X.Chen and G.R.Xie,industry frequency performance of grounding grids,CPST 94 。