海外高土壤电阻率地区火电厂接地方案研究

周正一

(中国华电工程(集团)有限公司，北京 100160)

1 电厂概况

柬埔寨某2×60 MW燃煤电厂所在地原始地貌多为白色至灰色的软地层表土，偶尔有褐色的粉砂或含黏土粉砂，与不同厚度的沙石岩床重叠，电厂南部的小溪河床主要由岩石构成，因此厂址区域的土壤电阻率整体很高。而该设计采购施工(EPC)总承包工程合同要求，在故障电流持续时间为1s、230kV侧三相短路电流为31.5 kA以及人体质量为50 kg的条件下，分别按照IEEE标准校核计算跨步电压和接触电势允许值，并要求全厂接地电阻小于0.5Ω。

2 主要研究内容

对该厂厂址地质条件、当地资源及IEEE规范进行研究，提出经济、合理的解决方案。

2.1 厂址土壤电阻率的测量

首先测定全厂土壤电阻率，全厂共设置了134个测点，测点分布情况见表1。

表1 厂址建筑地段测点数分布 个

核心地段为A列至升压站，该地段共布置20个测点，测点编号及位置如图1所示。

该地段分为Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ3个电性分区，各电性分区电阻率如下。

(1)Ⅰ区:不同深度的电性层电阻率解释值分别为 420，950，380 Ω·m。

(2)Ⅲ区:该区域的电阻率曲线形态各异，但电阻率总体较高。

图1 A列至升压站测点编号及位置分布

(3)Ⅳ区:该电性区域为场地平整时的剥离地段，中风化岩石出露于地表，很多地方测定电极难以钉入地下，电阻率高。

由测量结果可知，在水平接地体(－0.6 m)和垂直接地体(－3.0 m)区间，Ⅳ区和Ⅲ区土壤电阻率达1050 Ω·m以上，Ⅰ区达420 Ω·m以上。从全厂范围来说，场平标高－3.0 m以内原始平整后的土壤电阻率都在1050 Ω·m左右，所以1050 Ω·m将作为全厂接地电阻分析计算的重要基本值。

2.2 全厂接地网最初设计

依据1050 Ω·m的土壤电阻率，按规程允许的范围，在开关站和主厂房区域布置尽可能多的水平和垂直接地体，同时假设水平接地体周围都换填80 Ω·m的低电阻率土壤。根据IEEE 80—2000《交流变电站接地安全指南》可得到接地网接地电阻［1］

式中:LT为接地系统导体总长度，8800 m;ρg为接地沟内等效土壤电阻率，207 Ω·m;A为接地网占地面积，39000 m2;h 为埋深，0.6 m。

通过计算可得 Rg=0.489 Ω。

EPC合同要求接地电阻应小于0.5 Ω，因此接地网电阻满足合同要求。

2.3 设计存在的问题

上述设计方案似乎已经解决了该工程的接地电阻问题，但实际并非如此。

(1)如果全厂都按水平接地体的长度置换80 Ω·m的低电阻率土壤，共需要8200 m3的土壤，一部载质量为20 t的翻斗车需要拉550趟以上，运输距离约5 km。厂址附近可用土壤的电阻率多为100～200 Ω·m，厂址附近10 km范围内无法找到足够多的低电阻率土壤。

(2)接地网格中大量的回填土极易使厂区地面沉降不均。

(3)开挖大量的原土需要二次搬运，沿水平接地线回填1000 mm×1000 mm低电阻率的土壤再夯实也非常费劳力，无法大规模使用工程机械。

(4)这样处理后开关站表面的原土土壤电阻率还是很高，接触电势还是很难满足要求。

2.4 解决问题的思路

(1)在火电厂的施工过程中，汽机房和锅炉房有大量的基础需要开挖，回填时尽可能回填泥土或沙土，不允许用原土回填。虽然这些泥土和沙土的土壤电阻率只有 100～200 Ω·m，远达不到 80 Ω·m，但已经比原土好很多了，而且厂址周围很容易收集到。

(2)主厂房A排外主变压器、230 kV开关站区域是接地电阻、跨步电压和接触电势的考核区域，其设备基础也需要爆破开挖至－3 m以下。如果能在回填时考虑更低电阻率的土壤，可以用极小的代价解决所有问题。因此，回填时要求施工方筛选更好的土壤，电阻率大约都在100 Ω·m左右，原来开挖出的土石一律置换掉。置换土壤后开关站的土壤平均电阻率为123.05 Ω·m。

(3)根据厂址岩土工程勘测报告，该区域地下水有孔隙水和基岩裂隙水。上部水属于上层滞水，主建筑物地段水位标高一般在2.05～4.60 m，雨季水位还会有所上升。因此大型设备的基础和高大建筑物的构架基础是良好的接地体，可以充分利用。

(4)该项目所在地正好有一个卸煤码头，海上引桥长近480 m，可利用海上引桥和码头柱子的钢筋与厂区接地网相联。

最后测得全厂接地电阻为 0.14～0.23 Ω，满足EPC合同要求。本文后续计算中，接地电阻Rg取保守值 0.272 Ω。

2.5 跨步电压和接触电势校验

目前已施工的升压站至主厂房A列外接地网区域为长方形接地网，在原土层表面铺设0.1 m厚的碎石，接地导体埋深0.6 m。

2.5.1 跨步电压及接触电势允许值

衰减系数［1］

式中:ρ为土壤电阻率，123.05 Ω·m;ρs为表层土壤电阻率，10000 Ω·m;hs为表层厚度，0.1 m。

通过计算可得Cs=0.6935。

由此得到跨步电压与接触电势允许值为

式中:ts为接触时间，1 s。

通过计算可得 Estep50=4942.76 V，Etouch50=1322.69 V。

良好的经典诵读活动，离不开科学的诵读指导，可以避免学生在整个诵读过程中出现不良习惯。诵读的总体要求是读音要准、停顿恰当、重音合理、感情气势、整体理解、篇篇诵读、认真思考、仔细记忆。此外，在整个诵读指导中，教师还要做到因人而异、因材施教，对于一些诵读基础差的学生，要重视经典诵读的“循序渐进”，不能“揠苗助长”，机械化地开展诵读活动。

2.5.2 最大入地电流和对地电位

最大入地电流

式中:3I0为系统三相短路电流，31.5 kA;Df为衰减系数，1;Sf为分裂系数，0.7。

通过计算可得IG=22.05 kA。

对地电位=IGRg=5997.6 V。

由于对地电位5997.6 V远大于接触电势允许值1322.69 V，所以需要进一步计算。

2.5.3 接触电势

式中:Km，Ki为系数，Km=0.77，Ki=2.79;Lx为接地网长度，140 m;Ly为接地网宽度，130 m;Lc为水平接地体总长度，3920m;Lr为单根垂直接地极长度，2.4 m;LR为垂直接地体的总长度，504 m。

通过计算可得Em=1244.275 V。

2.5.4 跨步电压

式中:Ks为系数，0.33;Ls=0.75Lc+0.85LR=3368.4m。

通过计算可得Es=741.625V。

2.5.5 接触电势、跨步电压与允许值的比较

计算所得接触电势Em为1244.275 V，接触电势允许值Etouch50为1322.69 V，网格电压小于接触电势允许值，满足要求。

计算所得跨步电压Es为741.625 V，跨步电压允许值Estep50为4942.76 V，跨步电压计算值小于允许值，满足要求。

3 关键技术与创新点

(1)增加水平和垂直接地体的密度。

(2)利用所有的大型基础作为接地体，几乎没有增加费用。

(3)全厂基础开挖后，爆破出来的石料禁止用于回填，另外找泥土回填，开关站等重点区域选用电阻率更低的黏土;爆破出来的石料用作海堤护岸或道路的基础，节省大量购买石料的费用。

4 结论

海外EPC工程条件远比国内苛刻，特别强调设计标准和数值计算过程，但高土壤电阻率地区的接地设计恰恰无法用一个准确的模型来量化，需要实际工程验证后再完善修改，是一个迭代的过程。解决问题的关键是充分论证后，在全厂基础开挖前就进行方案比较和论证，统筹考虑基础处理方案、回填方案和资源的综合利用，并充分考虑厂址地质和地貌的特点，而不能仅仅考虑接地问题。

［1］IEEE 80—2000交流变电站接地安全指南［S］.