高原地区大型水电站接地网接地阻抗测试

李 超，李 俊

(雅砻江流域水电开发有限公司，成都 610051)

0 引言

某高原地区大型水电站位于四川省甘孜藏族自治州雅江县境内，处于藏区腹地，电站区域大，地形地貌复杂，是中国藏区综合规模最大的水电站工程。工程拥有295 m高的土石坝，是国内在建的最高土石坝水电站。电站地下厂房位于大坝右岸，采用三洞室布置型式。由于电站所在区域地质结构复杂，电站区域较大，因此接地网是一个覆盖了多种地质结构的三维立体多重地网，接地设计较为复杂。降低全网接地电阻的关键在于有效利用雅砻江水、坝前区、大坝迎水面和两岸边坡的低土壤电阻率区域，综合运用均压、散流、分流和隔离等措施，使全厂接地系统的接地电阻及电气安全性能达到规范的要求[1-2]。

1 电站接地方案

电站接地设计原则主要依据NB/T 35050《水力发电厂接地设计技术导则》[3]规程，全厂接地系统主要由以下部分构成：电站进水口、引水隧洞及压力钢管；地下厂房；主变洞室；出线下平洞、出线竖井、出线上平洞；GIS楼和地面副厂房；尾调交通洞、尾水洞出口交通洞、水厂401B路交通洞和401A路交通洞；进厂交通洞；大坝左岸溢洪道、竖井泄洪洞、深孔泄洪洞和放空洞；大坝。

上述接地网构成了本电站主要散流地网并通过接地导体将各部分接地网可靠连接，具体连接方式如下：

(1) 电站进水口接地网通过压力引水钢管与地下厂房接地网连接，通过坝前水下接地网与大坝接地网相连。

(2) 主厂房接地网通过母线洞接地网与主变洞室接地网连接、通过机组尾水管与尾水调压室接地网连接、通过主厂房排风洞、水垫塘泵房交通洞与坝后水下接地网连接。

(3) 主变洞室接地网通过500 kV电缆出线竖井及出线平洞与地面出线场接地网连接。

(4) 地下厂房接地网主要利用接地扁钢网、水工建筑物钢筋网以及诸如压力钢管、蜗壳和水轮机尾水管钢衬等自然接地体组成。

(5) 右岸2 875 m平台的GIS楼和地面副厂房、进水口、坝面、左岸泄洪系统之间有电缆沟相连，接地网间通过沿电缆沟敷设的2根接地扁钢连接。引水洞、尾水洞、交通洞均敷设接地连线与地下厂房接地网及其他部位接地网相连接，约每隔30 m沿洞壁将两侧接地扁钢环形连接一次。洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞、竖井泄洪洞接地网利用水工钢筋(≥φ14)焊接而成，接地网每15 m用热镀锌扁钢横连一次。

2 电站接地阻抗测量

2.1 测试原理及规程规范要求

(1) 测试电源的选取。

根据DL/T 475—2017《接地装置特性参数测量导则》6．1．1．1中，现场试验电源装置采用异频电源，试验电流频率宜在40～60 Hz范围。在偏离工频的频率下测试，以消除地中零序电流等工频干扰及地中高频干扰等对测试结果的影响，同时要求电流幅值大于3 A，且尽可能加大测试电流，提高测试信噪比。

(2) 测试方法的选取。

实地踏勘水电站周边地势、土壤及交通情况。为了减少直线法线间互感耦合及土壤不均匀对测试结果的影响，对于此类大型接地网应选用远离夹角法开展现场测试。测试原理图如图1所示。

图1 远离夹角法的测试原理图

(3) 测试电极布置位置的选取。

根据DL/T 475—2017《接地装置特性参数测量导则》6．2．1．2．3中，通常情况下接地装置接地阻抗的测试宜采用电流和电位线夹角布置的方式，夹角θ通常为45°以上，一般不宜小于30°，dPG的长度与dCG相近。

对于电流极及电位极与接地网直线距离的选取，根据DL/T 475—2017《接地装置特性参数测量导则》6．1．2中，通常电流极与被试接地装置中心的距离dCG应为被试接地装置最大对角线长度D的4～5倍。对超大型的接地装置的布线，可利用架空线路做电流线和电位线；当远距离放线有困难时，在土壤电阻率均匀地区dCG可取2D，在土壤电阻率不均匀地区可取3D。可采用GPS定位来确定电位极和电流极的直线距离及其夹角。

2.2 现场布线及电位极、电流极布置情况

本次测试采用远离夹角法，电流线与电位线之间的直线夹角为54.1°。电流极选取距离电站主地网直线距离8 km处(索依隧道出口附近小山坡)，电位极选取距离电站主地网直线距离为8 km处(鲜水河河畔公路边)。电流极、电位极布置位置如图2、图3所示。

图2 接地阻抗测试电位极、电流极位置示意图

图3 接地阻抗测试电位极、电流极位置示意图

电流极、电位极直线距离dPG=dCG=8 km，大于3倍接地网对角线距离(D=2.5 km)，直线夹角大于45°，满足规范要求。

电流线、电位线的布线路径如图4所示，电流线利用升压站后山顶部至索衣隧道之间的35 kV架空线作为测试线，电位线采用人工布线方式，沿右岸坝顶公路敷设至电位极位置。

图4 接地阻抗测试电流线、电位线布线路径示意图

2.3 现场测量

测试采用异频法，分别测量45 Hz和55 Hz两个频率下的接地阻抗，最后折算为50 Hz的接地阻抗。

现场测试注流点选取500 kV电抗器本体接地扁铁，测试数据如表1所示。

表1 接地阻抗测试数据

根据DL/T 475—2017《接地装置特性参数测量导则》6．2．1．2．3中规定，夹角法测试接地阻抗后，需对测试结果进行修正，修正系数为：

式中：θ为电流线和电位线的夹角，取54.1°；dCG、dPG为电流极、电位极与被试接地装置中心的距离，取8 km；D为接地网最大对角线长度，取2.5 km。

修正后接地阻抗：

式中：Z’为接地网实测阻抗值；Z为接地网真实阻抗值；α为夹角法修正系数。

2.4 试验结论

根据GB 50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》[4]25．0．3中，接地阻抗值应符合设计要求，当设计没有规定时应符合表25．0．3的要求：

Z≤2 000/I或当I>4 000 A时，Z≤0.5 Ω

式中：I为经接地装置流入地中的短路电流(A)；Z为考虑季节变化的最大接地阻抗(Ω)。

在水电站500 kV高压电抗器测试点测量的接地阻抗值为0.11 Ω，小于设计值0.137 Ω，满足《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》规定的Z≤0.5 Ω，试验结果合格。

3 结论

(1) 本次接地网接地阻抗测试值为大坝蓄水前的值，随着水电站大坝蓄水高程的增加，接地阻抗值可能会随之降低。

(2) 随着我国水电事业的加速开发，后续电站的选址基本在高原、偏远山区居多，地理环境恶劣、复杂，接地网的有效设计显得尤为重要。

(3) 土壤电阻率越高，测得的接地阻抗值越大，因此电流极应尽量选择在土壤电阻率低的位置，如潮湿的黏土地、小水坑等，也可选择线路杆塔或其他良好的自然接地极。电位极则无特别要求，适合打桩即可。为了确保测量的准确性，可提前一到两天对电流极打桩区域浇泼盐水进行降阻处理。

(4) 电站周围的施工电网线路较多，有35 kV、220 kV等多回交流输电线路，运行中的交流线路不平衡负荷会引起周围电场的变化，因此在测试时应尽量停运周围输电线路，减少干扰。

(5) 大型电站的接地网都有面积大、区域广、施工作业面多等情况，接地网焊接部位要满足搭接面积要求，接地扁铁网格搭建应尽量密。要充分利用水下钢筋网和水工建筑物中的自然接地网，能够有效降低大型电站接地网的接地阻抗值。

(6) 在后期电站运行过程中，应定期对接地系统进行导通性测试，确保设备接地可靠。同时按照规程规范要求，定期对电站主接地网接地阻抗进行测试，便于发电企业有效掌握接地网的安全可靠性。