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摘要：本文主要對常規水電站接地系統設計進行了總結說明，包括設計原則、接地網的組成、接地電阻計算、接觸電位差及跨步電位差計算等，并對接地系統設計中應注意的問題重點說明，以供其他類似工程參考。
電站概況
某水電站為引水式電站，電站樞紐區域大，地質結構復雜，主要由引水系統、尾水系統、首部樞紐、地下廠房及地面開關站等組成。電站接地網是一個三維立體的多重地網，接地系統設計較復雜。電站所在區域土壤電阻率高，為使水電站接地系統在電力系統運行和故障時能保證人身及設備的安全，對接地系統進行深入研究設計，使接地系統技術、經濟更加合理。接地設計的原則為保證水電站接地系統安全可靠、經濟合理，依據相關規范及手冊，按以下原則設計：
（1）由于水電站地處高土壤電阻率區域，應調查水電站所在區域的土壤特性及地質情況，實測需敷設接地裝置區域的土壤電阻率和河水電阻率。
（2）為了保證經濟性，水電站接地系統設計前應充分了解水電站建筑物的布置、結構及鋼筋配置情況，以掌握可以利用的各種自然接地體（兼作接地體用的直接埋入地下或水中的各種金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑物的基礎等），并將其充分利用，如圍巖支護錨桿、壓力鋼管、金屬門槽及建筑物內鋼筋等。
（3）由于河水的土壤電阻率較低，水電站接地設計中應盡可能增加水下接地網面積，盡可能降低電站接地電阻和接地裝置電位。
（4）根據規范要求計算接觸電位差和跨步電位差允許值，做好接地網的均壓布置和措施，使接觸電位差和跨步電位差滿足規范要求，保障人身安全。
接地網布置
根據電站的樞紐布置及上述接地系統設計原則，本電站可能設置的接地網由下列各部分組成：
（1）壩區接地網
壩區接地網主要敷設于進水口、泄洪洞、壩區配電房等處，壩下為含水巖石，電阻率 5000Ω•m，實測河水電阻率 31~58Ω•m，壩下敷設水下接地網，水下接地網面積約為 18960m2，水下接地網水深按 20m 計算。
（2）引水隧洞接地網
引水隧洞內接地體敷設在混凝土里，典型剖面詳見下圖，接地體與混凝土里鋼筋網可靠焊接，若接地體就近處有錨桿，應與錨桿可靠焊接，敷設在引水隧洞混凝土抹底里的主接體，每隔 20m 處用插筋固定，并與插筋可靠焊牢。引水隧洞巖石種類為大理巖、玄武質熔解礫巖，電阻率實測值為3000~8500Ω•m。
（3）地下廠房洞室群接地網
地下廠房洞室群接地網主要包含地下主廠房、主變洞、排水廊道、出線洞及出線豎井、交通洞、通風洞接地網等。分別在尾水管層、蝸殼層、水輪機層、發電機層、母線洞、母線電纜層、主變室層等區域敷設接地網，然后將各層接地網可靠連接。主干接地體在樓板中敷設時與鋼筋網可靠焊接，接地體敷設過結構縫時必須進行過縫處理。為保證人身及設備安全，所有設備的基礎和鋼構架、金屬外殼及金屬管道、護欄等均應就近與接地系統可靠連接，連接點不少于 2 點。地下廠房巖石種類為玄武質熔解角礫巖，電阻率實測值為3000~7500Ω•m。
（4）地面開關站接地網
地 面 開 關 站 主 要 布 置 252k V GIS 及 出 線 設 備， 地 面開關站巖石種類為玄武質熔解角礫巖，電阻率實測值為3000~8500Ω•m，所處區域土壤電阻率過高，水平接地網面積約為 3050m2，采用降阻劑來降低工頻接地電阻。
（5）尾水隧洞接地網
尾水隧洞巖石種類為玄武質熔解角礫巖，電阻率實測值為 3000~8500Ω•m。
（6）尾水渠接地網
尾水渠巖石種類為玄武質熔解角礫巖，電阻率實測值為 470（ 含 水）~2000Ω•m， 尾 水 渠 為 混 凝 土 澆 筑 而成，混凝土下為原有含水巖石。尾水渠水下接地網面積約為1008m2。
（7）離子接地極
由于此水電站地處高土壤電阻率區域，考慮在沿尾水渠下、下游側周圍設 45 根人工接地體，接地體為長 9m、直徑 55mm 的化學離子接地棒（垂直接地極）。相鄰兩個接地體之間的間距不小于 18m。離子接地極降阻、泄流、防腐效果較好、接地電阻較穩定、使用壽命較長，復合填料具有非常好的吸水、滲透性，能使周邊土壤保持一定的濕度，配合離子接地極使用，能釋放導電離子，增大土壤的導電離子濃度，使土壤達到良好的導電狀態，并且可以逐漸使周邊越來越大范圍的區域的土壤電阻率降低。離子接地極主要具有如下優點：
1）接地電阻幾乎不隨季節變化而改變，幾乎無需日常維護。
2）使用壽命較長。
3）與深井接地相比具有占地面積小、容易施工等特點。
接地計算
（1）接地電阻允許值計算
a. 流經接地裝置的入地短路電流的計算根 據 電 站 的 短 路 電 流 計 算 結 果， 依 據 NB/T 35050-2015《水力發電廠接地設計技術導則》附錄 B 中公式求得：當在接地裝置內發生單相接地短路時，流經接地裝置的電流為 3435A；當在接地裝置外發生單相接地短路時，流經接地裝置的電流為 4001A，按規程規定取大值，即取流經接地裝置的入地短路電流為 4001A b. 接地電阻允許值的計算允許接地電阻：R ≤ 2000/4001=0.5Ω
（2）接地系統電阻值計算
根據上述各部位設置的接地網和可能采取的降阻措施，計算出各部位的接地電阻及總接地電阻估算值如下表，考慮到電站引水隧洞較短，計算總接地電阻時考慮將廠區及壩區接地網相連，全廠總接地電阻按各區域接地電阻并聯考慮，同時考慮一定屏蔽系數。從計算結果看，在未計及調壓井、金屬門槽等接地電阻的情況下，全廠接地電阻計算值滿足小于 0.5Ω 的要求。接觸電位差及跨步電位差的校驗短路電流流入接地網時，設備外殼或架構距離地面 1.8m處與該處地面水平距離 0.8m 處，兩點間的電位差，稱為接觸電位差；短路電流流入接地網時，地面上水平距離為 0.8m的兩點間的電位差，稱為跨步電位差。依據 NB/T 35050-2015《水力發電廠接地設計技術導則》Ej —接觸電位差允許值（V）Ek —跨步電位差允許值（V）ρs —地表層的土壤電阻率（Ω•m）Cs —表層衰減系數ts —接地故障的持續時間（s）本 文 僅 列 舉 出 線 場 的 接 觸 電 位 差 及 跨 步 電 位 差 的校驗計算，出線場人腳站立處的電阻率取碎石的電阻率5000Ω•m， 短 路 電 流 持 續 時 間， 取 0.6s， 經 計 算 出線場接觸電位差允許值為 1234V，跨步電位差允許值為4381V。出線場考慮均壓帶等間距布置，間隔距離為10m，經計算，接觸電位差為 365.69V< 接觸電位差允許值 1234V，跨步電位差為 131.95V< 跨步電位差允許值 4381V，滿足要求。接地材料的選擇對于接地材料的最小截面積計算，根據 NB/T 35050-2015《水力發電廠接地設計技術導則》，按以下公式計算：Sjd≥djdtCI式中，Sjd——接地導體（線）的最小截面，mm2；Ijd——流過接地體（線）的故障電流有效值，按工程設計水平年系統最大運行方式確定；td ——接地故障的等效持續時間；C ——接地導體（線）材料的熱穩定系數。經計算，并考慮經濟、安裝敷設及腐蝕等問題，主接地體采用 80×6mm 的鍍鋅扁鋼，均壓帶采用 40×4mm 的鍍鋅扁鋼。
結束語
（1）水電站在接地網做完后應對接地電阻進行實測，并以實測值為準，如不滿足要求，應采取措施盡量降低接地電阻，同時應根據規程規范要求采取相應的均壓隔離等措施。采取隔離措施的目的是為了避免在發生接地短路故障時，與地網相連的低壓中性線、通信線路、金屬管道等導體將地網的高電位傳遞到廠外或將廠外零電位引進廠內，而導致在設備絕緣體上產生高電位，危及人身和設備的安全。
（2）均壓網的設計應使接觸電位差和跨步電位差滿足要求，接地網邊緣經常有人出入的通道處，應設置“帽檐式”均壓帶，也可根據情況鋪設礫石、瀝青路面。接觸電位差和跨步電位差如不滿足要求，可采取以下措施：a. 局部增設水平均壓帶或鋪設高電阻率的地面層，如礫石、瀝青。b. 局部放置絕緣墊。
作者：雷娟 韓宇 單位：中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司 北京市熱力集團有限責任公司
