水电站防雷接地设计方案

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　　　　　　目录

　　　前言………………………………………………………… （01） 第一章 降低全厂接地电阻改造 ………………………………（04） 第二章 加强原地网连接改造方案 ……………………………（19） 第三章 220kV出线平台地网改造方案 ………………………（22） 附录一 单相接地短路电流计算 ………………………………（28） 附录二 两相接地短路电流计算 ………………………………（35） 附录三 线路分流系数计算 ……………………………………（38） 附录四 接触系数，跨步系数计算 ……………………………（43） 附录五 接地装置热稳定计算 …………………………………（47） 附录六 二次电缆共模电压计算计算 …………………………（51） 附录七 环境水质分析及防腐蚀措施 …………………………（55） 附录八 土壤电阻率测量 ………………………………………（58） 附录九 电磁屏蔽计算 …………………………………………（62） 附录十 水库水网钢绞线应力计算及分析 ……………………（69） 附录十一 主要接地材料性能参数 ……………………………（78） 附录十二 中试院测试报告 ……………………………………（85） 附录十三 地网改造研究原始资料 ……………………………（105） 需要的自己下载附件了解　欢迎交流设计心得

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附件总上传不了！！！！！！！太大了　我来晒几页算了

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　　　　　　　　　　　前 言 贵州华电集团乌江分公司东风水电厂位于贵州省黔西县与贵阳市交界的河段上，为乌江上游继洪家渡后的第二个梯级电厂，距贵阳88km。东风电厂现装机容量3×190MW+125MW，地下式厂房，年均利用小时数3000h。东风水电厂220kV隔离开关、电容式电压互感器、金属氧化物避雷器、线路阻波器及支持绝缘子等高压设备均布置在地面式出线平台上，经三回220kV架空出线分别接入贵州电网的220kV站街变和500kV的干田变，其母联210开关是贵州电力系统南北网的分断点，担负着调整贵州电网运行方式的重任，是贵州系统重要的调峰电厂，该厂雷雨多发生在6~8月，雷暴日数约为60日，属多雷区。 东风水电厂原有主地网主要由“主厂房接地网”、“坝前地网”、“大坝接地网”及“出线平台接地网”四大部分组成，原设计充分利用了水工建筑物的自然接地体，对大坝人工接地网、厂房地板和尾水渠人工接地网以及自然接地体的连接作了详细的设计，其中主厂房接地网面积约为4.5万m2，坝前地网约0.8万m2，大坝接地网约4.0万m2，出线平台接地网约0.25万m2。经现场实测河水电阻率为30.7~44.2Ωm。经查阅地球物理岩石电阻率资料，石灰岩潮湿状态电阻率约1000Ωm，干燥状态高达108~109Ωm。 据2006年贵州电力试验院对东风水电厂的地网测试结果表明，该厂的地网接地电阻有呈逐年上升的趋势，已经达到了1.199Ω,超出了原来设计的0.5Ω的要求，并且地网的其他主要技术指标也有恶化的迹象，主要体现为以下几个方面： 1.大坝机修车间和4#发电机层接地等两处接地和主地网存在弱连接状况，如有雷电侵入主地网，这两处将出现较高的转移电位，对人身和设备都存在较大的安全隐患。 2.出线平台的220kV东站线高压带电显示箱上锁井部位接触电压最高，为1178.944V(入地电流按12208A计算)，高于校验值Vj=224.6V要求的5.24倍，不满足规程规定。 3.出线平台220kV东干Ⅰ回线避雷器接地引下线周围跨步电压最高，0.8米的最高跨步电压为垂直避雷器计数器方向，为47352V（入地电流按12208A计算），高于校验值VK=1129.2V要求的41.9倍. 不满足规程规定。 4.地网平均接地电阻为：R平均接地电阻=1.199Ω(带避雷线)，如按现行《水电站接地技术设计导则》要求R≤2000/I，实际接地电阻值更不能满足规范要求。接地电阻值不合格，一但发生雷击事故，将对主设备造成较大损害，直接影响电厂设备的安全运行和人身安全，成为电厂的安全事故隐患。 5.由于东风水电厂原有地网运行时间已经长达14年之久，各区域之间都会存在不同程度腐蚀的情况，特别是用人工方式埋放的人工接地体更甚，局部地区有断裂的可能。 《本报告》由贵州南源电力科技有限责任公司受贵州东风水电厂的委托进行编写。方案编写前，我公司曾派出三批国内知名专家组到东风水电厂进行了实地调查和测量，受到了东风水电厂有关领导和员工的热情帮助，并对报告提出了许多原始资料和建议，期间我们查阅了接地工程技术档案，对东风水电厂接地网的构造和设计情况以及厂坝区上下游的地质情况和电气参数进行了调查，测量了现场土壤、岩石电阻率，并提取了水样，对环境水的导电性能和对钢结构的腐蚀作出了评价分析。 本报告依照国家有关规程规范，充分考虑东风水电厂的实际情况及要求，运用我公司的接地专有技术，进行具体施工方案的编写，主要依据规程如下： （1）《交流电气装置的接地》 DL/621-1997 （2）《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/ T 620-1997 （3）《水力发电厂接地设计技术导则》 DL/T5091-1999 （4）《水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导则》DL/T5091-1999 （5）《防止电力生产重大事故的二十五项安全要求》 国电2000-9-28发布 除上述标准外，报告还采用和借鉴了三峡水电站接地改造工程等国内大型水电站接地设计、施工和运行的先进经验，并使用了我公司专有接地技术，以保证整个设计施工工作能够达到规程规定的接地电阻R≤2000/I的要求，并大大的提高了东风水电厂电气设备的综合防雷水平。

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第一章 降低全厂接地电阻改造

第一节．现状分析 东风发电厂位于鸭池河峡谷石灰岩和页岩高电阻率地区。两岸边坡陡峭，岩石裸露，覆盖层甚浅，可利用土地面积狭小。电厂接地网主要由自然接地体和大坝迎水面敷设的人工接地体构成。经查阅工程档案，东风发电厂大坝进水口金属门槽、左岸溢洪洞、导流洞和防空洞与水接触的金属结构物和受水浸渍的砼表面层的钢筋，主厂房底部基岩中的锚杆和钢筋，尾水管顶板和尾水挡墙的钢筋以及尾水门槽等，均焊接成导电通路作为自然接地体。大坝迎水面人工接地体和大坝自然接地体均用人工接地带连接。大坝接地体和厂房接地体利用3条机组引水钢管连接成整体。开关站和坝后式封闭厂房及付厂房之间除利用主钢筋连接外，还敷设了接地干线形成闭合回路，楼层之间有多根垂直干线相连。线路避雷线与开关站接地网相连。除220kVGIS专用接地线外，其余110kV~220kV设备均用接地引下线与主地网相联。 东风发电厂原有主地网主要由“主厂房接地网”、“坝前地网”、“大坝接地网”及“出线平台接地网”四大部分组成（见下图1）。 2006年贵州电力试验院对该厂原有地网的测试显示地网平均接地电阻为：R平均接地电阻=1.199Ω(带避雷线)，并且已有多处出现弱连接的迹象，如按现行《水电站接地技术设计导则》要求R≤ ，实际接地电阻值已经不能满足规范要求，为了降低该厂接地电阻，特制定以下降阻改造措施。 图1 东风电厂原有地网结构示意图

第二节．接地电阻值核算

(一) 按接地电位升高不超过2000V计算 1) 接地短路电流计算 计算条件：（1）短路计算水平年为2010年，系统为最大运行方式； （2）一台200MVA主变中性点直接接地。 （3）母联210、220开关同时闭合。 （4）三回出线同时运行。 （5）东风电厂4台发电机同时运行。 计算得接地短路电流结果列于表１。（计算过程见附录一、附录二）。 表1： 各种短路情况下短路电流值列表：

故障方式	总接地电流(kA)	本厂中性点返回电流（kA）	系统侧中性点返回电流(kA)
单相接地	14.63442	5.29546	9.34056
两相接地	12.34368	4.46656	7.87848

2) 架空线路避雷线分流系数 由附录三得地网内、外接地短路时，避雷线分流系数列于表２。 表２： 避雷线分流系数列表：

分流系数		地网内（kf1）	地网外（kf2）
双避雷线	猫 头	0.3460e-j1.994°	0.1549ej45.283°
平均档距400m,GJ－50	酒 杯	0.3458e-j2.032°	0.1539ej45.347°
双避雷线LGJ－2×500	双回路	0.3426e-j3.178°	0.1441ej44.661°

3) 接地网入地短路电流 地网内接地短路时： 　　　I = (Imax－Iz)(1－kf1)　　　　　 （１） 地网外接地短路时： I = IZ(1－kf2) （２） 式中 I　—　流经接地装置的入地短路电流； Imax　—　接地短路时候的最大接地短路电流； IT　—　接地短路时，流经厂站接地中性点的最大短路电流。 将表１、表２数据代入（1）、（2）式，计算得经地网入地短路电流列于表3。 表3： 接地网入地短路电流：

经地网入地短路电流（kA）	地网内短路		地网外短路
	单相接地	两相接地	单相接地	两相接地
I	6.14048	5.17931	4.53238	3.82293

从表3可以看出，当发生地网内单相接地短路时，接地网入地短路电流最大，为6.14048kA。 4) 按接地电位不超过2000V计算接地电阻 当接地稳态电位采用EW=2000V时，接地电阻可用下式算出。 R = （３） 将表３数据代入式（３）得各种短路情况下对应的接地电阻如表４。 表4： EW = 2000V时接地电阻：

接地电阻（Ω） EW=2000V	地网内短路		地网外短路
	单相接地	两相接地	单相接地	两相接地
R	0.32570	0.38615	0.44127	0.52316

从表４可以看出，当发生地网内单相接地短路时，按接地电位升高不超过2000V计算，允许的接地电阻为0.3257Ω。 (二) 按10kV避雷器反击电压核算 为使东风水电厂10kV近区用电的避雷器在地网暂态电位反击作用下不动作，由DL/T5091-1999，10kV阀型避雷器不动作要求的接地电阻不大于1.22Ω，10kV无间隙金属氧化物避雷器要求的接地电阻不大于1.10Ω。 (三) 按二次共模电压核算 当共模电压△U=500V时，要求接地电阻的上限值为0.98Ω.（见附录六）

第三节．降低接地电阻措施

根据DL/T621—1997《交流电气装置的接地》之6.1.3条的规定:“在高土壤电阻率地区,可采取下列降低接地电阻的措施”:

(1) 当在发电厂、变电所2000m以内有较低电阻率的土壤时，可敷设引外接地网;

(2) 当地下较深处的土壤电阻率较低时,可以采用井式或深钻式接地网;

(3) 填充电阻率较低的物质或降阻剂;

(4) 敷设水下接地网。

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降阻方案 这四项降阻措施的应用是要根据现场条件而定的。但首推的措施是在2000m以内有较低电阻率的土壤时,敷设引外接地网。因为该措施是最经济,最有效的,在有条件时应尽量采用该降阻措施。东风水电厂可以采取此措施来降低接地电阻。在“上坝公路”两侧与“220kV出线平台”及“110kV升压站” 附近的空地测得土壤电阻率较低，而且面积合适，可选在该区域做水平外引地网。如下图2所示： 图2 各外引区域地理分布位置示意图 1． 外引接地方案 1) 由公式： 可知，当土壤电阻率ρ一定时。增大接地网面积是降低接地电阻的有效方法，因此可以在电站周围选取下面的地区增设地网以扩大地网总面积． I区 ——包括大坝门岗外上坝公路两侧的月牙形绿化平地区域（面积约4500m2）； Ⅱ区 ——界于I区与220kV出线平台前公路堡坎之间的平台区域；（面积约1200 m2） Ⅲ区 ——包括110kV升压站两旁界于山体与公路之间的区域；（面积约1800 m2） 2) I区方案： I区由图３所示的大坝门岗外侧上坝公路两侧的月牙形区域组成，该区地势平坦，在距地表3米内土质良好，电阻率在600Ωm左右，该区域面积较大，施工简易且地表泥土直接可作为回填土，非常适合制作大面积集中地网，故拟定在该区域使用垂直接地模块制作大面积集中地网，地网各垂直模块在顺着公路方向上用60×6mm的热镀锌扁钢作为水平连接线，在垂直公路方向上每隔20m左右用60×6mm的热镀锌扁钢将模块作均压连接，整个区域的外沿也用60×6mm的热镀锌扁钢连成环状。 3) Ⅱ区方案 雷电流时间尺度为微秒级，相对而言电阻电压降很小。据计算8/20μs、1.5/40μs、10/700μs波型的90%峰值电流积累值分别出现在24kHz、87 kHz、和11 kHz附近。其频率为工频电流的1000倍左右。感抗变得十分重要。过长的地线对雷电流的泄放作用很小，因而主要用于雷电流泄流的地网其长度应满足防雷接地体的有效长度Le≤2 的要求。 Ⅱ区位于图３所示的Ⅰ区与220kV出线平前之间的长条形区域，是Ⅰ区与主网之间的过度性区域，由于该区与出线平台之间距离很近，因此需要提高其疏导雷击冲击电流的能力，鉴于此原因，特将该区设计为方孔网结构以降低冲击电阻，由于该区域土壤电阻率偏高（1000Ωm），在具体施工过程中还需要更换低电阻率的土壤来降低土壤电阻率。施工完成后还需要在该区域外沿修筑至少1m高的堡坎来防止水土流失。 4) Ⅲ区方案 Ⅲ区位于图３所示的缆机平台上110升压站两侧靠近山体的长条形区域上，距离220kV出线平台50米左右，在两侧制作接地网对出线平台的散流及均压都能达到很好的作用，该区域地势平坦、地势较狭小，经过对该区域地质及地势的分析，拟定在该区域使用垂直接地模块制作集中地网，由于该区域土层较薄，在具体施工过程中需要回填低电阻率的土壤来降低土壤电阻率。 因110升压站外有一棵独立避雷针，所以与Ⅱ区一样，Ⅲ区也是设计为方孔网结构。 图3 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区地网布置示意图 注： 1. 以上各外引水平接地体使用60×6mm的热镀锌扁钢，埋深1m，接地体周围敷设长效耐腐物理降阻剂（30kg/m）。在水平接地体上每隔3m垂直铺设一YDJ-Ⅰ-1接地模块，Ⅰ区、Ⅲ区的外沿每隔5m垂直铺设一SZJ空腹式接地装置，装置内需填充长效耐腐物理降阻剂（接地模块及装置性能参数见附录十一）。 2. 各区域之间用不少于2根60×6mm的热镀锌扁钢作为接地连接线。 2． 增设水网及深井接地带方案 在高土壤电阻率地区水电厂，利用水库中水位相对稳定，水的深度有一定的保证和水具有良好的导电性能以及弱腐蚀等特点，敷设水下网箱式接地网并利用河床边的水下岩石布置深井接地极，形成立体式接地网，增大接地网的散流体积是目前降低地网的接地电阻比较先进的接地技术。 根据我们对东风水电厂的实际勘测，其上游水库水质良好，电阻率较低（约40Ωm），河岸两侧岩石稳固，水流平缓，符合构建水网及深井接地带的理想条件，所以特拟订以下水网及深井接地设计方案，以期达到进一步降阻的目的，地理分布位置见下图4。 图4 Ⅳ、Ⅴ区地网布置示意图 Ⅳ、Ⅴ区方案 根据《交流电气装置的接地》第6.1.3条“发电厂、变电所2000m以内有较低电阻率的土壤时，可敷设引外接地极”和“敷设水下接地网”的规定，同时为了减少水下网箱接地网与坝前水工建筑物自然接地体和人工接地体的屏蔽影响，拟在坝前约300m处水域面积最宽阔的水库内敷设水下接地网，并沿水网两侧钻一系列深井来构筑深井接地带以进一步降低接地电阻。具体方案设计如下： 1. 在水库内布置约25万m2的水下立体接地网。 2. 本方案最大引外长度（从大坝算起）为1600m左右。 3. 采用18根间距约80m的GJ-120镀锌钢绞线，横跨水库敷设沉于库底。两端用深30m钻井锚桩固定。锚桩高程控制在死水位以下高程，以便施工后能将地网全部淹没于水下。 4. 左、右岸各用一根GJ-120镀锌钢绞线沿岸边水下敷设，分别与18根钢绞线连接，构成闭合回路。为了减少地网自身阻抗，敷设3根TJ-120硬铜绞线作引流线，分别与18根钢绞线连接，间距约60m。 5. 敷设3根TJ-120引流线分别与大坝接地网、进水口接地网、Ⅲ区地网相连接。 6. 与 Ⅲ区地网连接的引流线在陆地部分埋深不得小于1m,且外层需用40×40cm的DDT导电混凝土包裹。 7. 为了加强水下接地网在库底的稳固性，在每个水网与引流线之间的连接点上挂四面体砼地锚一个。到达坝体的水平接地极都必须与大坝的金属结构相连接。 8. 锚杆采用φ50×3.5mm镀锌钢管制作，每个锚桩井深30m，井内灌注DDT型导电混凝土，并作为垂直深井接地体使用。 9. 所有异种金属的连接均采用放热熔接方式焊接。 10. 按库底平均流速1~2m/s计算，钢绞线最大拉力为9550N，锚杆最大弯曲切应力为32.35MPa，岩石最大应力 37MPa（具体计算见附录十） 3． 接地电阻计算 1) 已知条件： 1.接地电阻允许值：R≤0.3257Ω； 2.已建地网阻值：1.199 Ω?m； 3.区域面积：Ⅰ区 4500 m2；Ⅱ区 1200 m2； Ⅲ区 1800 m2；Ⅴ区 250000 m2 4.土壤电阻率为:Ⅰ区 600 Ωm；Ⅱ区 1000 Ωm； Ⅲ区 800 Ωm；Ⅴ区 40 Ωm。 5.接地材料：水平接地极采用60×6热镀锌扁钢，垂直接地极采用Φ200×1100mm的YDJ接地模块和及SZJ空腹式接地装置，深井接地采用长度L=30m，直径d=0.05m双面镀锌钢管接地极。 2) 工频接地电阻计算 由公式： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（4） 外引Ⅰ区： 面积为4500 m2，代入（4）式得：R1 =4.472Ω。 接地体四周加降阻防腐剂后接地电阻为: R1 = RnkfKp　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　（5） 式中：Rn　——未施加降阻剂时的工频接地电阻, Ω； R1　——施加降阻剂以后，接地装置的接地电阻，Ω； Kf　　——降阻剂的降阻系数，其值与施加降阻剂的截面尺寸有关, 取0.45（见附录11）； kp　——大型地网的屏蔽系数,对大型地网，kp取1.2—1.4。 R1 = RnkfKp =4.472×0.45×1.4=2.82Ω。 外引Ⅱ区： 面积为1200 m2，代入（4）式得：R2 =14.434Ω。 接地体四周加降阻防腐剂后接地电阻为: R2= RnkfKp =14.434×0.45×1.4=9.093Ω。 外引Ⅲ区： 面积为1800 m2，代入（4）式得：R3 =9.428Ω。 接地体四周加降阻防腐剂后接地电阻为: R3 = RnkfKp =9.428×0.45×1.4=5.94Ω。 Ⅳ区（深井接地带） 垂直接地极埋深30m，间距80m, 水平接地线采用GJ-120钢绞线，埋深0.8m以上, 接地极总数36，土壤电阻率取600Ωm。单口接地深井接地电阻为： 并联后深井接地电阻 （η利用系数取0.7） Ⅴ区（水网）： 接地电阻采用切块组合法计算，水电阻率放大取40Ωm，岩石综合电阻率采用1400Ωm，由DL/T5091-1999《水力发电厂接地设计技术导则》得水网计算公式为： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（6） 　　　　式中：ρ１、ρ２　——分别为上下层土壤的电阻率Ωm， ρ１取40，ρ２取1400； 　　　　　　　　　　K　——系数，由下图5查出为0.5。 将水网参数代入（6）式计算得： 图5 系数K曲线 总接地电阻 Ⅰ、Ⅱ区之间并联电阻: R12 = (R1R2)/((R1+R2)×η) η:区域间屏蔽系数，取0.85 = 2.53Ω Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区之间并联电阻: R123 = (R12R3)/((R12+R3)×η) η:区域间屏蔽系数，取0.85 = 2.09Ω Ⅳ、Ⅴ区之间并联电阻: R45 = (R4R5)/((R4+R5)×η) η:区域间屏蔽系数，取0.9 = 0.454Ω 总接地电阻： R总 = (R123 // R45// 1.199)/ η= 0.316Ω 式中双倾线“//”表示电阻并联计算, η为利用系数取0.9。 3) 冲击接地电阻计算 由DL/T5091-1999《水力发电厂接地设计技术导则》得方孔地网的冲击接地电阻计算公式为： （7） 式中： Rch　―― 冲击接地电阻； ρ ――土壤电阻率。 将Ⅱ区和Ⅲ区参数代入式（7）得Rch2=6.9Ω，Rch３=５.７Ω。 说明： 以上是根据现场抽点测量，以及国家相关规程进行设计计算得出的结果，最终接地电阻数据以施工后的实测值为准。 从上面计算可以看出，通过实施以上综合改造措施后，东风电厂地网的总接地电阻由原来的1.199Ω下降到了0.316Ω，达到了第二节所要求的接地电位不超过2000V时R＜0.3257Ω的要求，可见该降阻方案设计是比较合理可行的。 改造后地网结构如下图６所示：

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就只晒第一章了　计算公式都无法上传　传些文字的也没多大用处

莫愁

没关系的，楼主你辛苦了！

又见星空

是有点累

zhaluhua

麻烦发一个给我可以吗?ayqj.zha@163.com。

又见星空

传错了，这个方案是最初的方案，现在提供的和这个区别很大。