【摘 要】 接地裝置是水電站防雷的主要措施，是確保人身和設備安全的關鍵，因此，做好水電站接地設計工作意義重大。本文針對水電站的實際特點，對電站接地設計進行了闡述，為水電站的安全運行保駕護航。
【關鍵詞】 水電站 接地裝置 設計
隨著我國電力系統電壓水平的不斷提高和系統容量的不斷增大，接地故障電流和發電站、高壓配電裝置接地網的面積亦不斷增大。接地裝置是電站或變電站電氣設備中重要的部分，也是設計工作中的一個重要內容。為了保障人員的人身安全，確保設備的安全穩定運行，避免和減小雷擊的損害，在水電站接地設計中，要采取經濟、可行、合理的接地方案使整個地網的接地電阻滿足要求，將水電站內外的接觸電勢、跨步電勢和轉移電勢限制在安全值內，使電站接地裝置構成均衡電位接地系統。
1 接地電阻確定
傳統設計一般認為，大接地短路電流系統的接地電阻R≤0.5Ω，小接地短路電流系統和低壓系統接地電阻R≤4Ω則滿足接地電阻要求，而忽視短路電流的大小對接地電阻的影響，這是不恰當的。如，在大接地短路電流系統中，若強硬規定接地電阻達到0.5Ω則滿足接地要求，當電網的接地故障電流I>4000A時，接地電阻按R≤2000/I計算就會小于0.5Ω，此時接地電阻就達不到系統接地要求，短路故障情況下就可能會直接危及人員或設備安全；或當接地故障電流I<4000A，接地電阻就會大于0.5Ω，此時接地安全性能提高，但可能會因此增加了接地裝置的耗材和接地的難度，接地投資提高。因此入地短路電流計算是設計接地網的基礎，在設計接地網之前，需按設計水平年確定電網在非對稱故障情況下最大入地電流值I，采用公式R≤2000/I（大接地短路電流系統）和R≤120/I（小接地短路電流系統）計算對應接地系統的接地電阻。
2 接地網型式
水電站的接地網一般由水工建筑物、通航建筑物、電站廠房建筑物、變電站等處的自然接地網和人工接地網組成，各個自然接地網和人工接地網至少用兩根接地干線連接，構成全廠的總接地系統。自然接地體主要由泄洪閘壩、船閘、攔污柵、排沙洞、主副廠房等部位的鋼筋網、閘門槽、壓力鋼管、尾水管金屬里襯等鋼構件組成，對水工結構中的接地鋼筋網需進行焊接，以保證電氣的連通。當利用自然接地體接地，接地電阻不滿足要求時和在高壓配電裝置的場地應設置人工接地網。人工接地網以水平接地體為主，垂直接地體為輔敷設，設計應盡量降低網內的接觸電位差和跨步電壓差。人工接地網外緣閉合，外緣各角做成圓弧形，圓弧半徑不宜小于均壓帶間距的一半，接地網內敷設有水平均壓帶，埋深不小于0.6m。
接地網型式有有長孔和方孔兩種，如圖1所示。
長孔布置與方孔布置方式相比，存在以下問題：
（1）長孔地網某一條均壓線斷開時，均壓帶的分流作用明顯降低。方孔地網縱、橫向均壓帶相互交錯，當某條均壓線斷開時，對分流效果影響不大，優于長孔地網。
（2）長孔地網均壓線距離較長，發生接地故障時，沿均壓線電壓降較大，易造成二次控制電纜和設備損壞。而方孔網均壓效果較好且可靠性高。
因此，在接地網設計時，條件允許時采用方孔均壓網設計更為可靠，利于提高接地安全性，應優先并著重予以考慮。
3 接地材料的選擇
接地材料一般選用結構鋼制成，選用時必須對材料進行檢查，材料不應存在嚴重的銹蝕、厚薄或粗細不均勻等現象。
接地材料的直徑或截面，應符合載流量、短路時自動切除故障段時間以及熱穩定與均壓的要求，且不應小于表1所列規格。
垂直接地體通常采用角鋼或鋼管制成，雖然角鋼制成的接地體在散流效果方面比鋼管差一點，但施工難度小、成本低，所以現場安裝一般采用角鋼。規范中要求的比較理想的為50mm×50mm×5mm的鍍鋅角鋼，但從防腐角度和增加使用年限考慮，逐漸改用63mm×63mm×6mm的鍍鋅角鋼，實踐中也證明其防腐效果較好，鍍鋅角鋼或扁鋼宜采用熱鍍鋅材料。
4 防腐措施
接地體的腐蝕是一個普遍存在的問題，由于腐蝕，接地線不能滿足接地短路電流熱穩定的要求，或者形成電氣上的開路，使設備失去接地。接地體的腐蝕速度與該接地體所處地區土質、氣候和周圍環境等諸多因素有關，設計應根據當地實際情況確定，可采取增大接地體截面和厚度，或采用防腐材料。一般，人工接地網較容易發生腐蝕，如變電站設備構架接地引下線離地約30cm段，電纜溝內的接地線、各接地線之間的焊接頭等。
4.1 主接地網的防腐措施
（1）對接地體涂防銹漆或鍍鋅。
（2）采用降阻防腐劑。降阻防腐劑為弱堿性，pH值為10，而大多土壤為弱酸性，pH值為6，故可減弱對鐵元素的腐蝕作用。
（3）因地制宜選擇抗腐蝕性能好的材料，使設計更合理、經濟。如腐蝕較嚴重的變電站選取熱鍍鋅鋼、銅包鋼或防腐導電材料，腐蝕輕微的變電站選用熱鍍鋅鋼或增大接地材料的截面或厚度。
（4）采用無腐蝕性或腐蝕性小的土壤回填接地體，并避免施工殘物回填，盡量減小導致腐蝕的因素。
4.2 接地引下線的防腐措施
采用特殊防腐措施。在接地體周圍，尤其在拐彎處加適當的石灰，提高pH值；或在其周圍包上碳素粉加熱后形成復合鋼體。另外，在接地引下線地下近地面10～30cm處套一段絕緣，如塑料管等，以防腐蝕。
5 降阻措施
5.1 充分利用自然接地體降阻
大多數水電站建設在山區、河流的峽谷地區，位于堅固的巖石基礎上。接地一方面受到地形的限制，另一方面由于地電阻率極高，造成接地相當的困難。所以在接地設計中，首先要充分利用自然接地體，如混凝土結構物中的鋼筋骨架、金屬結構物以及水上、水下金屬管道等自然接地體。如某水電站，廠房和閘壩周圍所處均為巖石基礎，但變電站離廠房較遠，基礎為沉積的河灘，且有高達八米的電阻率較低的回填土，同時每一設備構架都有一個深達十米以上的樁基礎。該電站在設計時將設備構架樁基礎內的環形鋼筋網每隔5米距離焊接起來，引上變電站的人工接地網，并在不同的地方用接地干線引至廠房的主接地網。通過這樣，總接地網的接地電阻降低較明顯，達到了接地要求。
此外，在人工接地網的設計中，為了充分發揮自然接地體的降阻作用，應盡量減少人工接地體對自然接地體的屏蔽作用。
5.2 多支外引式接地裝置
不少電站接地裝置附近有導電良好及不凍的河流湖泊、水井、泉眼、水庫、大樹下等土壤電阻率較低的地方，此時可利用該處進行人工接地網的敷設；又或者在水庫、寬闊的尾水渠和和下游河道、施工后遺留的導流洞等靜水區敷設水下接地網，以降低接地電阻。在設計時，考慮到連接接地極主干線自身電阻所帶來的影響和效果，外引式接地極長度不宜超過100m。另外，連接線和外引接地裝置的截面還應滿足要求，并做好防腐處理。如用1個外引接地裝置不能把接地電阻降到合格范圍，可根據現場實際情況，設置3～4個外引接地裝置。
5.3 深井式接地
在不能用增大接地網水平尺寸的方法來降低流散電阻的情況下，如果周圍土壤電阻率不均勻，地下深處的土壤或水的電阻率較低時，可采取深埋接地極來降低接地電阻值。水電站一般位于山區，土壤為不均勻土壤，若下層的土壤電阻率高于上層的土壤電阻率，此時深井法打井的費用要比水平接地體高許多倍，且降阻效果還沒有水平接地體的效果好，應采用外延擴網的辦法降阻。
5.4 利用接地電阻降阻劑
在不可能采用深井接地和引外接地地方，當地網面積不太大，可因地制宜采用降阻劑和低電阻率材料置換的人工降阻措施。如某水電站的室外開關站基礎是巖石，電阻率極高，計算得出該開關站的人工接地網接地電阻遠遠超出接地要求。附近也沒有可外引接地網的適合地方。后經過研究計算，在站內地網每條水平接地體敷設的地方開挖一條80×160×130cm（下底×上底×高）的梯形人工接地溝，溝內回填低電阻粘土并分層搗實，接地體埋深70cm。施工完畢，實測接地電阻已符合要求。最后開關站的人工接地網還引出三條接地干線與廠房的主地網連接。
人工降阻劑的在接地極周圍敷設后，可以增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻，對減小集中接地體的工頻接地電阻效果明顯。但需注意接地體的布置方式和選擇電阻率低、性能穩定、無腐蝕、使用周期長的降阻材料。
6 結語
防雷接地工程是水電站一項重要的防御保護工程，對于保障水電站設施設備正常工作及人身生命安全是至關重要的。因此，在進行接地設計時，應本著科學、認真的精神，結合現場情況做詳細的分析，不斷完善接地設計，以期達到良好的防雷接地保護效果。
參考文獻：
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