西霞院水电站接地网设计（史红丽,等）

［摘 要］ 西霞院水电站采取自然接地体和敷设人工接地网相结合的方式进行接地系统设计，在220kV开关站、出线场等处设置均压网以减少接触电势和跨步电势，在气体绝缘金属封闭开关设备（以下简称GIS）室汇控柜下、机旁盘下、中控室和继保室下等部位设置采用铜导体与主接地网紧密连接的等电位接地网以减少二次回路干扰。因地制宜、合理安排接地网，通过各分网的可靠连接，最终形成一个安全有效的接地网。

［关键词］ 接地网 接地电阻 自然接地体 人工接地网 西霞院水电站

1 概述

黄河小浪底水利枢纽配套工程——西霞院反调节水库，位于黄河干流中游河南省境内，是三门峡至花园口河段开发的梯级工程之一，坝址左、右岸分别为洛阳市的吉利区和孟津县。其上距小浪底工程16km，距洛阳33km，下距郑州145km。西霞院水电站采用河床式布置，为径流式电站。是一座以反调节为主，结合发电，兼顾供水、灌溉等综合利用为开发目标的大型综合水利工程。

本电站装机容量为4×35MW，采用220kV电压等级向系统送电，220kV配电装置采用GIS，户内布置。电站主体工程由左岸土石坝、河床式电站厂房、排沙洞、泄洪闸、王庄引水闸、右岸土石坝、坝后灌溉引水闸、下游右岸防护工程等建筑物组成。

由于接地系统的设计对整个电站及电力系统的运行和安全极为重要，因此必须合理安排接地网，确保在正常和故障情况下不危及人身和设备的安全，保证泄水、排沙、发电等建筑物的正常运用。

2 接地系统设计

2.1 接地设计标准

西霞院水电站属大接地短路电流系统，对于大接地短路电流系统，根据《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）的要求，电站接地装置的接地电阻值应符合下式：

R全厂 ≤ 2000/I

式中 R全厂—全厂接地电阻（Ω）；

I—计算用的流经接地装置的入地短路电流（A）。

根据估算，电站220kV侧最大入地短路电流为6726A，因此接地电阻设计值应为0.2974Ω。

2.2 接地导体截面选择

根据DL/T5091-1999《水力发电厂接地设计技术导则》，接地导体的截面必须符合下式的要求：

式中：Sjd—接地线的热稳定最小允许截面（mm2）；

Ijd—流过接地线的短路电流，Ijd＝15914.7A；

C—接地导体的热稳定系数，钢为70；

td—短路的等效持续时间（s），取0.59s。

由此计算出最小截面为175mm2。由于本工程敷设有大面积水下接地网，考虑水下接地导体的腐蚀，且为了减少大面积水下接地网内感影响，参照小浪底电站施工情况，并根据上述计算结果及《水力发电厂接地设计技术导则》（DL/T 5091-1999）中有关要求，选用60mm×6mm扁钢作为电站主接地导体，其截面360mm2≥175mm2，满足热稳定及防腐要求。

2.3 接地系统构成

西霞院水电站接地网由自然接地体和人工接地网组成。

2.3.1 自然接地体

本电站安装有金属结构设施6 319t，水工建筑物耗用钢筋、钢材等46 313t，浇筑混凝土88.56万m3，有大量的自然接地体可以利用，将这些自然接地体与人工接地体连成具有良好通路的整体，将有效地降低接地电阻，同时也可起到散流和均衡电位作用。

自然接地体由泄洪闸坝段、排沙洞、主厂房等的钢筋、闸门槽、钢爬梯等钢构件组成。为充分有效利用工程结构中的自然接地体，要求对泄洪闸、主厂房等水工结构中的钢筋网进行焊接或绑扎，以保持电气的连通性。

2.3.2 人工接地网

人工接地网由上游库区水下接地网、下游水下接地网、泄洪闸及主厂房接地网等分网组成。

（1）上游库区分网

根据本电站的实际情况和条件，结合电站总布置，因地制宜布置接地网。上游库区原为施工石料场，基础较夯实，而且为了充分发挥低电阻率介质—水库库水的作用，上游库区接地分网为水下接地网，用60mm×6mm的接地扁钢敷设在混凝土护底中，敷设面积约为390000m2,网孔大小约为100m×65m。为防止水流冲击移位，在接地网的适当位置打入固定桩固定，接地带与固定桩可靠焊接。上游库区分网分别采用三根60mm×6mm扁钢与主厂房接地网和泄洪闸接地网可靠连接。上游库区接地网离220kV开关站较近，对于220kV开关站的散流，起着非常重要的作用。该接地网的位置、敷设面积和敷设地点，决定了它是电站接地网中最主要的一部分。

（2）下游尾水分网

下游尾水分网为水下接地网，用60mm×6mm的接地扁钢敷设在混凝土护底中，敷设面积约为40 000m2，接地网同样采用固定桩固定，并用四根60mm×6mm扁钢与泄洪闸接地网可靠连接。

（3）泄洪闸分网

泄洪闸接地分网分别与上游库区分网和下游尾水分网可靠连接，同时在泄洪闸坝段下游侧沿闸墩侧壁向上引8根60mm×6mm的接地扁钢，与泄洪闸坝顶接地网连接为一个整体。

（4）主厂房分网

由主、副厂房109.60m层、114.60m蜗壳层、119.60m电缆夹层、122.60m水轮机层及129.50m发电机层人工接地网组成，沿四壁及分层楼板敷设接地带，组成纵横交错的立体结构。

上述分网之间至少采用了两根接地扁钢连接，从而使西霞院水电站形成了一个从地面到地下、自然接地体与人工接地体相结合的完整而巨大的接地网络，所有裸露的金属构件和发电机、变压器中性点及设备外壳等均与此网络连接，以保证设备正常工作，保护人身安全，防止设备损坏。

2.4 均压网设计

为安全起见，220kVGIS室、出线场等重要部位设均压网，从而进一步改善地网内部电位分布，减小接触电势和跨步电势。220kVGIS室均压网由80mm×8mm的镀锌扁钢敷设而成，最大网孔10.5m×6.2m，敷设面积约为330m2；220kV出线场均压网由60mm×6mm的扁钢敷设而成，最大网孔9.0m×4.2m，敷设面积约为390m2。

2.5 二次设备接地

根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（继电保护专业重点实施要求），为减少二次回路干扰，在GIS室汇控柜下、机旁盘下、中控室和继保室下等部位设置采用30mm×4mm铜导体与主接地网紧密连接的等电位接地铜网。其中中控室、继保室下的等电位接地铜网用4根30mm×4mm的铜排与电站的主接地网可靠连接。

另外，在中控室、继保室柜屏下的电缆夹层内，按柜屏布置的方向敷设30mm×4mm的专用铜排，将该专用铜排首末端连接，形成中控室、继保室下的等电位信号接地网，该网与地绝缘，并用3根30mm×4mm的铜排与中控室、继保室下的等电位接地铜网采用并联一点接地的方式可靠连接。从而避免多点接地形成的接地回路，防止主网各点间电位差对二次系统的干扰。

3 接地电阻测量

2007年6月利用PC-19变频地网电阻测试仪对西霞院水电站接地网电阻进行了现场实测。测量采用电流电压法，电流线长度约为1 200m，电压线长度约为700m，实测接地电阻值满足设计要求。

4 小结

目前电站接地设计和主要接地网施工业已完成，首台机组于2007年6月并网发电，第4台机组也与2008年1月建成投产，经实测，接地电阻、接触电势和跨步电势均满足要求，实现了预期目标。本电站的接地系统以人工接地网为主，充分利用了电站水工建筑物的自然接地体，做到了经济合理安全可靠。

作者：史红丽 邢磊 张新伟