三峡水利枢纽接地技术的研究

摘要：三峡水利枢纽工程地处花岗岩地带，电站装机数量多，单机容量大，500 kV发生单相接地故障时接地装置的入地电流可达33.3 kA。按规范要求接地装置电位不应超过2000 V，三峡电站的接地电阻应不超过0.06Ω。当电站接地装置处于等效电阻率为1000Ω·m的地区时，按估算所需接地网面积为70 km2，这是不可能做到的。故立题进行研究。

游水位为66m；电站终期的运行水位为：夏季洪水期上游防洪水位为145m，下游水位为66m，冬季枯水期上游蓄水位为175m，下游水位为66m。根据水下接地网面积用程序计算得到三峡电站接地电阻值如下：

（1）初期洪水期枢纽接地电阻值为0.199Ω。

（2）初期枯水期枢纽接地电阻值为0.200Ω。

（3）终期洪水期枢纽接地电阻值为0.168Ω。

（4）终期枯水期枢纽接地电阻值为0.162Ω。

初期左岸电站分二厂运行时，接地装置电位升高不超过3650V；终期左岸电站分二厂运行时，接地装置电位升高不超过3066V。当左岸电站为一厂运行时，接地装置电位升高为6660V，若要接地装置电位升高不超过5000V，则左岸电站运行机组不能超过11台。最终的运行机组台数应根据接地电阻的测量结果决定。

6 三峡电站地网电位允许升高值

按规范要求“大接地短路电流系统的水力发电厂接地装置的接地电阻宜符合R≤2000/I”，即要求接地装置的电位不宜超过2000V。这对三峡电站显然是不现实的，可以提高多少？需进行一系列的试验研究，关键是低压装置、控制电缆和继电器的工频伏秒特性。

电缆的工频伏秒特性是比较平坦的，当电缆的屏蔽层剥掉4cm，电缆可承受工频电压15kV。继电器的工频伏秒特性更平坦，在0～30s的范围内可以认为是一条水平直线，继电器可承受工频电压5.5kV。故电站接地装置的允许电位升高到5000V应该是容许的，只需将电缆的屏蔽层剥掉1cm就可以了。

7 三峡电站接地装置的均压和隔离措施

7.1 均压措施

由于三峡电站入地电流较大，接地装置电位较高，使接触电位和跨步电压增高，会危及人身安全，因此必须对高压配电装置的接地装置进行均压设计。厂坝间副厂房82m高程布置有500kV主变压器、并联电抗器、避雷器等电气设备，若利用楼板的结构钢筋焊成5m×5m的网孔，接触系数Kj为0.048，跨步系数KK为0.3，而允许接触系数Kj为0.071, 允许跨步系数KK为0.12，跨步电压不满足要求，需敷设帽檐。布置在主变压器室楼上的500kV GIS，同样可利用楼板结构钢筋焊成5m×5m的网孔，其接触系数Kj为0.048, 允许接触系数Kj为0.1。布置有高压电气设备的副厂房顶，由屋顶结构钢筋焊成5m×5m的网孔，其接触系数Kj为0.048, 允许接触系数Kj为0.071。因此应在82m高程地网边缘经常有人出入的通道处敷设与接地网相连的“帽檐式”均压带。

此外，对于所有明敷金属管道，都应有多点良好的接地以避免对人身安全带来的危害。

7.2 改善地网内部的电位差

由于三峡枢纽地网较大，地网对角线达3500m，地网电位差达100％，左岸电站地网对角线600m，地网电位差也达到50％，为了减少地网电位差，在有可能对低压设备产生较高电位差的高程上，敷设1根铜带以减少地网电位差。左岸电站共敷设4条贯穿全厂的200 mm2铜带，在副厂房82m高程下部和75.3m高程下部各敷设1条贯穿左岸电站的铜带； GIS室楼板内横向敷设2条铜带，以减小控制设备和低压电气设备所承受的地网电位差，这样电位差可控制在5％以下。如地网允许电位升高到5000V, 控制设备和低压电气设备上的电位差也不会超过250V。不会对这些设备产生危害。

电站内未安装低压避雷器，较低电压等级的避雷器只有10 kV金属氧化物避雷器，避雷器额定电压为17.5 kV。接地装置的电压升高到5 kV时暂态电压为9 kV，也不会对避雷器产生反击。

7.3 转移电位的隔离措施

三峡电站对外通信采用光纤传输，左、右岸电站间通信线和信号线也采用光纤传输。电站无低压配电线路向电站外送电，左、右岸电站间仅有10kV厂用电有电气联系，而10kV电压等级的绝缘能耐压28kV水平。

接地装置区域内的金属管道应与接地装置多点连接，以避免在厂区发生危险，引出接地装置外的金属管道宜埋入地中引出。

8 结论

（1）建立了三峡电站接地电阻计算模型，采用边界元法编制计算电站复杂接地网和不同散流介质分布的接地电阻计算程序，并对计算程序进行了一系列的验证试验，误差在10%以内。

（2）物探部门提供的三峡枢纽电阻率远高于经在临时船闸实测并通过计算程序试算得出的枢纽电阻率，说明长期浸泡在水中的岩石电阻率远低于完全干燥的岩石电阻率。

（3）通过对电缆和继电器的工频伏秒特性进行试验，电站接地装置的电位升高到5000V是容许的。

（4）三峡电站500kV系统在地网内和地网外发生单相短路时，左岸电站一厂运行时入地电流分别为20.6kA和33.3kA，二厂运行时入地电流分别为11.27kA和18.25kA。

（5）利用计算程序计算得到三峡电站初期运行水位枢纽接地电阻为0.200Ω，终期运行水位枢纽接地电阻为0.168Ω。初期和终期左岸电站分二厂运行时接地装置的电位升高不超过3650V。左岸电站以一厂运行时运行机组不超过11台时接地装置电位升高不超过5000V。

（6）三峡接地装置材质为钢材，具有内电感，地网内电位差较大。为改善地网内部的电位差，可敷设几条铜质接地带以减小接地钢带上的电位差。

参考文献

[1] DL/T 5091-1999. 水力发电厂接地设计技术导则[M]. 中国电力出版社, 1999, 11.