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，500kV发生单相接地故障时接地装置的入地电流可达33.3kA。按规范要求接地装置电位不应超过2000V，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70km2，这是不可能做到的。故立题进行研究。要害词：三峡电站接地电阻计算程序电位升高1前言三峡水利枢纽工程规模巨大，电站共安装26台单机容量700MW的水轮发电机组，在电力系统中占有举足轻重的地位。三峡工程的接地装置设计能否满足要求是关系到电站安全运行的重大方法和程序验证三峡大坝区域散流介质分布极其复杂，电导特性各不相同，用常规接地计算方法无法计算影响，突出了不同散流媒质电导特性的差异。利用在三峡模型基础上编制的程序可以计算均匀土壤和双层土壤中的一些简单或规则的接地体的接地电阻值，根据计算结果与已有的理论或计算结果的一致性，间接地验证了计算公式和程序的正确性。为了验证所编制的接地电阻计算程序的正确性，1997年10月24～30日在北京东辰科学技术研究所的户外沙池进行了两种地网模型（不同尺寸的倒T型地网）和土壤分层（水平3层、垂直4层）的模拟试验，测量的接地电阻值与程序计算的接地电阻值误差在10以内。1998年3月17日在武汉水利电力大学的琼脂电解槽中（电导媒质为水和琼脂）进行了两种地网模型（L型地网和倒T型地网）和土壤分层（水平2层、垂直3层）的小比例模拟试验，测量的接地电阻值与程序计算的接地电阻值误差在8以内。利用计算程序对湖北省高坝洲水电站接地装置进行了计算，电站接地电阻的计算值为0.3914Ω。1999年6月21日对电站接地电阻进行了测量，测量采用电流电压表任意夹角法，测得电站接地电阻为0.369～0.384Ω。测量的接地电阻值与程序计算的接地电阻值误差为2～6。4三峡水利枢纽电阻率的选取根据物探部门提供的电阻率资料：长江水电阻率为50Ω·m；两岸表层土壤电阻率平均为1000Ω·m；岸边与河床深层均为花岗岩，电阻率为15000Ω·m；江底岩石的厚度为30m,深层岩石的电阻率为22000Ω·m。按上述电阻率通过程序计算，三峡电站的接地电阻达到1.2Ω，远大于规范中0.06Ω的要求。为了获得三峡枢纽准确的电阻率原始资料，1999年3月3日对已完工的单项工程临时船闸的接地电阻进行了测量，测得接地电阻为0.369Ω。然后通过计算程序的反复试计算，算出三峡枢纽电阻率的实际近似值，水电阻率50Ω·m，岸边与河床底岩石电阻率为280Ω·m；深层岩石电阻率为4400Ω·m。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。5三峡水利枢纽接地电阻的计算5.1三峡电站500kV系统单相短路电流三峡电站分左、右岸两个电站，左岸电站装机14台，右岸装机12台，左岸电站比右岸电站与系统的联系紧密，左岸电站的500kV单相短路电流比右岸电站大。两电站500kV配电装置为3/2接线，左、右电站间无直接的电气连接，左、右电站的母线都分为两段。左岸电站500kV配电装置的母联断路器合上时为一厂运行，断开时为二厂运行。当500kV系统发生单相接地故障时，单相短路电流、电站和系统供给电流、地网内和地网外短路的入地短路电流见表1。5.2三峡枢纽接地电阻的计算由于三峡枢纽接地装置的面积很大，同接地体材料为钢材，具有较大的内电感，接地网是个不等电位体，按等电位体的计算程序计算应加以修正，计算的接地电阻修正系数为1.75。电站初期的运行水位为：夏季洪水期上游水位为135m，下游水位为70m，冬季枯水期上游蓄水位为135m，下游水位为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答应升高值按规范要求“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，要害是低压装置、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。故电站接地装置的答应电位升高到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，而答应接触系数Kj为0.071,答应跨步系数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500kVGIS，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,答应接触系数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,答应接触系数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200mm2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。如地网答应电位升高到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10kV金属氧化物避雷器，避雷器额定电压为17.5kV。接地装置的电压升高到5kV时暂态电压为9kV，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/T5091-1999.水力发电厂接地设计技术导则[M].中国电力出版社,1999,11.