摘要：本文主要对常规水电站接地系统设计进行了总结说明，包括设计原则、接地网的组成、接地电阻计算、接触电位差及跨步电位差计算等，并对接地系统设计中应注意的问题重点说明，以供其他类似工程参考。
电站概况
某水电站为引水式电站，电站枢纽区域大，地质结构复杂，主要由引水系统、尾水系统、首部枢纽、地下厂房及地面开关站等组成。电站接地网是一个三维立体的多重地网，接地系统设计较复杂。电站所在区域土壤电阻率高，为使水电站接地系统在电力系统运行和故障时能保证人身及设备的安全，对接地系统进行深入研究设计，使接地系统技术、经济更加合理。接地设计的原则为保证水电站接地系统安全可靠、经济合理，依据相关规范及手册，按以下原则设计：
（1）由于水电站地处高土壤电阻率区域，应调查水电站所在区域的土壤特性及地质情况，实测需敷设接地装置区域的土壤电阻率和河水电阻率。
（2）为了保证经济性，水电站接地系统设计前应充分了解水电站建筑物的布置、结构及钢筋配置情况，以掌握可以利用的各种自然接地体（兼作接地体用的直接埋入地下或水中的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物的基础等），并将其充分利用，如围岩支护锚杆、压力钢管、金属门槽及建筑物内钢筋等。
（3）由于河水的土壤电阻率较低，水电站接地设计中应尽可能增加水下接地网面积，尽可能降低电站接地电阻和接地装置电位。
（4）根据规范要求计算接触电位差和跨步电位差允许值，做好接地网的均压布置和措施，使接触电位差和跨步电位差满足规范要求，保障人身安全。
接地网布置
根据电站的枢纽布置及上述接地系统设计原则，本电站可能设置的接地网由下列各部分组成：
（1）坝区接地网
坝区接地网主要敷设于进水口、泄洪洞、坝区配电房等处，坝下为含水岩石，电阻率 5000Ω•m，实测河水电阻率 31~58Ω•m，坝下敷设水下接地网，水下接地网面积约为 18960m2，水下接地网水深按 20m 计算。
（2）引水隧洞接地网
引水隧洞内接地体敷设在混凝土里，典型剖面详见下图，接地体与混凝土里钢筋网可靠焊接，若接地体就近处有锚杆，应与锚杆可靠焊接，敷设在引水隧洞混凝土抹底里的主接体，每隔 20m 处用插筋固定，并与插筋可靠焊牢。引水隧洞岩石种类为大理岩、玄武质熔解砾岩，电阻率实测值为3000~8500Ω•m。
（3）地下厂房洞室群接地网
地下厂房洞室群接地网主要包含地下主厂房、主变洞、排水廊道、出线洞及出线竖井、交通洞、通风洞接地网等。分别在尾水管层、蜗壳层、水轮机层、发电机层、母线洞、母线电缆层、主变室层等区域敷设接地网，然后将各层接地网可靠连接。主干接地体在楼板中敷设时与钢筋网可靠焊接，接地体敷设过结构缝时必须进行过缝处理。为保证人身及设备安全，所有设备的基础和钢构架、金属外壳及金属管道、护栏等均应就近与接地系统可靠连接，连接点不少于 2 点。地下厂房岩石种类为玄武质熔解角砾岩，电阻率实测值为3000~7500Ω•m。
（4）地面开关站接地网
地 面 开 关 站 主 要 布 置 252k V GIS 及 出 线 设 备， 地 面开关站岩石种类为玄武质熔解角砾岩，电阻率实测值为3000~8500Ω•m，所处区域土壤电阻率过高，水平接地网面积约为 3050m2，采用降阻剂来降低工频接地电阻。
（5）尾水隧洞接地网
尾水隧洞岩石种类为玄武质熔解角砾岩，电阻率实测值为 3000~8500Ω•m。
（6）尾水渠接地网
尾水渠岩石种类为玄武质熔解角砾岩，电阻率实测值为 470（ 含 水）~2000Ω•m， 尾 水 渠 为 混 凝 土 浇 筑 而成，混凝土下为原有含水岩石。尾水渠水下接地网面积约为1008m2。
（7）离子接地极
由于此水电站地处高土壤电阻率区域，考虑在沿尾水渠下、下游侧周围设 45 根人工接地体，接地体为长 9m、直径 55mm 的化学离子接地棒（垂直接地极）。相邻两个接地体之间的间距不小于 18m。离子接地极降阻、泄流、防腐效果较好、接地电阻较稳定、使用寿命较长，复合填料具有非常好的吸水、渗透性，能使周边土壤保持一定的湿度，配合离子接地极使用，能释放导电离子，增大土壤的导电离子浓度，使土壤达到良好的导电状态，并且可以逐渐使周边越来越大范围的区域的土壤电阻率降低。离子接地极主要具有如下优点：
1）接地电阻几乎不随季节变化而改变，几乎无需日常维护。
2）使用寿命较长。
3）与深井接地相比具有占地面积小、容易施工等特点。
接地计算
（1）接地电阻允许值计算
a. 流经接地装置的入地短路电流的计算根 据 电 站 的 短 路 电 流 计 算 结 果， 依 据 NB/T 35050-2015《水力发电厂接地设计技术导则》附录 B 中公式求得：当在接地装置内发生单相接地短路时，流经接地装置的电流为 3435A；当在接地装置外发生单相接地短路时，流经接地装置的电流为 4001A，按规程规定取大值，即取流经接地装置的入地短路电流为 4001A b. 接地电阻允许值的计算允许接地电阻：R ≤ 2000/4001=0.5Ω
（2）接地系统电阻值计算
根据上述各部位设置的接地网和可能采取的降阻措施，计算出各部位的接地电阻及总接地电阻估算值如下表，考虑到电站引水隧洞较短，计算总接地电阻时考虑将厂区及坝区接地网相连，全厂总接地电阻按各区域接地电阻并联考虑，同时考虑一定屏蔽系数。从计算结果看，在未计及调压井、金属门槽等接地电阻的情况下，全厂接地电阻计算值满足小于 0.5Ω 的要求。接触电位差及跨步电位差的校验短路电流流入接地网时，设备外壳或架构距离地面 1.8m处与该处地面水平距离 0.8m 处，两点间的电位差，称为接触电位差；短路电流流入接地网时，地面上水平距离为 0.8m的两点间的电位差，称为跨步电位差。依据 NB/T 35050-2015《水力发电厂接地设计技术导则》Ej —接触电位差允许值（V）Ek —跨步电位差允许值（V）ρs —地表层的土壤电阻率（Ω•m）Cs —表层衰减系数ts —接地故障的持续时间（s）本 文 仅 列 举 出 线 场 的 接 触 电 位 差 及 跨 步 电 位 差 的校验计算，出线场人脚站立处的电阻率取碎石的电阻率5000Ω•m， 短 路 电 流 持 续 时 间， 取 0.6s， 经 计 算 出线场接触电位差允许值为 1234V，跨步电位差允许值为4381V。出线场考虑均压带等间距布置，间隔距离为10m，经计算，接触电位差为 365.69V< 接触电位差允许值 1234V，跨步电位差为 131.95V< 跨步电位差允许值 4381V，满足要求。接地材料的选择对于接地材料的最小截面积计算，根据 NB/T 35050-2015《水力发电厂接地设计技术导则》，按以下公式计算：Sjd≥djdtCI式中，Sjd——接地导体（线）的最小截面，mm2；Ijd——流过接地体（线）的故障电流有效值，按工程设计水平年系统最大运行方式确定；td ——接地故障的等效持续时间；C ——接地导体（线）材料的热稳定系数。经计算，并考虑经济、安装敷设及腐蚀等问题，主接地体采用 80×6mm 的镀锌扁钢，均压带采用 40×4mm 的镀锌扁钢。
结束语
（1）水电站在接地网做完后应对接地电阻进行实测，并以实测值为准，如不满足要求，应采取措施尽量降低接地电阻，同时应根据规程规范要求采取相应的均压隔离等措施。采取隔离措施的目的是为了避免在发生接地短路故障时，与地网相连的低压中性线、通信线路、金属管道等导体将地网的高电位传递到厂外或将厂外零电位引进厂内，而导致在设备绝缘体上产生高电位，危及人身和设备的安全。
（2）均压网的设计应使接触电位差和跨步电位差满足要求，接地网边缘经常有人出入的通道处，应设置“帽檐式”均压带，也可根据情况铺设砾石、沥青路面。接触电位差和跨步电位差如不满足要求，可采取以下措施：a. 局部增设水平均压带或铺设高电阻率的地面层，如砾石、沥青。b. 局部放置绝缘垫。
作者：雷娟 韩宇 单位：中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司 北京市热力集团有限责任公司
