水電站110kV變電站接地電阻計(jì)算書

(3-5)=0.5976kA3.2.3入地短路電流計(jì)算當(dāng)接地短路發(fā)生在變電站接地裝置范圍內(nèi)時(shí)，流經(jīng)接地裝置入地短路電流用下式計(jì)算：= (3-6)當(dāng)接地短路發(fā)生在變電站接地裝置范圍外時(shí)，流經(jīng)接地裝置入地短路電流用下式計(jì)算：= (3-7)式中： ————入地短路電流，kA；——接地網(wǎng)內(nèi)短路時(shí)，避雷線的工頻分流系數(shù)，估算可??；——接地網(wǎng)外短路時(shí)，避雷線的工頻分流系數(shù)，估算可取。代入公式3-6及3-7可分別求出兩種工況下入地短路電流值為：接地網(wǎng)內(nèi)短路時(shí)，I1=0.2662kA接地網(wǎng)外短路時(shí)，I2=0.5379kA根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，入地短路電流取上式中的較大值，即取為入地短路電流最大值=0.5379kA。接地電阻計(jì)算根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50065-2011），有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中發(fā)電廠變電所電氣裝置保護(hù)接地的接地電阻宜符合下列要求： (3-9)因此，可計(jì)算得本接地網(wǎng)允許的最大接地電阻為：≤2000/537.9＝3.71(Ω)接觸電勢和跨步電勢計(jì)算根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50065-2011)，在110kV及以上有效接地系統(tǒng)和6kV～35kV低電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地或同點(diǎn)兩相接地時(shí)，發(fā)電廠、變電所接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)超過下列數(shù)值： (3-10) (3-11)式中：——接觸電位差允許值，V；——跨步電位差允許值，V；——地表層的電阻率，m；——表層衰減系數(shù)；——接地故障電流持續(xù)時(shí)間。其中，由于變電站內(nèi)路面均為碎石及混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)合其它電站設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，人腳站立處地表面的土壤電阻率取為1000Ω.m；t為主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間+斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間+斷路器全開斷時(shí)間，取0.6s；根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50065-2011)附錄C，表層衰減系數(shù)計(jì)算公式如下：0.998(3-12)式中：——下層電阻率，取為990Ω.m；——表層電阻率，取為1000Ω.m；——表層土壤厚度，取為0.2m；因此可計(jì)算得：437.3(V)1100.2(V)接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算根據(jù)GB/T50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D，不等間距布置的長方形接地網(wǎng)，長或?qū)挿较虻牡趇段導(dǎo)體長度占邊長L的百分?jǐn)?shù)可按下式計(jì)算： (3-13)式中：L——接地網(wǎng)的邊長，在長方向，L=L1，在寬方向，L=L2接地網(wǎng)長方向的導(dǎo)體根數(shù)為n1，寬方向的導(dǎo)體根數(shù)為n2。長方向的導(dǎo)體分段數(shù)為k1=n1-1；寬方向的導(dǎo)體分段數(shù)為k2=n2-1。與導(dǎo)體分段數(shù)k和從周邊導(dǎo)體數(shù)起的導(dǎo)體段的序號(hào)i的關(guān)系如下表所示。因接地網(wǎng)的對(duì)稱性，如某方向的導(dǎo)體分段為奇數(shù)，則列出了（k+1）/2個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)k為偶數(shù)，則列出了k/2個(gè)數(shù)據(jù)，其余數(shù)據(jù)可以根據(jù)對(duì)稱性幅值。表1與導(dǎo)體分段數(shù)k和從周邊導(dǎo)體數(shù)起的導(dǎo)體段的序號(hào)i的關(guān)系12345678910327.545417.532.5512.523.528.3368.7517.523.7577.1413.5718.5721.485.510.8315.671894.58.9412.8315.316.7103.757.511.0813.114.6113.186.369.5411.412.713.46122.755.428.171011.312.33132.384.696.778.9210.211.1511.691423.8667.869.2810.2410.76151.563.625.356.828.079.1210.0110.77161.463.274.826.147.288.249.079.77171.382.974.355.546.577.478.248.99.47181.142.583.864.955.916.678.158.158.71191.052.323.474.535.476.267.537.538.118.36200.952.153.24.1555.75777.57.9根據(jù)上表及本工程的實(shí)際情況，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)為水平接地網(wǎng)為主、邊緣閉合的不等間距復(fù)合接地網(wǎng)，并根據(jù)GB/T50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，在避雷針、避雷器、主變、生產(chǎn)樓四周等地，設(shè)置垂直接地極用于散流。接地網(wǎng)長77m，寬32m，每段人工接地體的長度如下表所示：表2每段導(dǎo)體的長度（m）序號(hào)每段的長度（長）序號(hào)每段的長度（寬）14.23515.628.3391210.4312.0659310.4413.8645.6513.86612.065978.339184.235由此可知，K1=8，K2=4。式中：K1——接地網(wǎng)的長導(dǎo)體分段數(shù)；K2——接地網(wǎng)的寬導(dǎo)體分段數(shù)；根據(jù)GB/T50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A，均勻土壤中水平接地極為主邊緣閉合的復(fù)合接地極（接地網(wǎng)）的接地電阻按下式計(jì)算：(3-14)(3-15)(3-16)(3-17)式中：——任意形狀邊緣閉合接地網(wǎng)的接地電阻（Ω）；——等值（即等面積、等水平接地極總長度）方形接地網(wǎng)的接地電阻（Ω）；——接地網(wǎng)的總面積（m2）；——水平接地極的直徑或等效直徑（m）；——水平接地極的埋設(shè)深度（m）；——接地網(wǎng)的外緣邊線總長度（m）；——水平接地網(wǎng)的總長度（m）；當(dāng)電阻率ρ=830.8Ω.m時(shí)，2464m2,673m,=218m,h=2.7m,d=0.03m，代入上列公式，即可求得： =0.799(3-18)=0.965(3-19)=7.227(Ω)(3-20)所以：6.976(Ω)(3-21)接地網(wǎng)接觸電位差及跨步電位差計(jì)算最大接觸電位差計(jì)算參考《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》（NB/T35050-2015）公式，接地網(wǎng)地表面的最大接觸電位差，即可按下式計(jì)算：(3-18) 式中：——接地網(wǎng)的最大接地電位升高；——接地網(wǎng)的形狀、埋深、接地導(dǎo)體直徑、接地網(wǎng)面積、接地體導(dǎo)體根數(shù)及接地網(wǎng)網(wǎng)孔數(shù)目影響系數(shù)，分別由下列各式計(jì)算： ()()式中：——接地網(wǎng)的總面積（m2）；——接地網(wǎng)沿長方向的導(dǎo)體根數(shù)；——接地網(wǎng)沿寬方向的導(dǎo)體根數(shù)；——水平接地極的直徑或等效直徑（m）；——水平接地極的埋設(shè)深度（m）；——接地網(wǎng)網(wǎng)孔數(shù)；——接地網(wǎng)沿長方向的長度（m）；——接地網(wǎng)沿寬方向的長度（m）；S=2464m2，N1=8，N2=4，d=0.03m，m=32，L1=77m，L2=32m，h=2.7m代入以上各式，可求得：=0.141V=0.109=1.581=1.142=26.65=0.169本工程取(V)，則：=250.9(V)437.3(V)滿足設(shè)計(jì)要求最大跨步電勢計(jì)算參考《水力發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》（NB/T35050-2015）公式，接地網(wǎng)地表面的最大跨步電勢差，即可按下式計(jì)算： (3-19)(3-20)式中：——接地網(wǎng)的最大接地電位升高；——接地體的埋深、接地體導(dǎo)體根數(shù)、接地導(dǎo)體直徑、接地網(wǎng)面積、接地網(wǎng)網(wǎng)孔數(shù)目、形狀影響系數(shù)，分別由下列各式計(jì)算：式中：——接地網(wǎng)的總面積（m2）；——接地網(wǎng)沿長方向的導(dǎo)體根數(shù)；——接地網(wǎng)沿寬方向的導(dǎo)體根數(shù)；——水平接地極的直徑或等效直徑（m）；——水平接地極的埋設(shè)深度（m）；——接地網(wǎng)網(wǎng)孔數(shù)；——接地網(wǎng)沿長方向的長度（m）；——接地網(wǎng)沿寬方向的長度（m）；所以：35.60.6260.7730.0920.08950.736本工程取(V)，則：=208.5(V)1100.2(V)滿足設(shè)計(jì)要求接地導(dǎo)體截面選擇接地導(dǎo)體截面選擇根據(jù)熱穩(wěn)定條件，未考慮腐蝕時(shí)，接地線的最小截面積應(yīng)滿足下式的要求：(3-21)式中：——接地線的最小截面，mm2；Ig——接地短路點(diǎn)的最大單相接地短路電流，1130A；——接地線材料的熱穩(wěn)定系數(shù)，鋼為70；——短路的續(xù)時(shí)等效持間，為主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間+斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間+斷路器全開斷時(shí)間，合計(jì)取0.6s。所以：12.5(mm)2根據(jù)“地勘報(bào)告”，地基土對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土具有弱腐蝕性，對(duì)建筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性。為保證項(xiàng)目運(yùn)行期間接地導(dǎo)體截面能滿足最小截面要求，同時(shí)參考工程長期運(yùn)行的腐蝕損耗，選用606mm的熱鍍鋅扁鋼作為接地網(wǎng)的主干線，該型號(hào)扁鋼可以滿足熱穩(wěn)定及腐蝕要求。接地導(dǎo)體截面校驗(yàn)根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50065-2011）條文說明4.3.6可知，熱熱鍍鋅扁鋼的腐蝕速率為0.065mm/年（總厚度）。按設(shè)計(jì)水平年為25年來算，規(guī)格為60mm×6mm的接地扁鋼在經(jīng)過25年腐蝕之后的規(guī)格為58.375mm×4.375mm，接地扁鋼截面為255.39mm2，大于12.5mm2，滿足年限使用要求。接地計(jì)算結(jié)果分析總接地電阻校驗(yàn)根據(jù)上式求得的復(fù)合接地網(wǎng)的接地電阻R1=6.976Ω，不能滿足本工程的接地電阻要求，所以需要采取降低接地電阻的措施使其滿足本工程的接地電阻要求。4.1.1接地方案為使接地電阻滿足本工程的接地電阻要求，現(xiàn)初擬以下兩種接地網(wǎng)設(shè)計(jì)方案：方案A：設(shè)計(jì)水平接地網(wǎng)，并聯(lián)一定數(shù)量的垂直接地體（2.5m）和接地模塊。方案B：在滿足環(huán)保的條件下設(shè)計(jì)水平接地網(wǎng)，并聯(lián)一定數(shù)量的垂直接地體（2.5m）和離子接地極。4.1.1.1方案A：增加接地模塊（1）單個(gè)接地模塊接地電阻計(jì)算根據(jù)接地模塊公式 (3-26)式中： ——土壤電阻率；——復(fù)合接地模塊降阻效率，取0.158；（2）總接地電阻計(jì)算各個(gè)接地模塊采用并聯(lián)，根據(jù)接地模塊公式 (3-27)式中：——多個(gè)接地模塊并聯(lián)后總接地電阻；——接地模塊所需個(gè)數(shù)；——并聯(lián)調(diào)整系數(shù)；當(dāng)電阻率ρ=830.8Ω.m時(shí)；暫取n=32，η=0.65；代入上列公式，即可求得：R2=6.31(Ω)計(jì)算總接地電阻時(shí)，其總接地電阻按下式來確定。 (3-28)式中：——屏蔽系數(shù)；屏蔽系數(shù)通常取0.9—1之間，本工程取值0.9。當(dāng)n=32時(shí)，總接地電阻RL=0.363(Ω)。由上可知，敷設(shè)32套該廠家接地模塊可使接地電阻達(dá)到3.68Ω，滿足小于3.71Ω的要求。4.1.1.2方案B：增加離子接地極根據(jù)離子接地極資料： (3-29)其中：R——地網(wǎng)設(shè)計(jì)接地電阻；ρ——土壤電阻率；k——系數(shù)；k取4.5；R1——復(fù)合接地網(wǎng)敷設(shè)后的接地電阻；代入上式即可求得N=2.84；結(jié)合本工程實(shí)際情況N=3。當(dāng)N=3時(shí)，總接地電阻RL=3.6(Ω)。由上可知，敷設(shè)3套該廠家離子接地極可使接地電阻達(dá)到3.6Ω，滿足不大于3.71Ω的要求。上述各方案的對(duì)比如下表所示：表3接地方案對(duì)比一覽表方案A方案B復(fù)合接地網(wǎng)6.976Ω6.976Ω60mm×6mm熱熱鍍鋅扁鋼接地模塊n=32離子接地極N=3總接地電阻3.68Ω3.6Ω以下是各接地方案的經(jīng)濟(jì)對(duì)比：表4接地方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比一覽表接地材料單位方案A方案B數(shù)量費(fèi)用/萬元數(shù)量費(fèi)用/萬元60×6mm熱熱鍍鋅扁鋼m6732.0196732.019接地模塊套320.8電解地極根30.75土方開挖m311301.5245791.52土方回填m311301.7545791.75合計(jì)6.089萬元6.039萬元根據(jù)表3、表4計(jì)算數(shù)據(jù)，兩種方案均能滿足要求。方案A：①模塊數(shù)量太多，施工難度大；②接地模塊敷設(shè)不受周邊場地限制。方案B：①施工簡單方便，②費(fèi)用相比方案B稍低，方案可行。故本工程推薦選用方案B，即增加3套離子接地極方案，離子接地極應(yīng)選用環(huán)保型，并應(yīng)周期性觀測接地極對(duì)周圍環(huán)境的影響。接觸電勢及跨步電勢校驗(yàn)本工程接觸電勢允許值為437.3V，跨步電勢允許值為1100.2V。本工程取地電位升高計(jì)算限制為2000V，此時(shí)最大接觸電勢計(jì)算值為250.9V，最大跨步電勢計(jì)算值為2