喀麦隆曼维莱水电站工程接地系统设计

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1、喀麦隆曼维莱水电站工程接地系统设计（中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222）摘要：喀麦隆曼维莱水电站接地系统设计在故障分流、导体建模、土壤分析、接地网建模、安全性校验等方面全面釆用了CDEGS软件进行建模仿真计算，计算结果与实测结果基木吻合，获得了国外工程师的一致认可，并为工程节省了接地材料，创造了实际价值。关键词：曼维莱水电站接地系统建模计算CDEGS1概述曼维莱水电站位于喀麦隆南部紧邻赤道几内亚的恩特姆河上，地处热带丛林地区，距首都雅温得约340公里，曼维莱水电站采用引水径流式开发，电站安装4台立轴混流式水轮发电机组，总装机容量211MW。电站主

2、要水工建筑物伍括拦河坝、左岸及右岸溢洪道、左岸引水发电系统等。厂区接地系统由厂房、尾水、开关站、电站进水口、前池、水厂及泵房接地网相互连接组成了一个整体的接地系统。水平接地导体采用60×8镀锌扁钢，垂直接地体采用∠63×63×8mm镀锌角钢。2接地故障短路及其分流计算对于发电厂和变电站接地系统设计，故障电流分析是基础和必要条件。故障电流的型式、量级、大小和分流情况都对后续的接地网设计、导体选择、接触电势及跨步电势的校验产生很大影响。但对于大型电站及变电站，接地总故障电流可以达到十几kA甚至几十kA,若单纯据此进行接地

3、网设计，将造成极大的接地导体浪费，甚至根木无法满足安全性校验。而实际情况是，大部分接地故障电流往往都通过架空地线分流至远离故障点的IX域或通过接地导体回流至变压器中性点，而实际由接地网流入大地的入地电流往往都保持在合理范围之内。因此，对故障电流分流进行合理的分析对于接地网设计很有必要。曼维莱水电站采用CDEGS软件进行了架空避雷线分流计算，如图1所示，计算前需对铁塔进行数学建模以确定导地线空间分布，并输入线路平均档距、铁塔数量、变电站及铁塔典型接地电阻值、地线相关参数等信息。图1分流汁算网络参数输入根据曼维莱水电站单相接地故障短路电流计算结果，总单相故障电流为

4、7.02RA,其中由系统提供的短路电流为4.39kA,经计算，通过避雷线回流的电流为2.338kA,入地电流为2.052kA,实际仅占总故障电流的29.2%。3采用CDEGS软件进行建模仿真计算CDEGS软件是由被世界公认、堪称权威的加拿大SES公司历经十余年幵发而成的，它可以计算任意分层土壤的和任意形状地网的参数，可以解决电力系统接地、电磁场和电磁干扰及阴极保护等问题。3.1土壤建模CDEGS软件采用IEEE80std推荐的分析方法对现场土壤电阻率测量结果进行分析及拟合，在软件中输入上壤电阻率测量原始数据，在对比了测量单位根据国标给出的拟合结果后，得出的曼维

5、莱水电站厂区及开关站区域土壤分层情况为，厂房区域土壤分为上中下三层，电阻率分别为625Ω?m（对应深度49m）、13601Ω?m（对应深度79m）、42442Ω?m（对成深度220m）；开关站区域土壤分为上下两层，电阻率分别为625Ω?m（对应深度18m）、5490Ω?m（对应深度82m）;恩特姆河水电阻率为716Ω?m（对应深度50m）。可以看到，曼维莱电站深层土壤电阻率很高，这对接地设计造成了很大难度。3.2导体截®选择根据曼维莱水电站业主要求，电站接地导体采用镀锌钢材。接地导体截面的

6、选择首先需要满足导体通过短路电流吋的热稳定校验，其中短路电流值直接引用工程计算出的单相或两相接地故障电流，本工程为7.02kA。而校验热效应的计算吋间为继电保护装置动作吋间加断路器全分闸吋间，苏中继电保护动作吋间包括主保护动作吋间及断路器失灵保护动作吋间，一般计算吋间不超过Is。对于计算方法，国标及美标算法不同,但根据计算结果来看，相差不大，国标计算结果更加保守，但要注意的是，无论是美标中的Kf值还是国标中的C值，均是对材料耐热能力体现，以钢材为例，美标中镀锌钢的Kf值为28.96,国标中钢材的C值为70。对于本电站，根据IEEE-80中11.3.1.2小节公

7、式（42）可得Akcmil=203.3kcmil=103.1mm2,根据GB50065中的附录E公式可得Sg=100.3mm2o根据上述计算结果可知，无论采用国标还是美标，热稳定计算要求截面相差不大，采用60×8镀锌扁钢截面为480mm2,裕量很大。因此采用60×8镀锌扁钢主要是考虑导体腐蚀因素，根据国标推荐的镀锌扁钢年腐蚀率为0.065mm/a,按30年使用寿命考虑,50年后导体平均腐蚀厚度为约为3mm,即所剩导体尺、?为60×5,,仍能满足热稳定校验要求，但导体的腐蚀并按非理想的平均腐蚀状态进行，而多为局部腐蚀，且腐蚀速

8、度极不均匀，甚至出现局部加速腐蚀锈断的