李紀(jì)華

（國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095）

發(fā)電廠設(shè)備接地的方法及應(yīng)用

李紀(jì)華

（國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095）

國(guó)內(nèi)常規(guī)發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)中，往往比較簡(jiǎn)單，僅在接地布置圖中將接地系統(tǒng)概略的表示出來(lái)。本文將有關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行了細(xì)化，闡述了發(fā)電廠接地網(wǎng)更為細(xì)致的設(shè)計(jì)方法，可示意到具體設(shè)備、設(shè)施接地，并結(jié)合具體工程應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述。本文對(duì)未來(lái)發(fā)電廠接地設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工具有較好的參考價(jià)值。

發(fā)電廠；設(shè)備接地；裸銅絞線

常規(guī)發(fā)電廠接地網(wǎng)設(shè)計(jì)，往往僅沿建筑物的四周布置一圈接地導(dǎo)體，如下圖1示例，而具體到各種設(shè)備的連接并未示意，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工問(wèn)題頻出，不知應(yīng)該如何將各種設(shè)備連到接地網(wǎng)、以及經(jīng)常要求增加接地材料等。

圖1 某工程主廠房集控室區(qū)域接地

針對(duì)這種現(xiàn)象，結(jié)合采用裸銅絞線進(jìn)行接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的某國(guó)內(nèi)沿海工程，筆者對(duì)相關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行細(xì)化，對(duì)比了各種接地材料的優(yōu)劣，闡述了各種設(shè)備的具體接地方法，在最后還給出了該工程接地布置圖應(yīng)用示例。

1 接地設(shè)計(jì)的相關(guān)基本概念[1]

1）接地極：埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體。兼做接地極用的直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬井管、鋼筋混凝土建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)、金屬管道和設(shè)備等稱為自然接地極。接地極又分為水平接地極和垂直接地極，它們一起構(gòu)成接地網(wǎng)。自然接地極至少應(yīng)在不同的兩點(diǎn)與接地網(wǎng)連接。

2）接地線：電力裝置、設(shè)施的接地端子與接地極連接用的金屬導(dǎo)電部分。

3）接地裝置：接地線和接地極的總和。

4）接地辮頭：電氣裝置、設(shè)施的接地端子與接地網(wǎng)連接用的卷制接地導(dǎo)體。

5）接地網(wǎng)裝置的用途為：①工作（系統(tǒng)）接地；②保護(hù)接地；③雷電保護(hù)接地；④防靜電接地。

2 接地設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

1）接地材料的選擇

接地網(wǎng)的主要材料有：銅導(dǎo)體、銅包鋼、鋁導(dǎo)體、鋼等[2]，其主要特點(diǎn)如下表1所示。

根據(jù)國(guó)標(biāo)要求[3]，接地網(wǎng)水平接地極一般可采用熱鍍鋅圓鋼、扁鋼；垂直接地極一般可采用熱鍍鋅角鋼或鋼管。腐蝕較重地區(qū)，為了提高接地網(wǎng)的耐腐蝕性，水平接地極可采用圓銅、扁銅、銅絞線、銅覆鋼絞線、銅覆圓鋼或銅覆扁鋼，垂直接地極可采用圓銅或銅覆圓鋼等。

表1 接地材料的主要特點(diǎn)

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)某沿海電廠實(shí)際情況，考慮到當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件及耐腐蝕性能等諸多因素，最終選擇采用裸銅絞線作為主要接地材料。

2）接地導(dǎo)體的最小截面，應(yīng)符合下式要求[3]：

式中：Sg為接地導(dǎo)體的最小截面，mm2；Ig為流過(guò)接地導(dǎo)體的最大接地故障不對(duì)稱電流有效值，A；te為接地故障的等效持續(xù)時(shí)間，s；c為接地導(dǎo)體材料的熱穩(wěn)定系數(shù)。

經(jīng)上式計(jì)算出的接地導(dǎo)體截面，因還需考慮接地導(dǎo)體在運(yùn)行周期內(nèi)的腐蝕，所以計(jì)算時(shí)還應(yīng)留有一定裕度，考慮接地網(wǎng)一般為60年的使用壽命，截面可按增加30%裕度考慮，并根據(jù)IEEE 80—2000[2]規(guī)定一般要選擇大一級(jí)的截面。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，該沿海工程的室內(nèi)、外接地導(dǎo)體分別可以采用120mm2和240mm2的裸銅絞線。

3）發(fā)電廠的室外接地網(wǎng)應(yīng)位于地面或者塊石路面以下0.8m處，由截面240mm2的裸銅絞線構(gòu)成水平及垂直接地極。接地網(wǎng)邊緣各角做成圓弧形，圓弧的半徑應(yīng)大于均壓帶間距的一半。水平接地極距離建筑物外墻一般為1.5m。

4）發(fā)電廠的室內(nèi)接地網(wǎng)、及設(shè)備連接通常采用截面 120mm2的裸銅絞線，室內(nèi)、室外相連接的部分宜采用截面240mm2的裸銅絞線。

5）為減少相鄰接地體的屏蔽作用，垂直接地極的間距不應(yīng)小于其長(zhǎng)度的兩倍，水平接地極的間距可視具體情況確定，但不宜小于5m[4]。

6）接地網(wǎng)邊緣經(jīng)常有人出入的走道處，應(yīng)鋪設(shè)碎石、瀝青路面，或敷設(shè)在廠區(qū)路面以下。接地極與公路、鐵路、管道等交叉及其他可能使其遭受損傷處，均應(yīng)用鋼管或角鋼等加以保護(hù)，穿過(guò)墻壁、樓板或地坪處應(yīng)加裝鋼管或其他保護(hù)套，有化學(xué)腐蝕的部位還應(yīng)采取防腐措措施。

7）通常主要的接地連接類型包括：①所有地面以下的接地系統(tǒng)的連接采用放熱焊接方法。參見下圖2至圖3。放熱焊接型式應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)焊接制造商的焊接程序；②到設(shè)備的連接采用帶螺栓連接的壓縮型連接片，參見下圖4。尤其需注意，電氣設(shè)備每個(gè)接地部分應(yīng)以單獨(dú)的接地線與接地母線相連接，嚴(yán)禁在一個(gè)接地線中串接幾個(gè)需要接地的部分。

圖2 地面以下水平接地極放熱焊接

圖3 地面以下垂直接地極放熱焊接

8）接地布置圖中接地辮頭的位置，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)的設(shè)備位置適當(dāng)調(diào)整，以保證設(shè)備接地端子能以最短的路徑連接到室內(nèi)接地網(wǎng)。設(shè)備基礎(chǔ)的接地辮頭通常從靠近設(shè)備接地端子側(cè)的基礎(chǔ)旁邊引出，并應(yīng)注意不與設(shè)備安裝沖突。

9）現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，應(yīng)在安裝接地裝置之前進(jìn)行清潔，用鋼絲刷刷試所有的導(dǎo)體表面，以保證良好的導(dǎo)電連續(xù)性。刷試之后，在所有導(dǎo)體表面涂以抗氧化導(dǎo)電膏（或等同產(chǎn)品）。敷設(shè)接地極時(shí)應(yīng)避開各種設(shè)備基礎(chǔ)，宜將室內(nèi)接地網(wǎng)的水平接地極或引上、引下接地導(dǎo)體敷設(shè)在建筑面層或保護(hù)層以下，采用暗敷方式，如圖5所示?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，應(yīng)做好混凝土中接地裝置的預(yù)埋工作。

3 各種設(shè)備的具體接地方式

3.1 電氣設(shè)備接地

1）發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)定子基座或外殼應(yīng)接地，與機(jī)身四周的接地系統(tǒng)相連。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子大軸應(yīng)采用銅編織線或碳刷接地，并與接地系統(tǒng)相連，接地點(diǎn)位置在發(fā)電機(jī)汽端。汽輪機(jī)機(jī)缸的接地需依照汽輪機(jī)制造商的要求而定。

2）離相封閉母線。離相封閉母線的外殼及其支撐結(jié)構(gòu)至少兩點(diǎn)接地，接地材料采用裸銅絞線。

3）動(dòng)力變壓器。變壓器的底座和外殼需獨(dú)立兩點(diǎn)接地。變壓器中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的，其中性點(diǎn)應(yīng)該正確連接，先接電阻，后接地。

4）共箱封閉母線。共箱封閉母線的外殼及其支撐結(jié)構(gòu)至少兩點(diǎn)接地，接地材料采用裸銅絞線。

5）配電裝置、負(fù)荷中心和電動(dòng)機(jī)控制中心。鎧裝開關(guān)柜、負(fù)荷中心及電動(dòng)機(jī)控制中心內(nèi)的接地母線兩端通過(guò)裸銅絞線接至主接地網(wǎng)。低壓系統(tǒng)的每個(gè)回路均具有獨(dú)自的接地導(dǎo)體，接地導(dǎo)體包含在供電電纜內(nèi)，作為接地芯。開關(guān)柜、照明箱、動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的外殼應(yīng)與接地芯連接。設(shè)備外殼還應(yīng)接入主接地網(wǎng)。

6）電動(dòng)機(jī)。由中壓或低壓負(fù)荷中心饋電的每個(gè)電動(dòng)機(jī)都有裝于電機(jī)機(jī)座的接地端子，接地端子通過(guò)接地線與地網(wǎng)連接。接地線的截面可與電動(dòng)機(jī)饋線電纜截面相同，但不小于 50mm2且不大于120mm2。由電動(dòng)機(jī)控制中心饋電的電動(dòng)機(jī)（電動(dòng)閥除外），都有專門接地端子，接地端子通過(guò)接地線與接地網(wǎng)連接，接地線的截面可與電動(dòng)機(jī)饋線截面相同，但不小于35mm2且不大于120mm2。

7）電纜橋架。有動(dòng)力電纜的金屬電纜橋架，在電纜橋架內(nèi)敷設(shè)一根最小截面為120mm的接地線，接地體需沿電纜橋架的內(nèi)側(cè)邊沿敷設(shè)，并且最多每隔 600mm用一個(gè)接地夾將接地導(dǎo)體連接到電纜橋架。層疊中的所有橋架最多間隔 30m，就應(yīng)該連接在一起接至地網(wǎng)或者廠房鋼結(jié)構(gòu)。每一層上的每?jī)煽鐦蚣苤g用一條最小截面120mm2，最長(zhǎng)610mm2跳線連接。所有從電纜橋架到電氣設(shè)備的埋管都應(yīng)該連接到橋架或橋架里的接地線上。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)接地

1）在路面或地基水平面，每隔一個(gè)鋼柱用截面120mm2的接地線直接連接到電廠接地網(wǎng)，連接點(diǎn)采用放熱焊接的方式。

2）在每個(gè)鋼梯和樓梯鄰近頂部和底部的位置，采用截面 120mm2的接地線直接連接到電廠接地網(wǎng)或最近的直接接地鋼柱上。

3）行車導(dǎo)軌兩端通過(guò)120mm2的接地線直接接入接地系統(tǒng)。

4）所有的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)都應(yīng)該有效接地。沒有連接到接地鋼柱上的平臺(tái)需要用截面 120mm2接地線連接到電廠接地網(wǎng)或最近直接相連的鋼柱上。超過(guò)2.5m長(zhǎng)的平臺(tái)應(yīng)該有至少兩條接地線，這兩個(gè)連接位于平臺(tái)的相對(duì)的終端（邊）。

3.3 混凝土結(jié)構(gòu)接地

1）每個(gè)樓層采用120mm2的接地線構(gòu)成室內(nèi)接地環(huán)網(wǎng)，室內(nèi)接地環(huán)網(wǎng)采用 240mm2接地線與室外地網(wǎng)相連。設(shè)備接地從室內(nèi)地網(wǎng)引出并連接?；炷羶?nèi)鋼筋根據(jù)需要與接地網(wǎng)連接，以降低接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)，但鋼筋不可作為接地導(dǎo)體使用。

2）當(dāng)接地線位于混凝土伸縮縫處時(shí)，應(yīng)采取補(bǔ)償措施，并分別在距離伸縮縫邊460mm的地方用聚乙烯包裝接地電纜。

4 接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)

有了上述設(shè)計(jì)原則和注意事項(xiàng)后，即可畫出到具體設(shè)備的接地布置圖，下圖6給出了該工程循環(huán)水泵房大平臺(tái)的部分接地布置圖示例。

圖6中，室外水平接地極距離建筑物外墻為2m，室內(nèi)主接地網(wǎng)為稀疏的銅網(wǎng)格，面積約為 20m×60m，其中主要設(shè)備循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)附近設(shè)置網(wǎng)孔約為13m×18m的銅網(wǎng)格，并考慮避開設(shè)備基礎(chǔ)。每臺(tái)循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)預(yù)留三個(gè)接地辮頭，分別給電動(dòng)機(jī)殼體、接線盒、以及中性點(diǎn)端子箱的中性點(diǎn)接地，接地導(dǎo)體采用長(zhǎng)約1.5m的120mm2卷制接地辮頭。

圖6 某工程循環(huán)水泵房大平臺(tái)的部分接地布置圖

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，除了參照此接地布置圖，實(shí)際的安裝尺寸還應(yīng)根據(jù)設(shè)備的具體位置適當(dāng)調(diào)整，接地極與建筑物的縱橫向相對(duì)位置也需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整，以保證設(shè)備能以最短的路徑連接到室內(nèi)接地網(wǎng)格。

5 結(jié)論

本文針對(duì)發(fā)電廠常規(guī)設(shè)計(jì)中沒有給出設(shè)備接地方法的細(xì)節(jié)問(wèn)題，結(jié)合工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)論述了在工程實(shí)際中不同情況接地的處理辦法，切合發(fā)電廠基建工作的實(shí)際。本文基本覆蓋了發(fā)電廠的各種接地問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有較好的參考作用。

[1] DL/T 621—1997 交流電氣裝置的接地[S].

[2] IEEE Std 80-2000, IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding[S].

[3] GB/T 50065—2011 交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院. 電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（第一冊(cè)）:電氣一次部分[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 1989.12.

Equipment Grounding Method and Application in Power Plant

Li Jihua
(State Nuclear Electric Power Planning Design & Research Institute, Beijing 100095)

At present, domestic power plant grounding design tend to be too simple. Combining with engineering practice, this paper refined related Chinese codes and standards, give more precise grounding design method, i.e., grounding to specific equipment. it also elaborated specific engineering application in details. This paper is valuable for future grounding design and onsite construction in power plant.

power plant; equipment grounding; copper strand

李紀(jì)華（1978-），碩士，工程師，從事的研究方向或?qū)I(yè)工作內(nèi)容：從事發(fā)電廠的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、繪圖等工作。