發電廠設備接地的方法及應用

李紀華

（國核電力規劃設計研究院，北京 100095）

發電廠設備接地的方法及應用

李紀華

（國核電力規劃設計研究院，北京 100095）

國內常規發電廠接地設計中，往往比較簡單，僅在接地布置圖中將接地系統概略的表示出來。本文將有關規程規范進行了細化，闡述了發電廠接地網更為細致的設計方法，可示意到具體設備、設施接地，并結合具體工程應用進行了詳細闡述。本文對未來發電廠接地設計和現場施工具有較好的參考價值。

發電廠；設備接地；裸銅絞線

常規發電廠接地網設計，往往僅沿建筑物的四周布置一圈接地導體，如下圖1示例，而具體到各種設備的連接并未示意，導致現場施工問題頻出，不知應該如何將各種設備連到接地網、以及經常要求增加接地材料等。

圖1 某工程主廠房集控室區域接地

針對這種現象，結合采用裸銅絞線進行接地網設計的某國內沿海工程，筆者對相關規程規范進行細化，對比了各種接地材料的優劣，闡述了各種設備的具體接地方法，在最后還給出了該工程接地布置圖應用示例。

1 接地設計的相關基本概念[1]

1）接地極：埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體。兼做接地極用的直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬井管、鋼筋混凝土建（構）筑物的基礎、金屬管道和設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，它們一起構成接地網。自然接地極至少應在不同的兩點與接地網連接。

2）接地線：電力裝置、設施的接地端子與接地極連接用的金屬導電部分。

3）接地裝置：接地線和接地極的總和。

4）接地辮頭：電氣裝置、設施的接地端子與接地網連接用的卷制接地導體。

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

2 接地設計中的注意事項

1）接地材料的選擇

接地網的主要材料有：銅導體、銅包鋼、鋁導體、鋼等[2]，其主要特點如下表1所示。

根據國標要求[3]，接地網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，為了提高接地網的耐腐蝕性，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

本文結合國內某沿海電廠實際情況，考慮到當地的土壤條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）接地導體的最小截面，應符合下式要求[3]：

式中：Sg為接地導體的最小截面，mm2；Ig為流過接地導體的最大接地故障不對稱電流有效值，A；te為接地故障的等效持續時間，s；c為接地導體材料的熱穩定系數。

經上式計算出的接地導體截面，因還需考慮接地導體在運行周期內的腐蝕，所以計算時還應留有一定裕度，考慮接地網一般為60年的使用壽命，截面可按增加30%裕度考慮，并根據IEEE 80—2000[2]規定一般要選擇大一級的截面。

經過計算，該沿海工程的室內、外接地導體分別可以采用120mm2和240mm2的裸銅絞線。

3）發電廠的室外接地網應位于地面或者塊石路面以下0.8m處，由截面240mm2的裸銅絞線構成水平及垂直接地極。接地網邊緣各角做成圓弧形，圓弧的半徑應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）發電廠的室內接地網、及設備連接通常采用截面 120mm2的裸銅絞線，室內、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小于其長度的兩倍，水平接地極的間距可視具體情況確定，但不宜小于5m[4]。

6）接地網邊緣經常有人出入的走道處，應鋪設碎石、瀝青路面，或敷設在廠區路面以下。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，均應用鋼管或角鋼等加以保護，穿過墻壁、樓板或地坪處應加裝鋼管或其他保護套，有化學腐蝕的部位還應采取防腐措措施。

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。放熱焊接型式應嚴格遵守相關焊接制造商的焊接程序；②到設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，電氣設備每個接地部分應以單獨的接地線與接地母線相連接，嚴禁在一個接地線中串接幾個需要接地的部分。

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，可根據現場施工時的設備位置適當調整，以保證設備接地端子能以最短的路徑連接到室內接地網。設備基礎的接地辮頭通常從靠近設備接地端子側的基礎旁邊引出，并應注意不與設備安裝沖突。

9）現場施工時，應在安裝接地裝置之前進行清潔，用鋼絲刷刷試所有的導體表面，以保證良好的導電連續性。刷試之后，在所有導體表面涂以抗氧化導電膏（或等同產品）。敷設接地極時應避開各種設備基礎，宜將室內接地網的水平接地極或引上、引下接地導體敷設在建筑面層或保護層以下，采用暗敷方式，如圖5所示。現場施工時，應做好混凝土中接地裝置的預埋工作。

3 各種設備的具體接地方式

3.1 電氣設備接地

1）發電機。發電機定子基座或外殼應接地，與機身四周的接地系統相連。發電機轉子大軸應采用銅編織線或碳刷接地，并與接地系統相連，接地點位置在發電機汽端。汽輪機機缸的接地需依照汽輪機制造商的要求而定。

2）離相封閉母線。離相封閉母線的外殼及其支撐結構至少兩點接地，接地材料采用裸銅絞線。

3）動力變壓器。變壓器的底座和外殼需獨立兩點接地。變壓器中性點經電阻接地的，其中性點應該正確連接，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構至少兩點接地，接地材料采用裸銅絞線。

5）配電裝置、負荷中心和電動機控制中心。鎧裝開關柜、負荷中心及電動機控制中心內的接地母線兩端通過裸銅絞線接至主接地網。低壓系統的每個回路均具有獨自的接地導體，接地導體包含在供電電纜內，作為接地芯。開關柜、照明箱、動力箱及電動機的外殼應與接地芯連接。設備外殼還應接入主接地網。

6）電動機。由中壓或低壓負荷中心饋電的每個電動機都有裝于電機機座的接地端子，接地端子通過接地線與地網連接。接地線的截面可與電動機饋線電纜截面相同，但不小于 50mm2且不大于120mm2。由電動機控制中心饋電的電動機（電動閥除外），都有專門接地端子，接地端子通過接地線與接地網連接，接地線的截面可與電動機饋線截面相同，但不小于35mm2且不大于120mm2。

7）電纜橋架。有動力電纜的金屬電纜橋架，在電纜橋架內敷設一根最小截面為120mm的接地線，接地體需沿電纜橋架的內側邊沿敷設，并且最多每隔 600mm用一個接地夾將接地導體連接到電纜橋架。層疊中的所有橋架最多間隔 30m，就應該連接在一起接至地網或者廠房鋼結構。每一層上的每兩跨橋架之間用一條最小截面120mm2，最長610mm2跳線連接。所有從電纜橋架到電氣設備的埋管都應該連接到橋架或橋架里的接地線上。

3.2 鋼結構接地

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

2）在每個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或最近的直接接地鋼柱上。

3）行車導軌兩端通過120mm2的接地線直接接入接地系統。

4）所有的鋼結構平臺都應該有效接地。沒有連接到接地鋼柱上的平臺需要用截面 120mm2接地線連接到電廠接地網或最近直接相連的鋼柱上。超過2.5m長的平臺應該有至少兩條接地線，這兩個連接位于平臺的相對的終端（邊）。

3.3 混凝土結構接地

1）每個樓層采用120mm2的接地線構成室內接地環網，室內接地環網采用 240mm2接地線與室外地網相連。設備接地從室內地網引出并連接。混凝土內鋼筋根據需要與接地網連接，以降低接觸電勢和跨步電勢，但鋼筋不可作為接地導體使用。

2）當接地線位于混凝土伸縮縫處時，應采取補償措施，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 接地網的設計

有了上述設計原則和注意事項后，即可畫出到具體設備的接地布置圖，下圖6給出了該工程循環水泵房大平臺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，室內主接地網為稀疏的銅網格，面積約為 20m×60m，其中主要設備循環水泵電動機附近設置網孔約為13m×18m的銅網格，并考慮避開設備基礎。每臺循環水泵電動機預留三個接地辮頭，分別給電動機殼體、接線盒、以及中性點端子箱的中性點接地，接地導體采用長約1.5m的120mm2卷制接地辮頭。

圖6 某工程循環水泵房大平臺的部分接地布置圖

現場施工時，除了參照此接地布置圖，實際的安裝尺寸還應根據設備的具體位置適當調整，接地極與建筑物的縱橫向相對位置也需根據現場實際情況適當調整，以保證設備能以最短的路徑連接到室內接地網格。

5 結論

本文針對發電廠常規設計中沒有給出設備接地方法的細節問題，結合工程設計經驗，詳細論述了在工程實際中不同情況接地的處理辦法，切合發電廠基建工作的實際。本文基本覆蓋了發電廠的各種接地問題，對現場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計規范[S].

[4] 水利電力部西北電力設計院. 電力工程電氣設計手冊（第一冊）:電氣一次部分[M]. 北京: 中國電力出版社, 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

李紀華（1978-），碩士，工程師，從事的研究方向或專業工作內容：從事發電廠的設計、采購、施工、繪圖等工作。