沿海大型火力發電廠接地技術優化分析

王際華,張育勛,楊 斌,胡冬冰

(1.華潤電力(海豐)有限公司,廣東 汕尾 516468;2.廣州市電力工程有限公司,廣州 510260;3.汕尾市防雷設施檢測所,廣東 汕尾 516600)

沿海大型火力發電廠接地技術優化分析

王際華1,張育勛2,楊 斌3,胡冬冰3

(1.華潤電力(海豐)有限公司,廣東 汕尾 516468;2.廣州市電力工程有限公司,廣州 510260;3.汕尾市防雷設施檢測所,廣東 汕尾 516600)

以2×1000 MW海豐電廠一期工程為例,結合該項目接地工程設計、施工、檢測階段的工程技術管理經驗,從業主方管理的角度對沿海大型火電廠存在的接地問題進行了剖析,對接地阻抗的降低方法和施工過程中所存在的問題進行了優化研究,并提出一系列解決方案。通過實際驗證,所提出的接地施工優化策略具有一定的實用性和推廣性,值得相關工程項目參考。

接地阻抗;火力發電廠;接地極;降阻;沿海

根據中國火電機組的發展現狀,通常將單機容量為600 MW及以上的火電廠定義為大型火力發電廠[1]。由于能源需求地主要集中在中國長三角、珠三角等經濟發達的沿海地區,加之煤炭海運的經濟性,沿海大型火電廠的建設成為當今電力發展的一個趨勢。因此為了保障這些大型火電廠的安全生產,避免發生漏電引起的安全事故,各電廠必須配置接地系統。通常火電廠接地系統主要由建筑物防雷接地、設備接地、獨立接地極、主接地網等構成。為滿足電力系統的運行要求、保證接地系統在預期壽命內持續穩定運行,分析沿海地區氣候、土壤的特點,因地制宜地優化設計并在施工過程中強調過程控制至關重要。本文以海豐電廠一期工程為例,對沿海大型火電廠接地技術進行了具體分析研究。

1 土壤電阻率測試及降阻措施分析

充分掌握施工現場土質結構是優化接地施工方案、制定降阻對策的重要環節。2014-06-30,在海豐電廠的施工現場選擇4個點進行土壤電阻率測試,測試所用儀器為ETREX系列GPS定位儀、K-2127B型接地電阻綜合測試儀,測試方法選用四點等距法,所得試驗數據如表1所示,各點不同深度土壤電阻率的變化趨勢曲線如圖1所示。[2]

表1 廠區內4個測試點測試數據

注:季節系數為1.3,按照水平接地極埋深0.8 m,垂直接地極長為2.5 m估算而得

圖1 不同土壤深度下土壤電阻率趨勢圖

根據試驗數據可知:

1) 廠區內土質結構復雜,各點試驗數據差異很大,局部區域由于回填土及填海區域土質濕潤等原因土壤電阻率較低,這也是“開山填海”模式的主要特點。開山區域地下埋藏著大量的巖石,土壤電阻率接近300 Ω·m,這給此區域的兩基轉角塔以及氫站等易燃易爆區域避雷針的集中接地極的施工造成了極大的困難。該轉角塔處于主變差動保護的范圍內且高度超過40 m,塔頂極易遭受雷擊。如果桿塔的集中接地極由于附近處于巖石區或高土壤電阻率地區而引外過遠,會造成沖擊接地阻抗過大,沖擊接地電流作用于桿塔的沖擊接地阻抗和桿塔自身的阻抗,形成極高的電位升而反擊導線,以致懸掛的棒式耐張絕緣子沿面閃絡。由于主變零序I段設定延時6 s,因此差動保護速動,跳開GCB及GIS區域相關開關,釀成停機事故。桿塔反擊時500 kV主變保護范圍如圖2所示。

2) 填海區域盡管土壤濕潤,但由于回填物為開山的巖石及部分土壤,土壤電阻率仍處于較高的水平,且接地體在填海區域腐蝕非常嚴重。經現場腐蝕試驗,熱鍍鋅層完好的扁鋼埋地3個月后,鍍鋅層脫落嚴重,扁鋼嚴重銹蝕。利用電化學保護的原理,如加裝陰極保護裝置可在一定程度上延緩腐蝕速度[3],延長接地系統的使用壽命。

3) 隨著土壤深度的增加,土壤電阻率成近似上升趨勢。為了降低土壤電阻而對地表土壤進行大規模置換或大量添加降阻劑是很不經濟的。接地阻抗是由接地線與接地極的電阻、接地極與土壤的接觸電阻以及接地極至無窮遠處的土壤電阻組成,對于大型火電廠,后者起著決定性因素。置換土壤或加添降阻劑只能改善接地極與土壤的接觸電阻,無法發揮決定性作用。

4) 土壤電阻率直接決定著工頻接地阻抗的水平。當廠內發生接地短路時,入地電流作用于發電廠的工頻接地阻抗,導致整個主接地網的地電位大幅度抬升。控制電纜及其連接的繼電保護設備的工頻耐壓值通常不超過2 kV,而為了滿足地電位升不超過二次設備限值,既可以采取降低短路電流,又可以采取一定的降阻措施。降低短路電流需要從系統的結構、電氣設備的選型著手,是很難實現的[4-5]。因此,在土壤電阻率一定的條件下,根據現場的實際情況,降低接地電阻是一種具有可行和可實施的方法。

圖2 桿塔反擊時500 kV主變保護范圍示意圖

表2 獨立區域接地電阻測試值

在討論降阻措施時,切不可采用加密均壓帶間距、增加垂直接地極個數及長度、增加水平接地極的埋深、大面積加裝離子接地極、全部更換為銅材等,上述方法降阻效果微乎其微,經濟性大打折扣。

2 工程各階段接地阻抗合格標準分析

以海豐電廠一期工程2×1000 MW機組的火電廠為例,涉及出具接地阻抗測試報告的電力質檢主要有3個工程節點,分別為GIS倒送電、第一臺機組整機啟動試運行和第二臺機組整機啟動試運行。每個工程節點對于接地阻抗的要求值是不同的,如果在GIS倒送電時測值大于最終允許值,而在測試報告結論中表明該工程接低阻抗測試不合格是不適宜的。因為當GIS倒送電時,短路電流只由系統供給;當第一臺機組整機啟動時,短路電流由系統和第一臺機組提供;當第二臺機整機啟動,即兩臺機組同時運行時,短路電流由系統和兩臺機組共同提供。除第三種情況需符合設計要求的接地阻抗值外,前兩種情況的接地阻抗允許值可根據實際計算結果而定,因為此時短路電流數值相對較小且全廠接地網還未完工,無需去刻意滿足最終要求值。但是,當第二臺機組即將整機啟動,且接地阻抗實測值不滿足設計要求時,必須結合現場的實際情況采取降阻措施。

3 接地系統施工過程的控制

在優化設計方案的前提下,把好進廠材料質量關并引入“PDCA循環”作為建立質量管理體系和進行質量管理的基本方法[7]，是保障接地系統施工質量的重要環節。

1) 嚴把施工材料進廠關。在沿海區域,空氣和土壤中鹽密大、腐蝕性強,熱鍍鋅層質量不佳的扁鋼裸露在空氣中或敷設于地下,短時間內就會發生銹蝕。施工現場常見的問題有鍍鋅層厚度不夠、應力導致鍍鋅層破損、使用冷鍍鋅等。除此之外,扁鋼截面積不符合要求也是值得關注的問題。在材料進廠質檢時,應依據設計要求、規范標準、合同要求,利用游標卡尺、測厚儀等進行檢驗,剔除不合格批次的材料,嚴把材料質量關。

2) 水平接地極埋深問題。廣東沿海區域地處無冰區,無凍土層,大多按照最低要求0.8 m埋深進行設計。在施工中,由于借助其他管溝施工進行敷設或標高錯誤等原因,會產生埋深不夠的問題,使得地面上的動土作業極易損壞地網。

3) 鍍鋅扁鋼搭接及防腐問題。扁鋼搭接焊的重點在于搭接的長度和搭接的方式。若采用傳統的“完全重合”方法,長度方向的兩側焊縫會因為焊接不飽滿而在受力后開焊。焊接操作時,搭接扁鋼在寬度方向錯開一定的距離,可有效提高焊接的質量。由于焊接過程中會破壞搭接部分的鍍鋅層,因此無論是敷設在土壤中還是在水泥中,搭接部位必須加涂防腐瀝青漆或銀粉漆[8]。很多情況下防腐工作都是在一定區域地網焊接完成后進行,此時由于受力的原因,扁鋼已緊緊地貼附在土壤上,給扁鋼土壤側的防腐工作帶來了一定困難,這就需要對施工順序進行一定程度的優化。

4) 回填問題。接地網敷設屬于隱蔽工程,需經過監理工程師(或業主)檢查驗收合格后方可回填,在回填時,監理工程師需嚴把回填土質量關,禁止回填建筑垃圾、大石塊等現象的發生。

5) 發包模式問題。當某大型火力發電廠采取平行發包模式時,可將全廠接地工程由某一個施工單位全部承包。在施工前,該單位內部預先做出接地施工組織設計及施工方案并逐級交底,對各接地施工程序進行優化協調,達到可能產生的糾紛預先內部解決的效果;如果采用工程總承包或施工總承包模式,建議全廠接地由總包單位自行施工。

4 結 語

對于新建機組,接地系統驗收是否合格,尤其是接地阻抗、跨步電位差、接觸電位差、導通電阻等地網特性參數是否滿足電力系統運行要求至關重要。在現場施工管理中,通過對細節到整體的全面過程控制,引入“PDCA”質量管理體系,嚴把材料進廠、焊接工藝、防腐處理、回填等質量關,采取具有可行性和可實施性的降阻措施,使海豐電廠全廠接地阻抗值達到0.109 Ω,與設計估算值0.107 Ω幾乎完全相同,遠小于系統允許值0.126 Ω,保障了全廠電氣設備的安全穩定運行。

[1] GB 50060-2011. 大中型火力發電廠設計規范[S]. 北京:中國計劃出版社,2011.

[2] GB/T 17949.1-2000. 接地系統的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導則 第一部分:常規測量[S]. 北京:中國標準出版社,2000.

[3] 楊道武,李景祿,朱志平. 接地網防腐工程中的陰極保護設計[J]. 電磁避雷器,2004,197(1):36-38. YANG Daowu, LI Jinglu, ZHU Zhiping. Cathodic protection design for grounding net anti-corrosion project in transformer substation [J]. Insulators and Surge Arresters, 2004,197(1):36-38.

[4] 任志遠. 電網短路電流問題的探討和限制短路電流的措施[J]. 內蒙古石油化工,2007(12):243-244. REN Zhiyuan. Discussino on network short-circuit current and countermeasures to limiting short-circuit current [J]. Inner Mongolia Petrochemical, 2007(12):243-244.

[5] 弋東方. 電力工程電氣設計手冊(電氣一次部分)[M]. 北京:中國電力出版社,1989. YI Dongfang. Electrical design manual of electric power engineering (Electrical primary part) [M]. Beijing: China Electric Power Press, 1989.

[6] GB50065-2011. 交流電氣裝置的接地設計規范[S]. 北京:中國計劃出版社,2011.

[7] 全國一級建造師執業資格考試用書編寫委員會. 建設工程項目管理[M]. 北京:中國建筑工業出版社,2014:170-171. Construction project management [M]. Beijing: China Architecture and Building Press, 2014:170-171.

[8] 滿超南. 接地材料和防腐降阻材料的性能研究及其優化選擇[D]. 長沙:長沙理工大學,2013 MAN Chaonan. Performance research and optimization selection of grounding material and corrosion with resistance reducing materi-al [D]. Changsha: Changsha University of Science and Technology, 2013.

(責任編輯 侯世春)

Analysis of grounding technology of coastal large-scale fossil fired power plant

WANG Jihua1, ZHANG Yuxun2, YANG Bin3, HU Dongbing3

(1.China Resources Power (HaiFeng) Co., Ltd.,Shanwei 516468, China;2.Guangzhou ElectricPower Engineering Co., Ltd.,Guangzhou 510260, China;3.Shanwei Office ofLightning installation inspection,Shanwei 516600, China)

This paper took the 2×1000 MW Haifeng power plant as an example, combining with the engineering technology management experience of grounding project design, construction and detection, analyzed the grounding problems in coastal large-scale fossil fired power pants from the angle of business owners’ angle, and studied how to optimize the problems in grounding impedance reduction and construction. The practice proves that optimization strategy of construction proposed in this paper is functional and worth promoting, which could be referenced by other familiar projects.

grounding impedance; fossil fired power plant; grounding electrode; resistance reduction; coastal

2015-05-25。

王際華(1985—),男,碩士,主要從事發電廠電氣工程技術管理工作。

TM862

A

2095-6843(2015)06-0508-04