海外高土壤电阻率地区火电厂接地方案研究.pdf

第 3 6卷 第 8期 2 0 1 4年 8月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 ． 3 6 No ． 8 Au g． 2 01 4 海外高土壤 电阻率地 区火 电厂接地方案研 究 周 正 一 中国华电工程 集团 有限公司， 北京1 0 0 1 6 0 摘要 针对柬埔寨某 2 6 0MW燃煤电厂所在地资源的具体条件， 在减少换填土量 、 合理控制成本、 保证工期的前提 下， 提出了具体的接地方案。按照 I E E E 8 0 2 0 0 0 交流变电站接地安全指南 校验了跨步电压和接触电势允许值， 保证 全厂接地电阻满足合同要求。 关键词 海外火电厂； 土壤电阻率； 接地电阻； 跨步电压 ； 接触电势 中图分类号 T M 6 2 1 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 4 0 8 0 0 1 7 0 2 1 电厂概况 柬埔寨某 2 6 0 MW 燃煤电厂所在地原始地貌 多为 白色至灰色的软地层表土 ， 偶尔有褐色的粉砂 或含黏土粉砂 ， 与不同厚度的沙石岩床重叠 ， 电厂南 部的小溪河床主要 由岩石构成 ， 因此厂址 区域的土 壤电阻率整体很高 。而该设计采购施工 E P C 总承 包工程合 同要求 ， 在故障电流持续时间为 1 s 、 2 3 0 k V 侧三相短路 电流为 3 1 ． 5 k A以及人体 质量为 5 O k g 的条件下 ， 分别按照 I E E E标准校核计算跨步电压 和 接 触 电 势 允 许值 ， 并 要 求 全 厂 接 地 电 阻小 于 0． 5Q 2 主要研 究 内容 对该厂厂址地质 条件 、 当地资源及 I E E E规 范 进行研究， 提出经济、 合理的解决方案。 2 ． 1 厂址土壤 电阻率的测量 首先测定全厂土壤 电阻率 ， 全厂共设 置 了 1 3 4 个测点 ， 测点分布情况见表 1 。 表 1 厂址建筑地段测点数分布 个 核心地段为 A列至升压站 ， 该地 段共布 置 2 0 个测点 ， 测点编号及位置如图 1 所示。 该地段分为 I， Ⅲ， Ⅳ 3个 电性分 区， 各 电性分 区电阻率如下 。 1 I 区 不同深度的电性层电阻率解释值分 别为 4 2 0 ， 9 5 0 ， 3 8 0 Q 1T I 。 2 Ⅲ区 该区域的电阻率曲线形态各异， 但电 阻率总体较高 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 0 8 ； 修 回 日期 2 0 1 4 0 7 2 5 图 例 厂 电 阻 率 测 定厂 面 电 性 分 I 二 l 位 置 及 编 号 I 堕 l 区 界 线 图 1 A列至升压站测点编号及位置分布 3 Ⅳ区 该 电性 区域为场地平整 时的剥离地 段 ， 中风化岩石出露于地表 ， 很多地方测定电极难以 钉入地下 ， 电阻率高。 由测量结果可知， 在水平接地体 一 0 ． 6 Il1 和 垂直接地体 一3 ． 0 m 区间， Ⅳ区和 Ⅲ区土壤 电阻 率达 1 0 5 0 n l 以上 ， I区达 4 2 0 m 以上。从 全厂范围来说 ， 场平标高 一3 ． 0 n l 以内原始平整后 的土壤 电阻率 都在 1 0 5 0 Q 1T I 左 右 ， 所 以 1 0 5 0 Q I ll 将作为全厂接地 电阻分析计算 的重要基 本值 。 2 ． 2 全厂接地 网最初设计 依据 1 0 5 0 Q in的土壤电阻率， 按规程允许的 范围， 在开关站和主厂房 区域布置尽 可能多的水 平 和垂直接地体， 同时假设水平接地体周围都换填 8 0 Q n l 的低电阻率土壤。根据 I E E E 8 0 --2 0 0 0 交流 变电站接地安全指南 可得到接地 网接地 电阻 1 8 华 电技 术 第3 6卷 R g P s 【 1 J ， 式中 为接地系统导体总长度 ， 8 8 0 0 1T I ； p 为接地 沟内等效土壤电阻率 ， 2 0 7 n 1T I ； A为接地网占地面 积 ， 3 9 0 0 01T I ； 为埋深 ， 0 ． 6 I l l 。 通过计算可得 R 0 ． 4 8 9 Q。 E P C合同要求接地 电阻应小于 0 ． 5 n， 因此接 地网电阻满足合同要求。 2 ． 3 设计存在的问题 上述设计方案似乎已经解决了该工程的接地电 阻问题 ， 但实际并非如此。 1 如果全厂都按水平接地体的长度置换 8 0 n i n的低 电阻率土壤 ， 共需要 8 2 0 0m 的土壤 ， 一 部载质量为 2 0t 的翻斗车需要拉 5 5 0趟 以上 ， 运输 距离约 5 k m。厂 址 附近 可用 土壤 的 电 阻率 多为 1 0 0～ 2 0 0n IT I ， 厂址附近 1 0k m范围内无法找到足 够多的低 电阻率土壤 。 2 接地网格中大量 的回填土极易使厂区地 面 沉降不均 。 3 开挖大量的原土需 要二次搬运 ， 沿水平接 地线 回填 1 0 0 0mm1 0 0 0m m低电阻率 的土壤再夯 实也非常费劳力 ， 无法大规模使用工程机械。 4 这样处理后开关站表面 的原土土壤电阻率 还是很高 ， 接触 电势还是很难满足要求 。 2 ． 4解决问题的思路 1 在火电厂的施 工过程 中 ， 汽机房和锅炉房 有大量的基础需要开挖 ， 回填时尽可能 回填泥土或 沙土 ， 不允许用原土 回填。虽然这些泥土和沙土 的 土壤 电阻 率 只有 1 0 0～2 0 0 Q m， 远 达不 到 8 0 Q 1T I ， 但已经比原土好很多了， 而且厂址周围很容 易收集到。 2 主厂房 A排外 主变压器 、 2 3 0 k V开关站 区 域是接地电阻、 跨步电压和接触 电势的考核区域 ， 其 设备基础也需要爆破开挖至 一3 i n以下。如果 能在 回填时考虑更低电阻率的土壤， 可以用极小的代价 解决所有问题。因此 ， 回填时要求施工方筛选更好 的土壤 ， 电阻率大约都在 1 0 0 Q n l 左右 ， 原来开挖 出的土石一律置换掉 。置换土壤后开关站的土壤平 均电阻率为 1 2 3 ． 0 5 Q m。 3 根据厂址 岩土工程勘 测报告 ， 该 区域地下 水有孔隙水和基岩裂隙水。上部水属于上层滞水 ， 主建筑物地段水位标高一般在 2 ． 0 5～ 4 ． 6 0 1T I ， 雨季 水位还会有所上升。因此大型设备的基础和高大建 筑物的构架基础是良好的接地体， 可以充分利用。 4 该项 目所在地正好有 一个卸煤码 头， 海上 引桥长近 4 8 0 m， 可利用海上引桥和码 头柱子 的钢 筋与厂区接地网相联。 最后测得全厂接地电阻为 0 ． 1 4～ 0 ． 2 3 n， 满足 E P C 合同要求。本文后续计算中， 接地电阻 R 取保 守值 0 ． 2 7 2 Q。 2 ． 5 跨步电压和接触电势校验 目前 已施工 的升压站至主厂房 A列外接地 网 区域为长方形接地 网， 在原土层表面铺设 0 ． 1 n l 厚 的碎石 ， 接地导体埋深 0 ． 6 n l 。 2 ． 5 ． 1 跨步电压及接触电势允许值 衰减系数 r 0 0 9 1 一 J D P c s-l 一 百 ， 式 中 p为土壤电阻率 ， 1 2 3 ． 0 5 n n l ； p 为表层土壤 电阻率 ， 1 0 0 0 0Q I n ； h 为表层厚度， 0 ． 1 m。 通过计算可得 C 0 ． 6 9 3 5 。 由此得到跨步 电压与接触电势允许值为 E D 5 o0 ． 1 1 6 1 0 0 06 C P ／ t ， E h 5 00 ． 1 l 6 1 0 0 01 ． 5 C P 。 ／ ， 式中 t 为接触时间， 1 s。 通过 计 算 可 得 E 。 。4 9 4 2 ． 7 6 V， E h 5 。 1 3 2 2． 6 9V。 2 ． 5 ． 2 最大入地电流和对地电位 最大入地 电流 ， G 3 I o Of Sf ， 式 中 3 I o 为系统三相短路 电流 ， 3 1 ． 5 k A； D 为衰减 系数 ， 1 ； S 为分裂系数 ， 0 ． 7 。 通过计算可得 I G 2 2 ． 0 5 k A。 对地 电位 I G R 5 9 9 7 ． 6 V。 由于对地 电位 5 9 9 7 ． 6 V远大于接触电势允许 值 1 3 2 2 ． 6 9 V， 所以需要进一步计算 。 2 ． 5 ． 3 接触电势 E p I G Km K 1 ． 5 5 1． 2 2 式中 ， 为系数 ， 0 ． 7 7 ， K i 2 ． 7 9 ； 为接地 网长度 ， 1 4 0m； ￡ 为接地网宽度， 1 3 0 1T I ； 为水平接 地体总长度 ， 3 9 2 0 m； 为单根垂直接地极长度 ， 2 ． 4 i n ； L 为垂直接地体的总长度 ， 5 0 4 m。 通过计算可得 E 1 2 4 4 ． 2 7 5 V 。 2 ． 5 ． 4 跨步电压 c pKs Kl I G 丁’ 式 中 K 为 系 数 ， 0 ． 3 3 ； L 0 ． 7 5 L 0 ． 8 5 L R 3 3 6 8． 4m 。 通过计算可得 E 7 4 1 ． 6 2 5 V 。 下转第2 3页 第 8期 徐百强， 等 间隙 自补偿 漏风控制 系统在空气预热器密封改造中的应用 2 3 漏风率在 1 年内小于 6 ％， 在 1 年后小于8 ％。自设 备投产以来 ， 由于 自动跟踪装置故障率 比较高， 导致 空气预热器漏风率 比较大。鄂州发电公司采用间隙 自补偿漏风控制系统对空气预热器进行了密封改造 后， 空气预热器改造前、 后漏风率对照结果见表 1 。 空气预 热 器改 造 后 ， 机 组 运行 在 1年 内， 在 6 0 ％， 8 0 ％， 1 0 0 ％额定负荷工况下， 空气预热器漏风 率均不大于 5 ％。 表 1 空气预热器改造前 、 后 漏风 率 ％ 3 ． 2 效益分析 空气 预 热 器 密 封 改 造 后 ， 漏 风 率 平 均 下 降 4 ％ ～5 ％ ， 按年均运行 7 5 0 0 h 、 单机发 电量 4 ． 51 0 k W h 、 标准煤单 价 5 0 0 t 计 算 ， 经 济效益 分析 如下 空气预热器漏风率每下降 1 ％， 可降低发电煤 耗约 0 ． 1 6 g ／ k W h ， 年产生效益达 1 6 2万元。此 外 ， 根据 以往热力试验数据统计 ， 空气预热器漏风率 每提高一个百分点 ， 送风机 电流降低约 0 ． 5 A， 引风 机电流降低约0 ． 8 A ， 一次风机电流降低约 0 ． 2 A 。 风机每年节电效益可达 6 0万元 。 4 结论 鄂州发 电公司使用间隙 自补偿漏风控制系统对 空气预热器进行密封改造后 ， 空气预热器漏 风率 明 显减小 ， 根据改造后锅炉机组运行参数 ， 炉膛配风和 燃烧状况得到了明显的改善 ， 风机能耗下降， 排烟热 损失减少 ， 在煤耗下降的同时也减少 了污染 物的排 放。经济效益和社会效益明显。 参考文献 [ 1 ] 应静 良． 电站锅炉空气预热器[ M] ． 北京 中国电力出版 社 ， 2 0 0 2 ． [ 2 ] 袁德． 现代电站锅炉技术及其改造[ M] ． 北京 中国电力 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 王明春． 火电机组回转式空气预热器漏风控制系统[ J ] ． 东南大学学报， 1 9 9 8 ， 2 8 增刊 6 5 6 8 ． [ 4 ] 中国动力工程学会． 火力发电设备技术手册 第 4卷 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 1 ． 本文责编 王书平 作者简介 徐百强 1 9 8 4 一 ， 男 ， 吉 林 白城人 ， 总经 理助 理兼 工 程 管理部部长， 工程师 ， 哈尔滨工业大学在读硕士研究生， 从事 火力 发 电厂锅炉 空气预 热器方 面 的研究 工作 E ． m a i l b a i q i a n g 0 4 5 4 1 6 3 ． c o m 。 孙延维 1 9 8 7 一 ， 男， 黑龙江宝清人， 总经理助理兼市 场开发部部长， 助理工程师， 从事火力发电厂锅炉空气预热 器方面的研究工作 E m a i l h r b x l g l 2 0 0 8 1 6 3 ． t o m 。 ● ● ●● ● ● ●0● ● ● ● ● ● ● ● ●● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●0● ● ● ● ● ● ●o●0● ● ● ● ● ●0●0●0● 上接 第 1 8页 2 ． 5 ． 5 接触电势、 跨步电压与允许值的比较 计算所得接触电势 E 为 1 2 4 4 ． 2 7 5 V， 接触 电 势允许值 E ⋯I l5 。 为 1 3 2 2 ． 6 9 V， 网格电压小于接触电 势允许值 ， 满足要求 。 计算所得跨步 电压 E 为 7 4 1 ． 6 2 5 V， 跨 步电压 允许值 E 。 。 为 4 9 4 2 ． 7 6 V， 跨步 电压计算值小于允 许值 ， 满足要求 。 3 关键技术与创新点 1 增加水平和垂直接地体的密度 。 2 利用所有 的大型基 础作为接地体 ， 几乎没 有增加费用。 3 全厂基础开挖后 ， 爆破 出来 的石料禁 止用 于回填 ， 另外找泥土回填 ， 开关站等重点区域选用 电 阻率更低 的黏土 ； 爆破出来 的石料用作海堤护岸或 道路的基础 ， 节省大量购买石料的费用。 4结论 海外 E P C工程条件远 比国内苛刻， 特别强调设 计标准和数值计算过程 ， 但高土壤电阻率地区的接 地设计恰恰无法用一个准确的模型来量化 ， 需要实 际工程验证后再完善修改 ， 是一个迭代的过程 。解 决问题的关键是充 分论证后 ， 在全厂基础开挖前就 进行方案 比较和论证 ， 统筹考虑基础处理方案 、 回填 方案和资源的综合利用， 并充分考虑厂址地质和地 貌的特点 ， 而不能仅仅考虑接地问题 。 参考文献 [ 1 ] I E E E 8 O 一2 0 0 0交流变电站接地安全指南[ S ] ． 本文责编 刘芳 作者简介 周正一 1 9 6 3 一 ， 男， 重庆人， 高级工程师， 从事国外火 电厂 E P C方面的工作 E m a i l z h o u z y c h e c ． c o n ． c n 。