深孔压力灌注接地技术在芹山水电站的应用

电力18讯：    1   引言
    芹山水电厂地处福建省闽东山区，电厂周围岩石裸露，地势陡峭，属凝灰熔岩地质结构。其接地网虽然进行了多次改造，但在1999年12月27日由福建省电力试验研究院组织验收时，采用部颁电流电压法测量的工频接地电阻为1.94W， 远大于规程要求的0.5W允许值[1]，因而存在较为严重的低电位引入和高电位引出的问题，危及人身安全和设备的安全运行。为了避免接地网反击电压和地下杂散电流所产生的接地网杂散电位对计算机监控系统和继电保护系统等自动化电子设备的损坏及干扰，所以应将全厂的工频接地电阻降到0.5W以下。
    由于该电厂系引水式电厂，厂房远离水库,故难以利用电阻率低的水库水作为散流介质。现有地网虽然经过几次改造，但都没有一个完整的设计，均单纯采用放射形水平接地体鱼骨状向外扩展，采取围山圈土的方法，各个放射形接地体之间也互不相连，未构成外缘闭合的回路。这样，一旦系统发生短路故障或雷击事故，某个接地体会由于短路电流或雷电流的作用而产生感应电势，此感应电势势必会对与之相邻的接地体产生一电位差，造成反击，这一反击电流使地电位升高，从而导致击穿通信、控制电缆和损坏运行装置等。
    所以，决定采用深孔压力灌注接地技术，将现有的水平接地网改造成立体接地网，从而使接地电阻降低到0.5W以下。
2   基本方案
2.1  土壤电阻率
    芹山水电厂已经运行，这对厂区内土壤电阻率测量的准确性有影响，所以选用离地网边缘50 m以外的具有相同地质情况的地方进行测量，再以此反算出厂区内的等效土壤电阻率。测量结果列于表1。



    土壤电阻率与离地面的深度有密切关系。
    1）地表浅层。由于山坡上植被很少，水土流失严重，岩石裸露，表面风化较大，土壤电阻率较高。
    2）1～20m之间。由于风化作用，使土壤可以吸收和保持水分，导电性能较好，土壤电阻率呈下降趋势。
    3）20～120m之间。为砾石及岩体破碎带，裂隙较多,孔隙率增大，岩石渗水量大，土壤电阻率较低，并呈逐渐平稳趋势。
    4）120m以下。岩石新鲜完整，基岩的土壤电阻率呈上升趋势。
    经过综合分析，芹山水电厂厂房附近的地层可作为三层介质结构处理。由于20～120m间地层的电阻率较低，孔隙较大，故采用孔分层压力灌注技术，形成立体地网，以降低接地电阻。
2.2  深孔压力灌注接地技术
    （1）单根垂直接地极
    单根垂直接地极插入均匀电阻率的土壤时，其上流过的绝大部分电流围绕在其周围的土壤层中，因此可以认为每条电流线都是从接地极出发垂直其表面，在电场的作用下，以半球形向低阻抗土壤中扩散，这样，在接地极四周形成了一散流通道，其散流值取决于该通道的接地电阻值。
    单根垂直接地极的接地电阻为[2]


式中  r为土壤电阻率，W・m；L为垂直接地极长度，m；d为接地极直径，m。
    单根接地体采用深孔分层压力灌注技术，是在单孔成孔时，现场了解孔中的分层情况和岩石的分育破碎情况，计算出孔隙率，再根据所需接地电阻值考虑所需压力的作用下降阻剂的填充范围。
    降阻剂注入深孔时呈液态, 具有很强的渗透性，渗透到土壤和岩石的孔隙及裂缝后凝固成胶状体，并保留在土壤和岩石的孔隙中，这就使接地体增加了一束束电阻率很低的被注土壤周围和岩石孔隙中伸展的“根须”状连续胶体，就象在接地体四周装上了千百条导电毛剌，接地体依赖这些“根须”提高了接地体的散流能力，这相当于增大了接地体的有效体积，从而降低了接地体的接地电阻。这种现象称为“树枝效应”。它不但扩大了散流的广度，还扩大了散流的深度，其范围以单根垂直接地极为中点不等边地向四周扩散,受到地中的矿物质、地下水和溶洞等低电阻率土壤层的影响，使得接地电阻大大降低。如图1所示。



    由图可见，若将d1范围内电阻率为r 2的土壤用低电阻率r 1的材料代替，则单个垂直接地极的接地电阻为[2]


当单一垂直接地极的接地电阻不能满足设计要求时，应采用多垂直接地极。
    （2）立体接地网[3]
    接地网的最大强度产生在垂直接地极的顶端，将多个垂直接地极连接起来，便在地的深层处形成半球形散流的接地网，称为立体地网。
    半球形接地体的接地电阻为[2]
    R = re / C = r /2pr         &