沿海大型火力发电厂接地技术优化分析

王际华,张育勋,杨 斌,胡冬冰

(1.华润电力(海丰)有限公司,广东 汕尾 516468;2.广州市电力工程有限公司,广州 510260;3.汕尾市防雷设施检测所,广东 汕尾 516600)

沿海大型火力发电厂接地技术优化分析

王际华1,张育勋2,杨 斌3,胡冬冰3

(1.华润电力(海丰)有限公司,广东 汕尾 516468;2.广州市电力工程有限公司,广州 510260;3.汕尾市防雷设施检测所,广东 汕尾 516600)

以2×1000 MW海丰电厂一期工程为例,结合该项目接地工程设计、施工、检测阶段的工程技术管理经验,从业主方管理的角度对沿海大型火电厂存在的接地问题进行了剖析,对接地阻抗的降低方法和施工过程中所存在的问题进行了优化研究,并提出一系列解决方案。通过实际验证,所提出的接地施工优化策略具有一定的实用性和推广性,值得相关工程项目参考。

接地阻抗;火力发电厂;接地极;降阻;沿海

根据中国火电机组的发展现状,通常将单机容量为600 MW及以上的火电厂定义为大型火力发电厂[1]。由于能源需求地主要集中在中国长三角、珠三角等经济发达的沿海地区,加之煤炭海运的经济性,沿海大型火电厂的建设成为当今电力发展的一个趋势。因此为了保障这些大型火电厂的安全生产,避免发生漏电引起的安全事故,各电厂必须配置接地系统。通常火电厂接地系统主要由建筑物防雷接地、设备接地、独立接地极、主接地网等构成。为满足电力系统的运行要求、保证接地系统在预期寿命内持续稳定运行,分析沿海地区气候、土壤的特点,因地制宜地优化设计并在施工过程中强调过程控制至关重要。本文以海丰电厂一期工程为例,对沿海大型火电厂接地技术进行了具体分析研究。

1 土壤电阻率测试及降阻措施分析

充分掌握施工现场土质结构是优化接地施工方案、制定降阻对策的重要环节。2014-06-30,在海丰电厂的施工现场选择4个点进行土壤电阻率测试,测试所用仪器为ETREX系列GPS定位仪、K-2127B型接地电阻综合测试仪,测试方法选用四点等距法,所得试验数据如表1所示,各点不同深度土壤电阻率的变化趋势曲线如图1所示。[2]

表1 厂区内4个测试点测试数据

注:季节系数为1.3,按照水平接地极埋深0.8 m,垂直接地极长为2.5 m估算而得

图1 不同土壤深度下土壤电阻率趋势图

根据试验数据可知:

1) 厂区内土质结构复杂,各点试验数据差异很大,局部区域由于回填土及填海区域土质湿润等原因土壤电阻率较低,这也是“开山填海”模式的主要特点。开山区域地下埋藏着大量的岩石,土壤电阻率接近300 Ω·m,这给此区域的两基转角塔以及氢站等易燃易爆区域避雷针的集中接地极的施工造成了极大的困难。该转角塔处于主变差动保护的范围内且高度超过40 m,塔顶极易遭受雷击。如果杆塔的集中接地极由于附近处于岩石区或高土壤电阻率地区而引外过远,会造成冲击接地阻抗过大,冲击接地电流作用于杆塔的冲击接地阻抗和杆塔自身的阻抗,形成极高的电位升而反击导线,以致悬挂的棒式耐张绝缘子沿面闪络。由于主变零序I段设定延时6 s,因此差动保护速动,跳开GCB及GIS区域相关开关,酿成停机事故。杆塔反击时500 kV主变保护范围如图2所示。

2) 填海区域尽管土壤湿润,但由于回填物为开山的岩石及部分土壤,土壤电阻率仍处于较高的水平,且接地体在填海区域腐蚀非常严重。经现场腐蚀试验,热镀锌层完好的扁钢埋地3个月后,镀锌层脱落严重,扁钢严重锈蚀。利用电化学保护的原理,如加装阴极保护装置可在一定程度上延缓腐蚀速度[3],延长接地系统的使用寿命。

3) 随着土壤深度的增加,土壤电阻率成近似上升趋势。为了降低土壤电阻而对地表土壤进行大规模置换或大量添加降阻剂是很不经济的。接地阻抗是由接地线与接地极的电阻、接地极与土壤的接触电阻以及接地极至无穷远处的土壤电阻组成,对于大型火电厂,后者起着决定性因素。置换土壤或加添降阻剂只能改善接地极与土壤的接触电阻,无法发挥决定性作用。

4) 土壤电阻率直接决定着工频接地阻抗的水平。当厂内发生接地短路时,入地电流作用于发电厂的工频接地阻抗,导致整个主接地网的地电位大幅度抬升。控制电缆及其连接的继电保护设备的工频耐压值通常不超过2 kV,而为了满足地电位升不超过二次设备限值,既可以采取降低短路电流,又可以采取一定的降阻措施。降低短路电流需要从系统的结构、电气设备的选型着手,是很难实现的[4-5]。因此,在土壤电阻率一定的条件下,根据现场的实际情况,降低接地电阻是一种具有可行和可实施的方法。

图2 杆塔反击时500 kV主变保护范围示意图

表2 独立区域接地电阻测试值

在讨论降阻措施时,切不可采用加密均压带间距、增加垂直接地极个数及长度、增加水平接地极的埋深、大面积加装离子接地极、全部更换为铜材等,上述方法降阻效果微乎其微,经济性大打折扣。

2 工程各阶段接地阻抗合格标准分析

以海丰电厂一期工程2×1000 MW机组的火电厂为例,涉及出具接地阻抗测试报告的电力质检主要有3个工程节点,分别为GIS倒送电、第一台机组整机启动试运行和第二台机组整机启动试运行。每个工程节点对于接地阻抗的要求值是不同的,如果在GIS倒送电时测值大于最终允许值,而在测试报告结论中表明该工程接低阻抗测试不合格是不适宜的。因为当GIS倒送电时,短路电流只由系统供给;当第一台机组整机启动时,短路电流由系统和第一台机组提供;当第二台机整机启动,即两台机组同时运行时,短路电流由系统和两台机组共同提供。除第三种情况需符合设计要求的接地阻抗值外,前两种情况的接地阻抗允许值可根据实际计算结果而定,因为此时短路电流数值相对较小且全厂接地网还未完工,无需去刻意满足最终要求值。但是,当第二台机组即将整机启动,且接地阻抗实测值不满足设计要求时,必须结合现场的实际情况采取降阻措施。

3 接地系统施工过程的控制

在优化设计方案的前提下,把好进厂材料质量关并引入“PDCA循环”作为建立质量管理体系和进行质量管理的基本方法[7]，是保障接地系统施工质量的重要环节。

1) 严把施工材料进厂关。在沿海区域,空气和土壤中盐密大、腐蚀性强,热镀锌层质量不佳的扁钢裸露在空气中或敷设于地下,短时间内就会发生锈蚀。施工现场常见的问题有镀锌层厚度不够、应力导致镀锌层破损、使用冷镀锌等。除此之外,扁钢截面积不符合要求也是值得关注的问题。在材料进厂质检时,应依据设计要求、规范标准、合同要求,利用游标卡尺、测厚仪等进行检验,剔除不合格批次的材料,严把材料质量关。

2) 水平接地极埋深问题。广东沿海区域地处无冰区,无冻土层,大多按照最低要求0.8 m埋深进行设计。在施工中,由于借助其他管沟施工进行敷设或标高错误等原因,会产生埋深不够的问题,使得地面上的动土作业极易损坏地网。

3) 镀锌扁钢搭接及防腐问题。扁钢搭接焊的重点在于搭接的长度和搭接的方式。若采用传统的“完全重合”方法,长度方向的两侧焊缝会因为焊接不饱满而在受力后开焊。焊接操作时,搭接扁钢在宽度方向错开一定的距离,可有效提高焊接的质量。由于焊接过程中会破坏搭接部分的镀锌层,因此无论是敷设在土壤中还是在水泥中,搭接部位必须加涂防腐沥青漆或银粉漆[8]。很多情况下防腐工作都是在一定区域地网焊接完成后进行,此时由于受力的原因,扁钢已紧紧地贴附在土壤上,给扁钢土壤侧的防腐工作带来了一定困难,这就需要对施工顺序进行一定程度的优化。

4) 回填问题。接地网敷设属于隐蔽工程,需经过监理工程师(或业主)检查验收合格后方可回填,在回填时,监理工程师需严把回填土质量关,禁止回填建筑垃圾、大石块等现象的发生。

5) 发包模式问题。当某大型火力发电厂采取平行发包模式时,可将全厂接地工程由某一个施工单位全部承包。在施工前,该单位内部预先做出接地施工组织设计及施工方案并逐级交底,对各接地施工程序进行优化协调,达到可能产生的纠纷预先内部解决的效果;如果采用工程总承包或施工总承包模式,建议全厂接地由总包单位自行施工。

4 结 语

对于新建机组,接地系统验收是否合格,尤其是接地阻抗、跨步电位差、接触电位差、导通电阻等地网特性参数是否满足电力系统运行要求至关重要。在现场施工管理中,通过对细节到整体的全面过程控制,引入“PDCA”质量管理体系,严把材料进厂、焊接工艺、防腐处理、回填等质量关,采取具有可行性和可实施性的降阻措施,使海丰电厂全厂接地阻抗值达到0.109 Ω,与设计估算值0.107 Ω几乎完全相同,远小于系统允许值0.126 Ω,保障了全厂电气设备的安全稳定运行。

[1] GB 50060-2011. 大中型火力发电厂设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2011.

[2] GB/T 17949.1-2000. 接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则 第一部分:常规测量[S]. 北京:中国标准出版社,2000.

[3] 杨道武,李景禄,朱志平. 接地网防腐工程中的阴极保护设计[J]. 电磁避雷器,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] 任志远. 电网短路电流问题的探讨和限制短路电流的措施[J]. 内蒙古石油化工,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] 弋东方. 电力工程电气设计手册(电气一次部分)[M]. 北京:中国电力出版社,1989. YI Dongfang. Electrical design manual of electric power engineering (Electrical primary part) [M]. Beijing: China Electric Power Press, 1989.

[6] GB50065-2011. 交流电气装置的接地设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2011.

[7] 全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会. 建设工程项目管理[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2014:170-171. Construction project management [M]. Beijing: China Architecture and Building Press, 2014:170-171.

[8] 满超南. 接地材料和防腐降阻材料的性能研究及其优化选择[D]. 长沙:长沙理工大学,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.

(责任编辑 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。

王际华(1985—),男,硕士,主要从事发电厂电气工程技术管理工作。

TM862

A

2095-6843(2015)06-0508-04