浅谈某国际水电项目接地系统中接地电缆截面选择分析

江怀

（中国葛洲坝集团国际工程有限公司，北京 100020）

0.概述

接地系统主要为保护个人及设备在各种情况下不会遭到危险电位的威胁。本项目在厂房、尾水、进水口、溢洪道、开关站、大坝等区域的构筑物下均设置铜绞线接地网，并且所有区域的接地网将互相连接并形成一个有效的接地总网[1]。所有机电设备、防雷装置、以及其他金属构件均通过铜导体连接至此接地系统中，接地系统将充分利用水工建筑物内的钢构件[2]。所有人能达到的区域的接触电势及跨步电势应能满足IEEE Std 80-2000 规范[3]规定的安全性要求。

电气装置和设施的下列金属部分，均可靠接地：（1）有效接地系统中变压器的中性点；（2）电机、变压器和高压电器等的底座和外壳；（3）发电机中性点柜外壳、发电机出线柜和封闭母线的外壳；（4）配电、控制、保护用的屏（柜、箱）及操作台等的金属框架；（5）箱式变电站的金属箱体等；（6）各种电缆金属支架等；（7）屋内外配电装置的金属构架和钢筋混凝土构架；（8）金属轨道、围栏、爬梯等；（9）电力电缆接线盒的外壳，电力电缆的金属护套或屏蔽层，穿线的钢管和电缆桥架等；（10）装有地线的架空线路杆塔；（11）附属于高压电气装置的互感器的二次绕组和铠装控制电缆的外皮；（12）避雷装置；（13）其他需要接地的金属构件。

1.接地电缆截面计算

1.1 接地故障电流

根据水电站500kV 侧短路电流计算结果，单相接地总故障电流为18.073kA，其中由水电站6 台发电机提供共0.377+0.383×6=1.909kA，由系统提供18.073-1.909=16.164kA。（这里不再详细介绍）。

1.2 接地系统施工方案

水电站接地电缆选用铜绞线，施工采用放热焊接。放热焊接主要优点：（1）机械性能良好,因为是熔融接头，所有接头与导体是分子结合，是一种永久性接头。（2）冲击电阻稳定，在短时间大电流的冲击下，导体先于接头熔化，因而不会受到浪涌电流的损伤。（3）施工简易，无需外界能源，无需专业操作人员，室内室外都可以操作，完成整个连接过程的时间短。

1.3 热稳定校验

校验热效应的计算时间为继电保护装置动作时间加断路器全分闸时间。继电保护动作时间取540ms，断路器全分闸时间取60ms，计算时间为600ms。

A—接地线最小截面； tc—短路等效持续时间，取0.6s；I—过流接地线的短路电流稳定值，取18.073kA；Kf—不同材料在不同导体限制温度值（Tm）和环境温度（Tα）为40℃时的常数，对于采用放热焊的铜导体，取7.06；计算结果为：A=98.8kcmil=50.1mm2。

式中：Sg—接地线最小截面；te—短路等效持续时间，取0.6s；Ig—过流接地线的短路电流稳定值，取18073A；C—接地导体（线）材料的热稳定系数，对于采用放热焊的铜导体，取249；计算结果为：Sg≥56.2mm2。

（3）根据上述计算结果，水平接地导体选用70mm2铜绞线，导体的截面积均可满足GB 及IEEE 的要求。

1.4 当地国网公司要求

根据当地国家电网公司的技术规范要求，500kV 发输变电项目接地设计中入地电流根据当地习惯考虑充分的裕量而设定为40kA 以保证整个接地网能满足未来电网的发展，并且不再考虑架空避雷线对故障电流分流的影响。

1.5 重新计算

按接地故障电流为40kA 的假设，将此值重新进行校验接地导体截面热稳定性。其余参数不做改变。

（1）根据IEEE Std 80-2000 中第11.3.1.2 小节的公式（42）：Akcmil= I ⋅Kf

计算结果为：A=218.7kcmil=110.9mm2。

计算结果为：Sg≥124.4mm2。

（3）根据上述计算结果，水平接地导体需选用150mm2铜绞线，导体的截面积才可满足GB 及IEEE 要求（水平接地导体需选用120mm2铜绞线，仅满足IEEE 要求）。

2.结语

本文以接地电缆截面选择计算为例，着重体现了当接地故障电流变更以及采用标准不同对接地电缆截面存在的显著影响。实际上在许多国际项目中，不仅仅是接地故障电流，包括接地电缆的材质，施工工艺，接地系统的配置以及合同的规定都对接地电缆截面存在不同程度影响，以上都需要我们在项目执行中加以注意。