山东东部沿海一平原水库,为人工围坝大二型水库,平均高程15米左右,库区面积约14平方公里,蓄水量约1.42亿立方米,是本地当家水,为本地国民经济高速发展提供了用水安全。通过对水库土坝的各种保护研究,选出处于设备保护基础的接地保护进行分析,总结平原区域水库的大坝安全设备接地保护机制,增加水库管理经验,提高设备管理决策水平,促进国民经济更好更快地发展。
平均高程约15米,约14.3公里长度的九边形不规则围坝,外坡和内坡均为土质,中间心墙加强结构,坝顶路宽8米,路坎有马尾松等绿化,坝体广种苜蓿草等植物,坝底有树木绿化带,外展有砌石导渗沟,坝体及坝底大多为外来粘土质,土质较好,适合植物生长,大坝底部为粘连土及浆板石结构。
主要包括各种设备布置的复杂性、气候条件、土质差异、接地体的差异等影响。
安装有179套路灯,档距平均80米,布置在坝坎,8套集中管理的路灯配电箱,需要分别做接地体保护;35套视频监控,外挂路灯杆上,需要布置单独接地体保护;坝底电子围栏长度约14多公里,六线制,38套主机监控,23套红外对射监控,主机两侧需布置避雷接地体保护;16套GPS及北斗导航位移观测站,14套渗流观测MCU,组成大坝14个断面的安全监测,需要分别做接地保护。因各种设备要求接地保护技术数据不同,布置接地体保护存在较大差异。比如路灯防雷接地保护数值小于10欧姆,而视频监控需要做到小于4欧姆数值。因此要根据不同设备要求,满足接地保护。设备接地保护影响数据列表如下:
本地区为沿海平原地带,四季平均气候湿润,干旱期为冬春季,丰雨期为夏秋季,雷雨期为夏季,冰雪期为小寒以后节气,大风季节常年存在,雾期基本贯穿四季。接地保护测量可以安排在春秋季测两次,以提供较为理想的地阻数值,用于管理改造设备保护。湿润的气候提供了比较理想的地阻导电性能,大坝有植物层的区域固水性好,地阻较为稳定。而大风对避雷针的影响大,除了加固检修,需要将接地体及引出线做好,以保证接地可靠。气候影响列表如下:
经过几个典型断面测量分段土质的地阻发现,地阻从坝顶至坝底呈升高趋势。坝顶坝体均为外来优质软土,保持水土特性良好,透水性良好,适合植物生长,坝底本地粘土及浆板石结构,渗水性差,导电性能略差。因此,坝顶到坝底地阻测量平均值呈稳定增大趋势,土质是影响地阻的重要因素。选九个典型断面来统计土质的差异影响地阻值的情况,列表如下:
土坝开阔的地面可以提供泄放电流大的接地面积。接地体种类主要包括鼠笼式接地体,L型单针接地体,多L型接地体(布置方向为横向或者纵向,可以增大接地体面积,加强泄放电流点)。鼠笼接地体的特点是固定面积大,接地体之间浑然一体,泄放保护可靠性高;L型单针接地体,安装简单,地阻值偏大,单针保护的可靠性略差,如出现导电差的时候,易升高地阻,不利于保护设备;多L型接地体总泄放面积是单针的数倍,多针接地可靠,布置方向比较灵活,是大多数设备保护接地首选。接地体差异影响接地性能列表如下:
通过对土坝型水库影响接地保护的几个典型因素分析,设定由于设备影响的因素为F(设备)、气候因素为F(气候)、土质因素为F(土质)、接地体因素为F(接地体),总影响因素为F(总),F(总)=F(设备)+F(气候)+F(土质)+F(接地体)+其他,其他因素比如地震、人为破坏等灾害不在分析范围内。分析发现F(设备)因素是客观需要的,比较稳定,在规定保护地阻值内是允许变化的;F(气候)因素对地阻值变化影响不明显;F(土质)因素影响较大,也是接地保护考虑的主要修正因素,需要人工干预减小地阻提高接地保护可靠性;F(接地体)因素影响地阻值也很明显,但一般对应于设备需求设置,因此地阻变化影响下的接地保护也在允许范围内。
A、根据设备要求选择接地体;B、根据土质不同选择接地体;C、根据地阻变动值要求,人为降阻干预;根据ABC布置接地体就是选择不同种类接地体同时达到降阻要求,满足接地保护条件。A依据是客观要求,是设备的技术要求,必须满足;B依据是自然要求,是改造自然提高保护的措施;C依据是满足设备要求,改造变化条件提高接地保护的技术措施。改变和增设接地体,利用降阻剂等减小地阻值,是人为降阻干预的基本方式,能够起到接地保护管理的改造作用。
根据典型平原土坝型水库接地体布置依据,进行了接地保护设置接地体的规划,在14多公里围坝体上,根据九个断面取样结果,考虑不同设备要求,土质要求,进行接地保护选型。坝顶以性能优良的鼠笼型接地体和多L型接地体为主能够提供坝顶部防雷接地保护,拥有小的地阻值,快速泄放雷电电流,起到良好的保护设备作用。坝底因有高压线围坝一周处于较高保护等级,电子围栏又处于高压线下有较好保护等级,同时考虑到感应雷电等对围栏设备的影响,可以利用相对低的等级接地保护,但接地保护必须贯穿整个电子围栏设备,因此在主机两侧加设两套防雷接地体来保护整个电子围栏,能够有效泄放雷电影响。布置样板列表如下,以提供一个示例:
通过这个样板布置接地体,总体地阻控制在设备要求范围内,经过两个运行年的不同季节检查,配套于大坝的管理设备完好率在百分之九九,仅有视频监控设备几个避雷器保护动作,其余设备均良好运行,接地保护起到了保护设备的要求,所有设备两年中春秋季地阻值测量变化较小,地阻值基本稳定地处于技术要求范围之内,因此这个样板的规划建设总体是成功的。
平原土坝型水库大多是外来土质和本地回填土构建,土坝的安全保护是很重要的,管理监测设备较多,布置设备接地保护要求较为繁琐、细化。通过建设分析这个样板,归纳了典型平原土坝型水库管理设备接地体布置依据的ABC等项目,能够及时处理管理设备因接地保护出现的问题,保证设备处于正常运行中,对关系国计民生的水库安全提供了有力地保护,也是水库管理行业中的一个实际应用总结。
摘要：针对沿海平原土坝型水库接地保护的布置影响因素、技术条件、布置样板等进行分析,归纳土坝型水库接地体的布置依据,以形成对同类型水库接地保护设置提供一定的参考价值。
关键词：平原水库,土坝,接地保护,影响因素,布置样板,布置依据
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