我国抽水蓄能电站发展与展望
抽水蓄能电站的探讨
导读：抽水蓄能电站财务内部控制体系研究，抽水蓄能电站调速器的原理及应用，抽水蓄能电站电气主接线设计浅析，抽水蓄能电站岩锚梁开挖及锚杆施工技术，抽水蓄能电站中的应用，抽水蓄能电站的发展前景，抽水蓄能电站的发展趋势，抽水蓄能电站的效益及作用。
中国学术期刊文辑（2013）
目录
一、理论篇
采用两种方法测量某抽水蓄能电站接地阻抗的结果分析 1
抽水蓄能电站地下厂房布置的比较设计 8
抽水蓄能电站调压室涌浪计算 15
抽水蓄能电站调压室涌浪计算王晓蕾 19
抽水蓄能电站对风电调峰能力的分析 23
抽水蓄能电站接入系统研究 24
抽水蓄能电站竖式进出水口CFD水力优化 29
抽水蓄能电站水力机械辅助系统标准化和精细化设计 37
抽水蓄能电站尾水事故闸门静动力特性研究 41
抽水蓄能电站一管多机相继甩负荷过渡过程研究 46
大型抽水蓄能电站调节系统通用仿真平台研究与开发 52
大型抽水蓄能电站接地降阻措施的探讨 55
大型抽水蓄能电站施工控制网复测与精度分析 59
废水处理新工艺在江苏溧阳抽水蓄能电站砂石加工系统中的应用耿计计 63 复杂料源条件下仙游抽水蓄能电站下水库堆石坝填筑技术 66
高水头抽水蓄能电站机组冷却水系统压力振荡 69
高压帷幕灌浆在喀斯特地区抽水蓄能电站中的应用 73
国家重点工程清远抽水蓄能电站年底开始蓄水本刊 76
含混合式抽水蓄能电站的梯级水电站群调度规则建模方法 78
河南国网宝泉抽水蓄能电站下水库浆砌石重力坝三维有限元分析 88 呼和浩特抽水蓄能电站钢岔管水压试验封头选型及计算 91
呼和浩特抽水蓄能电站下水库拦河坝固结灌浆试验分析 94
呼和浩特抽水蓄能电站下水库拦河坝固结灌浆试验分析金良智 1 97
呼和浩特抽水蓄能电站下水库拦河坝固结灌浆试验分析金良智 100
荒沟抽水蓄能电站输水系统设计 103
惠州抽水蓄能电站冷缩式电缆终端施工技术应用 106
惠州抽水蓄能电站黏土心墙坝黏土碾压试验研究 110
二、发展篇
惠州抽水蓄能电站球阀动水关闭试验研究 113
混合式抽水蓄能电站水库中长期优化调度李文武 117
基于随机动态规划的混合式抽水蓄能电站水库中长期优化调度研究 122
江苏溧阳抽水蓄能电站大坝填筑质量分析 130
江苏沙河抽水蓄能电站厂用电监控系统改造 134
溧阳抽水蓄能电站垫层料加工工艺 136
溧阳抽水蓄能电站上水库西南库岸高顺层边坡开挖支护施工技术 140 溧阳抽水蓄能电站水泵水轮机模型验收试验 143
浅谈抽水蓄能电站进水球阀的诊断技术动向 146
浅谈深圳抽水蓄能电站交通洞明挖边坡土钉墙支护技术 149
清远抽水蓄能电站地下厂房岩体变形试验研究 150
清远抽水蓄能电站自流排水洞施工支洞比选 154
陕西电网建设抽水蓄能电站的初步探讨 155
世界上首座海水抽水蓄能电站上库的设计与施工 159
天荒坪抽水蓄能电站水工监测系统改造 163
桐柏抽水蓄能电站技术供水控制系统的优化 167
桐柏抽水蓄能电站输水系统主岔管的混凝土浇筑 170
桐柏抽水蓄能电站座环蜗壳的安装 173
我国抽水蓄能电站发展与展望 178
西龙池抽水蓄能电站直流系统浅析 179
西龙池抽水蓄能电站直流系统浅析高敏 181
仙居抽水蓄能电站上下库连接公路施工布置规划 183
仙游抽水蓄能电站下水库闸门井开挖支护技术 186
响水涧抽水蓄能电站上水库主坝垫层料填筑施工与质量控制 189 响水涧抽水蓄能电站水泵水轮机洛桑模型验收试验 192
响水涧抽水蓄能电站水淹厂房应急排险施工 197
阳江抽水蓄能电站上水库人工砂石生产系统设计 199
宜兴抽水蓄能电站水泵水轮机主要结构特点和调试结果 203
宜兴抽水蓄能电站水泵水轮机主要结构特点和调试结果严丽 207 宜兴抽水蓄能电站尾水洞裂缝处理 211
张河湾抽水蓄能电站电气主接线设计浅析常永亮 214
收稿日期：2012-10-30
作者简介：李既明（1987—），男，硕士，主要研究方向为电力系统防雷、电力系统过电压及其保护。
采用两种方法测量某抽水蓄能电站接地阻抗的
结果分析
李既明1，张瀚钦2，朱焰明3，郑
晖1，邓杰文1，满超楠1
（1.长沙理工大学电气与信息工程学院，长沙410076；2.湖南中方电力有限责任公司，湖南怀化418000；
3.科智防雷工程公司，长沙410076）
摘要：介绍了对华东地区某抽水蓄能电站的接地阻抗进行的两次现场测量，两次试验分别
采用直线三级法和夹角法，将试验结果跟实际计算得到的接地阻抗值进行对比，针对不同的方法，进行了详细的误差分析，最终通过技术经济比较，提出了对于大型的抽水蓄能电站接地阻抗比较准确的测量方法。
关键词：接地阻抗；直线三级法；夹角法；误差分析
中图分类号：TM862
文献标识码：
A
The Results Contrast of Using Two Kinds of Method for the Measurement of
Grounding Impedance of a Pumped Storage Power Station
LI Ji-ming 1,ZHANG Han-qin 2,ZHU Yan-ming 3,ZHENG Hui 1,DENG Jie-wen 1,MAN Chao-nan 1
（1.College of Electrical &Information Engineering ，Changsha University of Science and Technology ，Changsha 410076，
China ；2.Hunan Zhongfang Electric Power Supply Company Limited,Huaihua 418000,China;3.Kezhi
Lightning Protection Engineering Company,Changsha 410076,China ）
Abstract :The author introduces the two field measurement for grounding impedance of a pumped storage power station in East China,two tests were performed using linear three stage method and angle method,the test results with the actual calculated grounding impedance values were compared,according to the different methods,conducted a detailed error analysis,ultimate through the technical and economic comparison,put forward to large pumped storage power station grounding impedance accurate measurement method.
Key words:ground impedance ；linear three stage method ；angle method ；error analysis
前言
近几十年来，抽水蓄能电站在国内得到了迅速
的发展，它不仅可以将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，而且可以实现对电网电压的调幅、调频，对于电力系统的稳定性具有
重要作用。而接地阻抗作为抽水蓄能电站接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统有效性、安全性以及鉴定该系统是否符合要求的重要参数。然而，抽水蓄能电站往往建在海拔较高的位置，由于放线的难度及各种干扰因素的影响，如何简便、正确地测量变电站接地网的接地阻抗是长期困扰电力工作者的一
文章编号：1003-8337（2013）01-0039-06
2013年第1期（总第251期）
2013年2月
电瓷避雷器
Insulators and Surge Arresters
No1.2013(Ser.№.251)
Feb.2013
輧輷··
2013年第1期电瓷避雷器（总第251期）
大难题，解决这一难题对于正确估计电站的安全性、确保电力系统的安全可靠运行和电站工作人员的人身安全具有十分重要的意义。
1
电站接地网情况
1.1
电站接地网介绍
天荒坪抽水蓄能电站位于浙江省湖州市安吉县
内，距杭州57km ，距上海175km ，距南京180km ，接近华东电网的负荷中心。电站总装机容量为180万kW （30万kW*6台），属日调节纯抽水蓄能电站，设计年抽水量42.86亿千瓦时，发电量31.60亿千瓦时。电站枢纽主要包括上水库和下水库、输水系统、中央控制楼和地下厂房等部分组成。上下水库落差为605m 。
主接地网主要由上库区地网、中控楼和开关站区接地网、下库区接地网组成，地网面积上库区约
16000㎡,中控楼和开关站区域8720㎡，下库区约51000㎡，地网最大对角尺寸接近2000m 。敷设接
地网的主要材料为钢材和铜绞线。实测水电站周围的土壤电阻率2600~4000Ωm ，平均值为3000Ωm 。
1.2原接地网接地阻抗计算
为了更加准确的分析试验结果，首先，必须对原
有地网的接地阻抗进行计算。
1.2.1上水库区域接地阻抗计算
距离主网直线距离1.3km 的上水库区域，根据前述，区域的土壤电阻率接、按均值计算取为ρ=
3000Ω·m ，根据已有资料，此块区域接地网水平接
地体采用的主要材料为截面面积为40×4mm 2的扁
钢，埋于上水库底部水泥混凝土层的下方土壤中[1~3]。
如图1所示，外引接地体面积为16000m 2，内部做成20m ×20m 的网格。接地体使用40×4mm 2（计算外径为14.28mm ）的扁钢，埋深为1m 。接地阻抗值计算如下：
S =16000m 2，S 姨=126.49m ；
L =1940m ，L 0=485m ，h =1m ，d =0.01428m ，ρ=3000Ω·m ；B =
11+4.6h S
姨=0.9649
R e =0.213ρ1S
姨（1+B ）+ρ12πL （Ln s 9hd -5B ）=11.62Ω
α1=[3Ln L 0S
姨-0.2]S 姨L 0
=0.9994
式中：S 为外延接地网面积；L 为接地网中水平
接地体总长度，m ；L o 为接地网中水平接地体周长，
m ；h 为水平接地体的埋设深度，m ；ρ为土壤电阻率，Ω·m ；d 为接地体的直径，m 。
考虑地网的屏蔽系数（对于大型地网，屏蔽系数k p =1.2~1.4），上水库区域的实际接地阻抗值R 1=k p ·R 10=1.411.62=16.27Ω。
1.2.2中控楼和开关站区域接地阻抗计算
中控楼和开关站区域，根据前述，区域的土壤电阻率按均值计算取为ρ=3000Ω·m ，根据已有资料，此块区域接地网水平接地体采用的主要材料为截面面积为185mm 2的铜绞线。
如图2所示，外引接地体面积为8720m 2，内部做成15m ×15m 的网格。接地体使用185（计算外径为15.35mm ）的铜绞线，埋深为1m 。接地阻抗值计算如下：
S =8720㎡，S 姨=93.38m ；
L =1637m ，L 0=395m ，h =1m ，d =0.01535m ，ρ=3000Ω·m ；
图2上水库区域接地网示意图
Fig.2Schematic diagram of reservoir area grounding grid
图1
上水库区域接地网示意图
Fig.1Schematic diagram of reservoir area grounding
grid
輨輮··
2013年第1期
（总第251期）
B =
11+4.6h S
姨=0.9530R e =0.213ρ1
s
姨（1+B ）+ρ12πL （Ln s
9hd
-d B ）=
15.1996Ω
α1=[3Ln L 0s 姨-0.2]s 姨L 0
=0.9756
R 20=α1·R e =14.82Ω
式中：S 为外延接地网面积；L 为接地网中水平接地体总长度，m ；L o 为接地网中水平接地体周长，m ；h 为水平接地体的埋设深度，m ；ρ为土壤电阻率，Ω·m ；d 为接地体的直径，m 。
考虑地网的屏蔽系数（对于大型地网，屏蔽系数
k p =1.2~1.4），中控楼和开关站区域的实际接地阻抗
值R 2=kp ·P 20=1.4×14.82=20.75Ω。
1.2.3下水库区域接地阻抗计算
距离主网直线距离0.5km 的下水库区域，根据前述，区域的土壤电阻率接、按均值计算取为ρ=3000Ω·m ，根据已有资料，此块区域接地网水平接地体采用的主要材料为截面面积为40×4mm 2的扁钢，埋于下水库河床的下方土壤中。
上水库区域接地示意图见图3。外引接地体面积为51000㎡，内部做成50m ×50m 和20m ×
20m 的网格。接地体使用50×6mm 2
（计算外径为
19.55mm ）的扁钢，埋深为1m 。接地阻抗值计算
如下。
S =51000m 2
，S 姨=225.83m ；
L =3280m ，1150m ，h =1m ，d =0.01955m ，ρ=3000Ω·m ；
B =11+4.6h S
姨0.9800R e =0.213ρ1
s
姨（1+B ）+ρ1
2πL
（Ln s
9hd
-5B ）=
16.7207Ω
α1=[3Ln L 0s 姨-0.2]s 姨L 0
=0.9196
R 30=α1·R e =6.18Ω
式中：S 为外延接地网面积；L 为接地网中水平
接地体总长度，m ；L o 为接地网中水平接地体周长，
m ；h 为水平接地体的埋设深度，m ；ρ为土壤电阻率，Ω·m ；d 为垂直接地体的直径，m 。
考虑地网的屏蔽系数（对于大型地网，屏蔽系数
k p =1.2~1.4），下水库区域的实际接地阻抗值R 3=kp ·R 30=1.4×6.18=8.65Ω。1.2.4
总接地阻抗计算
将三大区域的接地阻抗并联，并考虑一定的并联系数，得到电站地网的接地阻抗总阻抗为：
R 4=R 1‖R 2×K 并=10.94ΩR 总=R 3‖R 4×K 并=5.79Ω
2
运用直线三级法对地网接地阻抗进行测量
考虑到天荒坪抽水蓄能电站位于海拔900m
高山之中，且地网对角线超过2000m ，根据规程，单独放置电流线的长度必须达到4到5倍的地网对角线长度[4]，电压线必须达到电流线长度的0.5到
0.6倍，要在山岭中同时放置两条这么长的是非常有
难度，而利用已有线路的两相分别作为电压线和电流线，是比较方便的。试验中利用到了35kV 开关站与白水变电站之间的白天3521线的两相分别作为电流线和电压线，进行测量[5-11]。
2.1试验条件及准备工作
①用GPS 定位测量下水库开关站与白水110kV 变电站的垂直直线距离（测得为9.746km ），利用白水110kV 变电站接地装置作为电流极，电流极的接
地电阻要小于1Ω[12]；
②用GPS 定位测量开关站与白水110kV 变电
站垂直直线距离的0.618倍的位置（即距离开关站
6.023km 的位置），可利用白天3521线17号铁塔
的接地引下线作为电压极[6]；
③使用厂用变压器一台，把二次侧的中性点和
接地解开，专作提供试验电源用；
④试验前把500kV 线路架空地线与电厂地网
图3上水库区域接地网示意图
Fig.3Schematic diagram of reservoir area grounding
grid
采用两种方法测量某抽水蓄能电站接地阻抗的结果分析
輨輯··
2013年第1期电瓷避雷器
（总第251期）
之间的接地打开；
⑤试验前应事先测量电流线和电压线的直流电
阻，并计算电流线串联后的总电阻小于6Ω；
⑥检查设备、仪器、仪表是否完好；⑦准备好标准的记录表格。2.2
试验测量原理
直线三级法是指电流极和电压极沿直线布置，三极是指被测接地体1、测量用的电压极2和测量用的电流极3。其电极布置和电位分布如图4所示，其原理接线如图5所示。一般，d 13=（4~5）D ，d 12=（0.5~0.6）d 13，D 为被测接地装置最大对角线的长度，点2可以认为是处在实际的零电位区内。
2.3现场试验步骤
①接好试验接线，并检查无误。
②用调压器升压，并记录相对应的电压和电流
值，直至升到预订值，比如50A ，并记录对应的电压值。
③将电压极2沿接地体和电流极方向前后移动
三次，每次移动的距离为d 13的5%左右，重复以上试验；三次测得的接地值的差值小于电阻值的差值小于5%时即可。然后试验结果的算术平均值，作为接地体的接地电阻[9]。
2.4现场测量结果
采用三级法测量得到的结果如表1所示。得出
接地阻抗的算术平均值为1.23Ω。
3运用夹角法对地网接地阻抗进行测量
利用夹角法时，同样考虑采用35kV 一相作为电流线[12]，而电压线则单独放置，进行测量。
3.1试验条件及准备工作
（1）用GPS 定位测量下水库35kV 开关室与白
水110kV 变电站的垂直直线距离（测得为9.746
km ），利用白水110kV 变电站接地装置作为电流极，电流极的接地电阻要小于1Ω[13]；
（2）用GPS 定位测量与电流极引线夹角为30°的方向单独放置电压线，在距离下水库35kV 开关
室9.746km 的位置（即竹海度假村附近位置）打入电压极；
（3）使用厂用变压器一台，把二次侧的中性点和接地解开，专作提供试验电源用；
（4）试验前把所有500kV 线路架空地线与电厂地网之间的接地打开[2]；
（5）试验前应事先测量电流线和电压线的直流电阻，并计算电流线串联后的总电阻小于6Ω；
（6）检查设备、仪器、仪表是否完好；
（7）准备好标准的记录表格。
3.2试验测量原理
电极三角形布置示意图如图6所示。此时，一般
取d 12=d 13≥2D ，夹角θ≈30°（或d 23=1
2
d 12）
用夹角法测量大型接地体的接地电阻时，在不均匀土壤中，当取d 13=2D 时，测量结果，相当于3D 直线法的测量结果。电压极附近的电位变化较缓，从
图5三极法的原理接线图
Fig.5Tripolar principle wiring diagram
图4
测量工频地装置的直线三极法电极和电位分布示意图
Fig.4Measuring power frequency for straight pole method electrodes and potential distribution diagram
1-接地体；2-电压极；3-电流极。
图6
电极三角形布置图
Fig.6Electrode triangle layout
表1
采用直线三级法测量所得结果
Tab.1Linear three stage method to measure the results
测量点电压表读数/V
电流表读数/A
接地阻抗/Ω
161.150 1.22266.250 1.323
57.3
50
1.15
輨輰··
2013年第1期
（总第251期）
29°~60°的电位变化相当于直线法从0.618d 13到0.5d 13的电位变化。
接地电阻R g 为
R g =U 12/[1-a （113+112-1d 212+d 213-2d 12d 13cos θ
姨）]式中：U 12为电压极与被测接地装置之间的电
压；I 为通过接地装置流入地中的测试电流；a 为被测接地装置的等效球半径；d 12为电压极和被测接地装置的等效中心距离；d 13为电流极和被测接地装置的等效中心距离；θ为电流极和接地装置等效中心的连线与电流极和接地装置等效中心的连接线之间的夹角，一般取d 12≈d 13≈2D ，θ=30°[8]。
3.3现场试验步骤
（1）连接好试验接线，并检查无误。
（2）用调压器升压，并记录相对应的电压和电
流值，直至升到预订值，比如50A ，并记录对应的电压值。
3.4现场测量结果
根据现场放线情况，可知d 12=d 13=9.746km ，θ=
30°，测量得到的电压和电流值，可以得到采用夹角法测量所测得的结果，如表2所示。
得出接地阻抗的算术平均值为5.34Ω。
4
两种测量方法试验结果分析
根据两次测量得到结果可知，第一种方法测量
得到的值与理论计算值相差比较大，第二种方法测量得到的值跟理论计算值接近，现对两种测量方法进行具体分析。
（1）利用直线三级法测量接地阻抗时，利用了
35kV 白天3521线的两相分别作为电压线和电流
线[13-14]。
此线路的避雷线未经过绝缘子而直接接地，采用直线三级法测量法测量时，利用白水110kV 变电站接地装置作为电压极，天荒坪变电站与白水变电站之间的白天3521线作为电压极引线，用电压表测得此时天荒坪变电站地网与电压极之间的电位差
U [10]。将变电站地网接地阻抗等效为若干个大地分布
阻抗，可以画出测量时电压回路电路图（见图7）。
表2
采用夹角法测量所得结果
Tab.2
The angle measurement results
测量点电压表读数/V
电流表读数/A
接地阻抗/Ω
1256.850 5.112266.950 5.313
282.0
50
5.61
图7测量时电压回路结构图
Fig.7Measurement voltage circuit structure diagram
由接地阻抗测量的三极法原理可知天荒坪电站地网电压的真实值应该为U 真=I *p
j =1ΣZ j ，但采用之前
的测量方法，从图8中我们可知除了Z 1和Z p ，其他阻抗都被短接，天荒坪电站地网电压测量值实际上为U =I *（Z 1+Z p ）≤U 真=I *p
j =1ΣZ j 。所以测量值U 远小
于真实值U 真，这实际上是因为架空地线把大部分的分布阻抗短接了。又根据接地阻抗公式R g =I /U ，由于所测电压值偏小，所以得出的接地阻抗值也偏小，因此，采用此种直线三级法，测量得到的数据并不可靠[11]。
另外，当电流线与电压线相互平行时，通过电流线的测试电流在电压线上造成的感应电压将引起测量的误差。感应电压随电流线与电压线之间的距离
采用两种方法测量某抽水蓄能电站接地阻抗的结果分析
輨輱··