趙雪峰

[摘 ?要]從接地和變電所接地網概念和使用原理展開，通過對海勒斯壕牽引變電所接地系統(tǒng)設計方案的介紹，重點對接地裝置材料選擇、降低接地電阻措施等影響牽引供電系統(tǒng)接地安全的技術問題進行了分析。通過采用常規(guī)化接地網方式和采用離子接地極方法兩種接地網設置實例進行了對比分析，總結得出采用電解離子接地極與水平地網結合的接地方案的降阻效果更為明顯，能夠在有限的環(huán)境內達到的接地電阻要求。

[關鍵詞]牽引變電站 ?接地網 ?接地極

中圖分類號：U27 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）23-0395-02

引言

牽引變電所是電氣化鐵道供電的核心之一，接地系統(tǒng)是保證牽引變電所安全可靠運行、保證人身及設備安全的重要設施。由于接地裝置埋設于地下，維護較困難，所以確保其設計滿足技術參數(shù)要求，在其運行壽命周期內，始終能起到其應有的作用，是牽引變電所系統(tǒng)設計時必須重視的問題。根據《鐵路電力牽引供電設計規(guī)范》（TB 10009-2005）的規(guī)定，牽引變電所接地網的接地電阻值一般按不大于0.5Ω設計。位于高土壤電阻率地區(qū)的牽引變電所，在不采取任何降阻措施的情況下，要達到此要求非常困難。本文就以“牽引變電站防雷接地網應用探討”為課題進行研究。

一、課題研究相關信息

（一）接地的概念

電氣回路或設備與大地，或與可代替大地的導體之間的導電的連接，可以是有意的連接，也可以是無意的連接。在配電回路或分支回路里，所有的回路和設備都通過導電連接來互相連通，從而減少它們之間的電位差，或將電位差限制到最小值，稱之為接地。

接地作用如下：

1.提供設備與近處金屬物體間的低阻抗連接，以減少人身電擊危險;

2.給接地故障電流提供返回電源的低阻抗通路，使熔斷器或斷路器得以動作;

3.給雷電感應電流提供低阻抗的對地泄放通路;

4.給靜電電荷提供對地泄放通路，以防產生電火花或電弧。

（二）接地網介紹

牽引變電所接地網設計方案為敷設以水平接地體為主的人工接地網，輔以垂直接地極。水平接地體的外緣閉合，外緣各角煨制成圓弧形，圓弧的半徑不小于均壓帶間距的一半。水平接地體的間距不宜小于5 m，而垂直接地極的間距應大于或等于其長度的2倍。

接地體是一個與大地電氣接觸的裸露導體或其它導電，或者埋入與大地有大面積接觸的鋼筋混凝土結構里的裸露導體或其它導電元件。

工頻電流從接地體向周圍的大地散流時土壤呈現(xiàn)的電阻稱為接地電阻。接地體的特性表現(xiàn)為接地電阻，它被定義為接地體和參照物或遠處大地之間的有效電阻。接地電阻的數(shù)值等于接地體的電位與通過接地體流入地中電流的比值。接地電阻取決于土壤電阻率ρ，也取決于接地體的幾何尺寸及接地體的設計。

目前，國際國內防雷理論和工程界比較流行共用接地和等電位連接兩種：

1.共用接地就是把同一建筑物內的許多不同性質的接地裝置如防雷地、電氣安全接地、交流電源工作地、通信及計算機直流地全部地連接在一起，使之成為一個等電位體;

2.等電位連接是把建筑物內及附近的所有金屬物，如混凝土內的鋼筋，自來水管、煤氣管及其它金屬管道、電力系統(tǒng)的零線等用電氣連接的方法連接起來（焊接或者可靠的電氣連接），使整座建筑物成為一個良好的等電位體。當雷電來襲時，由于建筑物內部及其附近基本上做到等電位，從而不會發(fā)生建筑物內部的設備被高電位反擊和人身雷擊的事故。

由于采用了等電位連接，對建筑物接地電阻的要求可以放寬。這一點對干旱、沙漠等土壤電阻率高的地區(qū)尤為重要。所以，在地網設計時應遵循以下原則：

2.1 盡量采用建筑物地基的鋼筋和自然金屬接地物統(tǒng)一連接來作為接地網;

2.2 盡量以自然接地物為基礎，輔以人工接地體補充，外形盡可能采用閉合環(huán)形;

2.3 應采用統(tǒng)一接地網，用一點接地的方式接地。

三、牽引變電站防雷接地的應用

從目前我國變電站防雷接地技術的發(fā)展情況來看，隨著科技的發(fā)展，防雷接地技術也得到了一定的進步，整體的發(fā)展逐步從不成熟到成熟，從成熟到方案的優(yōu)化。就以巴準線牽引變電所接地的應用為例進行分析。

（一）工程概況

牽引變電所位于內蒙古鄂爾多斯境內，地貌被兩川九灣十八溝切割得支離破碎，該站植被稀疏，巖石裸露，水土流失嚴重，實測土壤電阻率平均值為210Ω·m，變電站占地面積5297.5m2。地網建設面積小，土壤電阻率高，地網接地電阻按照以往的接地降阻方式很難滿足接地要求，接地電阻的實施方案就是總體工程方案的重點之一。

為了保證該站整個接地網的電氣性能的穩(wěn)定性，抗腐蝕能力強，提高接地網的使用年限，選擇銅質材料最為合適。因為銅質材料有良好的導流效果且電氣性能穩(wěn)定，抗腐蝕能力強，所以水平接地網選用150純銅絞線，-50×5mm鍍鋅扁鋼為接地材料。垂直接地極主要采用Ф20×2.5m純銅接地棒連接地極。所有焊接點采用放熱工藝焊接，提高接地網的防腐性能和泄流性能，來滿足該變電站接地電阻的要求。

合理布置接地網格，充分考慮接觸電壓和跨步電壓從而達到安全標準，保證工作人員和設備安全。避雷針的接地網距離主接地網應大于3m。

（二）接地要求

1.接地電阻≤0.5。

2.安全電壓。為了提高地網的安全性，保證工作人員和設備的安全。則在全站敷設均壓網格，使接觸電壓和跨步電壓達到安全標準，保證工作人員安全。

（三）接地網方案比較

地網接地電阻的推算。地網接地電阻受土質、天氣條件、地網水平接地體長度、深度、材質、接地體形狀、地網結構等多個因素影響。準確地計算其數(shù)值非常困難。但可以盡量客觀地進行測算，避免地網的盲目性實施，進行必要的調整。

1.方案一：

海勒斯壕南站牽引變電所采用78根垂直接地極主要采用Ф20×2.5m純銅接地棒來接地極，其他條件，土壤電阻率參考值ρ按210Ω·m;接地網面積5297.5m2，周長約293m;地網埋深0.8m;150純銅絞線為水平接地極;-50×5mm鍍鋅扁鋼為接地線;垂直接地極主要采用Ф20×2.5m純銅接地棒來接地極。

1.1 水平接地極的接地電阻：

R：任意形狀閉合接地網電阻值，Ω;S地網的總面積，5297.5m2;ρ：土壤電阻率210Ω·m;：等值（等面積、等水平接地極總長度）方形接地網的接地電阻Ω;d：水平接地極的直徑或等效直徑，;h：水平接地體的埋設深度0.8m;：接地網的外緣邊線長度，293m;L：水平接地極的總長度，1860m。

水平接地極的接地電阻Ω。

1.2共使用78根純銅實體接地棒并聯(lián)后的接地電阻：

78根;

L：單根純銅實體接地棒的長度2.5m;d：單根純銅實體接地棒的等效直接0.02m;單根純銅實體接地棒的接地電阻;：78根純銅實體接地棒并聯(lián)后的接地電阻;n：接地棒數(shù)量78根;：接地棒間的屏蔽系數(shù)0.65。

78根垂直接地極接地電阻Ω

1.3 水平接地網和垂直接地極組合總的接地電阻：

Ω;Ω;水平和垂直接地網間屏蔽系數(shù) ? 0.85。Ω

經計算：要求的接地電阻≤0.5，全站接地電阻在土壤電阻率210Ω·m時的接地電阻Ω。不滿足接地電阻的要求，需要加強接地措施。

2.方案二

電解離子接地極降阻。電解離子接地極是通過電極自身的釋放孔吸收空氣中的水分，然后與自然的電解鹽等晶體物發(fā)生化學反應形成電解離子，通過小孔釋放到周圍的土壤中去。這樣一來可以不斷的改善周圍土壤電阻率，并增加周圍土壤的導電性，從而降低接地電阻;另一方面，通過向周圍像毛細血管狀的電解質網絡不斷滲透得可大大增加離子接地極的等效直徑和等效長度，而降低接地電阻。

電解質離子接地極理論計算：

在不改變水平接地網前提下，在水平接地網周邊設置38根SGR-DLФ54的電解質離子接地極，原接地網內部的40根Ф20mm×2.5m純銅實體接地棒不變。

2.1使用38根SGR-DL2Ф54的電解質離子接地極并聯(lián)后的接地電阻：

a：電解質離子接地極的等效直徑0.2m;L：電解質離子接地極的長度3m;：38根電解質離子接地極并聯(lián)后的接地電阻;：單根電解質離子接地極的接地電阻。Ω

2.2 使用40根純銅實體接地棒并聯(lián)后的接地電阻：

：40根Ф20mm×2.5m純銅實體接地棒并聯(lián)后的接地電阻;

：單根Ф20mm×2.5m純銅實體接地棒的接地電阻。

Ω

2.3 38根SGR-DLФ54的電解質離子接地極，原接地網內部的40根Ф20mm×2.5m純銅實體接地棒及水平接地網構成的接地裝置的接地電阻：

：水平接地網接地電阻1.05Ω。

R：采用電解質離子接地極后接地電阻。

R=0.32Ω

2.4 在水平接地極每邊包裹上5cm的SGR-M2降阻劑，添加降阻劑后可提高降阻效果。填充降阻劑前測量接地電阻為0.32Ω，填充后可降阻15%，整個接地網接地電阻為：0.32×85%=0.28Ω<0.5Ω滿足要求。

3.方案比較分析

以往接地降阻方法有打深井、加降阻劑和增設外引地網3種。采用深井接地的方式，工程費用較高，而且由于本牽引變電所的深層地質結構基本是巖石，電阻率大大超過表層，打深井接地的降阻效果差。降阻劑的降阻幅度也非常有限，況且大多數(shù)降阻劑對接地體有較大的腐蝕作用，從長期運行來看，得不償失。采用增設外引地網則存在征地困難，以及周邊地質條件與本所相近，降阻效果有限。

海勒斯壕南牽引變電所因地形及其他地質條件限制，在不改變水平接地網前提下，只能采用增加接地極、填充電阻率較低的物質和高效低阻防腐接地材料聯(lián)合實現(xiàn)降阻措施。

通過本次牽引變電所地網實例表明，相對于傳統(tǒng)的接地降阻措施，在土壤電阻率比較高或者接地面積比較小的地方，采用電解離子接地極與水平地網結合的接地方案的降阻效果更為明顯。

五、結束語

變電所的接地網設計及實施在提高接地網的使用壽命、降低接地工程造價的同時，應保證接地系統(tǒng)的可靠性、導電性、穩(wěn)定性、耐腐性。在部分牽引變電所建設時，由于當?shù)氐牡刭|條件較差，土壤電阻率較高，而征地面積受限的條件下，常規(guī)化的地網設計已不可行，本文通過牽引變電所防雷接地網應用常規(guī)化接地網方式和采用離子接地極方法進行了對比分析。通過這樣一個課題的研究，采用電解質離子接地極系統(tǒng)的方案解決了上述問題。結合其施工的便利性及相對經濟性，在相應的防雷接地工程中更具實用性。

參考文獻

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