王洋

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司）

摘 要：本文簡(jiǎn)單介紹了目前各種降阻方法及限制條件，對(duì)高土壤電阻率地區(qū)的接地電阻值的合理性進(jìn)行了探討，并結(jié)合實(shí)際工程，提出了高土壤電阻率地區(qū)牽引變電所接地設(shè)計(jì)的綜合降阻方案，并校驗(yàn)了接觸電勢(shì)和跨步電壓，旨在保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：牽引變電所；高土壤電阻率；接地電阻

引言

由于我國(guó)的西北地區(qū)普遍存在干旱少雨的地理特征，所以在此范圍內(nèi)的高土壤電路率地區(qū)較為普遍，又因?yàn)槟壳翱瓦\(yùn)專線在城鎮(zhèn)地區(qū)征地較為困難，牽引變電所需要做到占地面積小且接地設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)，所以在有限的接地網(wǎng)面積內(nèi)降低接地電阻的問(wèn)題隨著客運(yùn)專線的建設(shè)越來(lái)越突出。

牽引變電所接地設(shè)計(jì)對(duì)鐵路牽引供電系統(tǒng)的安全性、可靠性都有著至關(guān)重要的作用。接地系統(tǒng)不僅為各種電氣設(shè)備提供了一個(gè)公共的接地點(diǎn)，而且在故障時(shí)具有排泄短路電流，保證所內(nèi)地電位在安全范圍之內(nèi)。因此，探討高土壤電阻率條件下?tīng)恳冸娝拥卦O(shè)計(jì)是一件很有意義的事情。

1 各種降阻方法及限制條件

1.1 擴(kuò)大接地網(wǎng)面積

目前工程中普遍采用的復(fù)合接地體接地電阻計(jì)算見(jiàn)式（1）：

（1）

式中Rw為復(fù)合接地體的接地電阻，？贅；Re為等值方形接地網(wǎng)的接地電阻，？贅；S為接地網(wǎng)的總面積，m2；L0為接地網(wǎng)的外緣邊線總長(zhǎng)度，m；L為水平接地極的總長(zhǎng)度，m；d為水平接地體的等效直徑，m；h為水平接地體的埋深，m。

由式（1）可見(jiàn)，增大接地網(wǎng)面積對(duì)于降低接地電阻具有明顯作用?？墒?，面對(duì)城鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)征地困難的地區(qū)或山區(qū)，并不能實(shí)現(xiàn)接地網(wǎng)的擴(kuò)大或外引。

1.2 接地體局部換土

根據(jù)式（1），接地電阻均與土壤電阻率成正比。因此，更換電阻率低的土壤是一種最直接有效的方法。但是，對(duì)于工地周邊無(wú)低電阻率的土壤的地區(qū)，要花費(fèi)長(zhǎng)距離運(yùn)費(fèi)顯然不經(jīng)濟(jì)。

1.3 降阻劑降阻

降阻劑應(yīng)用原理是通過(guò)擴(kuò)散和滲透作用到土壤之中降低土壤的電阻率。滲透性較強(qiáng)的降阻劑，降阻效果好，但是穩(wěn)定性較差，如遇到雨水沖刷就會(huì)降低降阻效果。離子類(lèi)的降阻劑會(huì)在缺水的情況下產(chǎn)生離析變成顆粒狀的晶體，這時(shí)離子類(lèi)的降阻劑就會(huì)失去導(dǎo)電性。

1.4 深井接地降阻

這種方法適用于深層土壤電阻率較低，或是深層具有地下水的地區(qū)，可將接地體穿透水層。但是對(duì)于深層土壤電阻率依然很高的區(qū)域，效果不明顯。

1.5 離子接地極降阻

離子接地極釋放活性電解離子是因?yàn)槠涮沾珊辖鸹衔镏泻须娊怆x子化合物，通過(guò)潮解作用就能不斷的釋放電解離子增強(qiáng)土壤中的導(dǎo)電性，從而降低土壤中的電阻率?？墒?，離子接地極比較依賴土壤中的水分才能實(shí)現(xiàn)電離，如果在長(zhǎng)期缺水的環(huán)境下，效果不好且不經(jīng)濟(jì)。

2 選擇合理的接地電阻值

由于牽引變電所屬于有效接地系統(tǒng)，其接地裝置的接地電阻應(yīng)符合式（2）：

（2）

式中Rj為采用季節(jié)變化的最大接地電阻，？贅；Ij為計(jì)算用的經(jīng)接地網(wǎng)入地的最大接地故障不對(duì)稱電流有效值，A。

目前，普遍認(rèn)為牽引變電所的接地電阻值不應(yīng)大于0.5？贅，其實(shí)，這種思路是陳舊的。根據(jù)式（2），假如某些牽引變電所短路電流小于1000A時(shí)，接地電阻可提高到2？贅，假如對(duì)于西北地區(qū)330kV電壓等級(jí)的大容量客專牽引變電所短路電流普遍超過(guò)4000A，如果只追求接地降阻而不驗(yàn)算接觸電勢(shì)和跨步電壓就脫離了接地的實(shí)質(zhì)。

《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10009-2016）這本新規(guī)范相對(duì)于2005年的舊規(guī)范對(duì)于高土壤電阻率地區(qū)的接地電阻值取消了不應(yīng)超過(guò)5？贅的規(guī)定，可見(jiàn)，現(xiàn)在更應(yīng)關(guān)注接地的安全性而不是一味地單純降阻。因此，對(duì)于高土壤電阻率地區(qū)在保證安全性的條件下可以適當(dāng)提高接地電阻值。

3 某工程的綜合降阻方案

本文以某客運(yùn)專線高土壤電阻率地區(qū)AT所為例。通過(guò)土壤電阻率分層擬合，得到該AT所所在地等值土壤電阻率為1500？贅·m。本次設(shè)計(jì)不推薦采用降阻劑和離子接地極，因?yàn)檫@二者在長(zhǎng)期惡劣的環(huán)境條件下易失效。因此，通過(guò)延圍墻敷設(shè)復(fù)合接地體，適當(dāng)擴(kuò)大地網(wǎng)面積加上局部換土和深井接地的方式降阻。根據(jù)資料，該AT所的短路電流取3kA。因此，接地電阻應(yīng)做到0.67？贅以下。

4 校驗(yàn)接觸電勢(shì)和跨步電壓

當(dāng)牽引所亭電源側(cè)短路時(shí)，其接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)大于式（3）[1]和式（4）[1]：

式中Ej為接觸電位差，V；Ek為跨步電位差，V；？籽b為人腳站立處地表面的土壤電阻率，？贅·m；Cb為表層衰減系數(shù)；t為接地短路電流的持續(xù)時(shí)間，s。

經(jīng)計(jì)算，采用以上降阻措施后，得到Ejm最大接觸電勢(shì)502V小于Ej最大允許接觸電勢(shì)625V，Ekm最大跨步電壓1580V小于Ek最大允許跨步電壓1750V。因此，當(dāng)接地電阻應(yīng)等于0.67？贅時(shí)，其最大接觸電勢(shì)和最大跨步電壓是滿足要求的。

結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析目前各種降阻方法及限制條件，指出一味地追求降低接地電阻值并不是接地設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)，并結(jié)合工程實(shí)例，校驗(yàn)了接觸電勢(shì)和跨步電壓，以保證接地設(shè)計(jì)的安全性和可靠性。牽引變電所的接地設(shè)計(jì)應(yīng)因地制宜，結(jié)合實(shí)際情況，綜合各種環(huán)境因素，采用綜合的降阻措施，以便降低工程造價(jià)，達(dá)到科學(xué)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)家鐵路局.鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范[S]（TB10009-2016）.北京：中國(guó)鐵道出版社，2016.05.

[2]中國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范[S]（GB/T50065-2011）.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.12.

[3]水利水電部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.